Какие моторы
Топ-10 моторов всех времен — журнал За рулем
В нашем обзоре — десять знаменитых двигателей, десять ступеней к совершенству. Почти каждый из них повлиял не только на развитие техники, но и на социальную среду.
10-е место: родоначальник даунсайзинга01 TopEngines zr04–11
Приличные характеристики двигателя при скромном рабочем объеме уже не особенно удивляют. Мы начинаем привыкать к понятию «даунсайзинг», понимая, что эра двигателей большого литража постепенно уходит. А началось это, на мой взгляд, с дебюта в середине 1990-х годов наддувного мотора в 1,8 л, разработанного «Ауди». При умеренном рабочем объеме он должен был удовлетворить владельцев автомобилей самых различных классов. Поэтому даже в самой простой версии двигатель выдавал 148 сил, чего вполне хватало, чтобы превратить в маленькую зажигалку хэтчбек «СЕАТ-Ибица» и не заставлять гореть со стыда владельца престижного «Ауди-А6».
Собственно, литраж ничего не говорил о способностях агрегата. Это был небольшой (в том числе по габаритам — ставь его хоть вдоль, хоть поперек) шедевр своего времени: пять клапанов на цилиндр, изменяемые фазы на впуске, кованые алюминиевые поршни и, конечно, турбонаддув.
С его помощью мощность мотора поднимали все выше и выше, дойдя в спецверсии «Ауди-ТТ кваттро Спорт» до 236 сил. Данный предел был обусловлен лишь спецификой дорожного автомобиля. В гоночной формуле «Палмер Ауди», где ресурс не так важен, с новым блоком управления и агрегатом наддува с 1800-кубового двигателя сняли 365 сил. В Формуле-2, превращая серийный двигатель в чисто гоночный агрегат, достигли и вовсе фантастических 480 сил. Поэтому переход Формулы-1 на «шестерки» объемом 1,6 л в свете достижений мотора «Ауди» не выглядит абсурдным.
9-е место: верность ротору02 TopEngines zr04–11
Исключительный случай — когда автомобильная компания прочно ассоциируется с одним типом двигателя. Конечно, «Мазда» не сама изобрела роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Зато она в труднейшие времена энергетического кризиса 1970-х пересилила обстоятельства: не бросила, как другие, эту весьма сложную в доводке конструкцию, а продолжила совершенствовать «Ванкель» в узком, зато перспективном для имиджа сегменте форсированных спортивных машин. Хотя первоначально планировалось, что все модели «Мазды», вплоть до грузовиков и автобусов, перейдут со временем на двигатель Ванкеля.
Когда в 1975 году двухсекционный мотор с индексом 13В появился на серийных машинах, никто не мог предположить, что он станет самым массовым РПД в мире и продержится в производстве более 30 лет. Более того, даже современный маздовский РПД «Ренезис» — лишь результат эволюции 13B. Именно этот мотор стал проводником в серию большинства впервые примененных на РПД новинок, которые и обеспечили ему столь долгую жизнь, — настроенного впуска с изменяемой геометрией, электронного впрыска топлива, турбонаддува. В итоге мотор, который начал жизнь под капотом утилитарного пикапа с мощности чуть больше 100 сил, превратился в короля автогонок, выдававшего даже в серийном варианте минимум 280. Повышенный расход топлива и большой угар масла — неизбежные проблемы любого РПД — были оправданной расплатой за скромный вес, низкий центр тяжести и способность крутить свыше 10 тысяч оборотов в минуту. Маздовские купе RX-7 доминировали в американских кузовных чемпионатах на протяжении 1980-х годов во многом благодаря роторно-поршневому мотору 13B.
8-е место: «восьмерка» планеты Земля
03 TopEngines zr04–11
Материалы по теме
Corvette Stingray: тачка G
Любой, кто хоть немного интересуется американским автомобилестроением, наверняка слышал о «восьмерке» «Шевроле» семейства Small Block. Неудивительно, ведь ее в почти неизменном виде можно было встретить на различных моделях концерна «Дженерал моторс» с 1955 по 2004 год. Долгая карьера сделала этот нижневальный двигатель самым распространенным V8 на Земле. Small Block первого поколения (не путать с аналогичными моторами второй и третьей генераций серий LT и LS!) выпускается и сейчас, правда, только на рынок запчастей. Общее число изготовленных моторов превысило 90 миллионов.
Не стоит соотносить слово Small с небольшим литражом двигателя. Рабочий объем «восьмерки» никогда не опускался ниже 4,3 л, а в лучшие времена достигал 6,6 л. Свое имя мотор получил за небольшую высоту блока, обусловленную соотношением диаметра цилиндра и хода поршня: на первом образце 95,2х76,2 мм. Такая короткоходность обусловлена техзаданием: новую «восьмерку» следовало вписать под низкий капот родстера «Шевроле-Корвет», который до этого едва не лишился спроса из-за слабой для него рядной «шестерки». Не появись этот мощный V8, подхлестнувший интерес к первому массовому американскому спорткару, «Корвет» вряд ли пережил бы середину 1950-х.
Вскоре удачного шевролетовского «малыша» назначили базовой «восьмеркой» для всего GM, хотя двигатели V8 собственной конструкции были у каждого отделения концерна. Простой, надежный и неприхотливый мотор пережил все уровни признания: участвовал в гонках, трудился в качестве движущей силы катеров и изредка монтировался даже на легкие самолеты. И хотя в последние годы полноценной жизни двигателя его предлагали только для пикапов и фургонов, все автомобильные фанаты знали, что именно этот заслуженный V8 когда-то был рожден для спасения «Шевроле-Корвет».
04 TopEngines zr04–11
Какой же рейтинг моторов обойдется без БМВ! Марка попала бы в наш перечень уже за исключительную приверженность рядной «шестерке» — когда-то такая компоновка легковых двигателей была широко распространена. Помимо баварцев, на легковых машинах (вседорожники и пикапы не в счет) ее применяют сейчас только «Вольво» и австралийский филиал «Форда» (остальные сдались в пользу менее уравновешенного, зато гораздо более компактного V6). Но БМВ стоит особняком: только эта компания смогла выжать из расположенных в ряд шести цилиндров все преимущества — от потрясающе плавной работы до способности легко раскручиваться до самых высоких оборотов.
С каждым поколением, начиная с «шестерки» БМВ образца 1968 года, которую получили, добавив пару цилиндров к уже выпускавшейся «четверке», эти двигатели становились легче, мощнее, совершеннее. Многоцилиндровые схемы для баварцев были практически под запретом — первый V12 появился лишь в 1986 году, а V8 вообще только в 1992-м. Создание этих двигателей легче оправдать маркетингом, нежели истинной любовью инженеров — они всю душу и умение вкладывали именно в шесть расположенных в ряд цилиндров.
Апофеоз атмосферной «шестерки» БМВ — мотор S54 образца 2000 года, предназначенный для М3. Это гимн совершенству гоночного по сути двигателя, водруженного на гражданский автомобиль. Тяжелого на подъем вначале, но расцветающего при малейшем намеке на спортивный стиль езды. С 3,2 л рабочего объема сняли 343 силы (с литра — 107) — для атмосферного мотора даже сейчас великолепный результат.
Его было бы трудно достичь без применения всех новейших на тот момент технологий — индивидуальных дросселей на каждый цилиндр с электронным управлением, системы регулирования фаз, причем как впуска, так и выпуска. Чтобы мотор выдерживал любые нагрузки, его даже перевели на чугунный блок цилиндров, что для БМВ редкость.
К сожалению, следующее поколение M3 отказалось от семейных ценностей в пользу V8. Это тоже очень неплохой мотор — но радость от укрощения разъяренного зверя ушла вместе с прежней «шестеркой». Подобные ей двигатели в нынешних условиях считаются, как бы точнее сказать, неполиткорректными.
6-е место: легенда гонок05 TopEngines zr04–11
Последние образцы настоящего V8 «Хеми» собрали в 1971 году (современное одноименное семейство не имеет с ним ничего общего), но еще более четверти века этот двигатель служил любимой игрушкой любителям дрэг-рейсинга. Мотор, появившийся в 1964 году как чисто гоночный для серии NASCAR, был идеальным образцом спортивного V8 (рабочий объем 7 л, или 426 куб. дюймов по американской системе, стандартная мощность 425 сил) с минимальным применением сложных технологий: нижневальный, с двумя клапанами на цилиндр.
Важнейшим отличием от конкурентов стала полусферическая (отсюда «хеми», происходит от HEMIspherical — «полусферический») камера сгорания, позволившая оптимизировать процесс — получить большую мощность при меньшей степени сжатия.
Впрочем, это тоже изобрел не «Крайслер». Его заслуга в том, что на основе известной технологии он создал непобедимый мотор, отличавшийся помимо характеристик еще и нереальной прочностью, способный выдержать самые ужасные методы форсировки. Недаром «Хеми» весил заметно больше, чем любой другой V8 начала 1960-х, — почти 400 кг. Но это обстоятельство совершенно не мешало автомобилям с 426-м «Хеми» уверенно громить соперников в гонках.
Гегемонию крайслеровского мотора не раз пытались ограничить — переписывая правила, изменяя количество требуемых для омологации серийных моторов, но он не сдавался и удерживал лидирующие позиции в NASCAR вплоть до 1970-х годов. К тому времени он стал не только спортивной, но и уличной легендой: серийные машины, снабженные дорожной версией «Хеми», выпускались в мизерных количествах — их сделали не более 11 тысяч, причем и эту малость распределили среди нескольких моделей «Доджа» и «Плимута». Ныне автомобили с оригинальным «Хеми», несмотря на примитивную конструкцию, стоят бешеные деньги — легенда пошла на новый круг.
06 TopEngines zr04–11
Самый необычный и амбициозный проект двигателя уникальной компоновки W16 выпестовали ради возрожденной марки «Бугатти». На самом деле этот двигатель, за исключением грандиозной мощности в 1001 л.с., является логичным развитием семейства компактных VR-образных моторов «Фольксвагена». Они отличались критически малым углом развала цилиндров — всего 15 градусов, что позволяло использовать на оба ряда одну головку. Мотор VR6 появился на «фольксвагенах» еще в 1991 году. Американский рынок требовал машин с шестью цилиндрами, и немцы умудрились выйти из положения, применив оригинальную схему, позволявшую без увеличения подкапотного пространства легко втиснуть «шестерку» (как вдоль, так и поперек) взамен стандартных четырех цилиндров.
Материалы по теме
Новые двигатели VW: с трех до двенадцати
Позже удачная находка получила развитие в более крупных масштабах. Амбиции Фердинанда Пиха, желавшего сделать «Фольксваген» топ-брендом, привели к созданию W8, представлявшего собой два VR4, установленных на общий картер под углом 72 градуса. Появился W12, «собранный» из двух VR6. Но мотор «Бугатти» даже в этой компании стоит особняком. Перед его создателями стояла задача почти неразрешимая — выдать рекордную мощность при минимальной массе. Поэтому мотор даже при схожей схеме получился иного уровня — сделанный на грани инженерного безумства. Конструкторы максимально уплотняли пространство вокруг двигателя. Блоки двух VR8 развалили под углом 90 градусов, разместив между ними сразу четыре турбонагнетателя.
Серьезная проблема возникла с охлаждением — решая ее, только для одних интеркулеров предусмотрели 15 л охлаждающей жидкости. Обычно данного количества хватало на весь мотор. Но «Вейрон» не вписывался в стандартные схемы — на охлаждение его двигателя в предельных режимах работали три отдельных радиатора, перегоняя 40 л антифриза. Возникли сложности с диагностикой, ведь определить сбои в одном из 16 цилиндров на слух практически невозможно. Поэтому мотор оснастили системой самодиагоностики, способной оперативно решать проблему, вплоть до отключения проблемного цилиндра.
А теперь самое интересное. При всей сложности и грандиозности замысла (одних только клапанов — вдумайтесь! — 64 штуки) создателям удалось удержать массу W16 в пределах 400 кг. Финансовый фактор при создании этого двигателя не имел почти никакого значения, поэтому титановые шатуны или полностью алюминиевый масляный насос для мотора «Бугатти» в порядке вещей.
4-е место: основоположник американской мечты07 TopEngines zr04–11
Теперь о воплощении одной из последних замечательных идей Генри Форда, перевернувшей автомобильный мир. До него никто не предполагал, что массовый автомобиль можно запросто комплектовать престижной и мощной «восьмеркой», которая считалась принадлежностью лишь дорогих, роскошных машин. Появившийся в 1932 году фордовский V8 кардинально изменил на последующие полвека представление об автомобилях из-за океана. Они и до того заметно превосходили по размерам европейские модели аналогичной стоимости, а появление массового V8 окончательно развело процесс развития автомобилестроения на разных берегах Атлантики в противоположных направлениях.
Материалы по теме
Ford поделился историей невыпущенных версий Mustang
Но как Генри Форду удалось снизить себестоимость довольно-таки сложного и массивного агрегата до уровня ширпотреба? О, здесь была масса ухищрений. К примеру, оба блока цилиндров и картер в фордовском V8 отливали как единую деталь. У «восьмерок» старой школы это были как минимум три отдельных элемента, скреплявшихся воедино болтами. Коленчатый вал, вместо того чтобы ковать, отливали с последующим термоупрочнением, что также снижало себестоимость.
Распредвал располагался в блоке, клапаны и выпускная система размещались внутри развала цилиндров — это упрощало конструкцию двигателя, однако приводило к перегреву при малейших проблемах с охлаждением. Даже в начальном варианте «восьмерка» при рабочем объеме 3,2 л выдавала приличные 65 сил, что быстро сделало «Форд- V8» любимцем гангстеров и полиции. Джон Диллинджер и Клайд Берроу в перерывах между кровавыми делами умудрились черкнуть пару строк Генри Форду с благодарностью за столь быстрый автомобиль.
Когда у первых V8 наступил пенсионный возраст, они оказались в руках молодых людей, творивших на их базе диковинные тачки по кличке «хот-род». Простая, мощная и легко поддающаяся форсировке фордовская «восьмерка» поспособствовала рождению сверхпопулярной автоконтркультуры. Ну а сама фирма отправила мотор на пенсию лишь в 1953 году, когда восьмицилиндровые двигатели в американских машинах стали уже повсеместным явлением.
3-е место: изменивший сознание08 TopEngines zr04–11
В 1993 году в недрах исследовательского подразделения «Тойоты» была создана группа по разработке перспективных машин с минимальными выбросами, которые смогли бы занять нишу между традиционными машинами с ДВС и электромобилями. Результатом стала появившаяся в 1997 году «Тойота-Приус» — первый массовый автомобиль с гибридным приводом. Тогда он воспринимался как любопытный эксперимент, игрушка, продаваемая заведомо в убыток, которая вряд ли выйдет за пределы обожающих экзотику Японских островов. Но «Тойота» строила более серьезные планы.
Коренное отличие «Приуса» от прочих гибридных машин, уже существовавших в то время (речь идет о множестве экспериментальных и чуть раньше вышедшей на рынок серийной «Хонде-Инсайт»), заключалось в новом подходе к построению подобной модели. «Приус» создавали как гибрид с самого начала, без упрощений и компромиссов вроде заимствования кузова у традиционной модели или использования обычной механической коробки передач (как было сделано на «Инсайте»).
«Тойота» внедрила гибридную трансмиссию как неотъемлемую часть машины. Даже 1,5-литровый бензиновый двигатель специально модифицировали для работы с электромотором, переведя его на цикл Аткинсона, отличающийся укороченным тактом сжатия за счет увеличенной продолжительности открытия впускных клапанов. Это позволило получить необычно высокую степень сжатия (13–13,5) и дополнительные плюсы в копилку экономичности и экологичности.
Расплатой стала полная беспомощность ДВС на низких оборотах, но для гибрида, который всегда располагает поддержкой электродвигателя, это не проблема. Такой комплексный подход в итоге сделал «Приус» законодателем моды на гибриды. Он стоял в начале процесса, который уже не остановить.
2-е место: любимец всех континентов09 TopEngines zr04–11
Что сказать про этот воздушник от «Фольксвагена»? Он так же легендарен, как и «Жук» — автомобиль, под который его сделали. Даже больше — ведь одним «Жуком» область применения данного мотора далеко не ограничивалась. Простой, надежный и легкий, четырехцилиндровый оппозитник воздушного охлаждения оказался столь эффективным, что его популярность намного превзошла признание даже самого распространенного в мире автомобиля.
С той поры, как благодаря таланту Фердинанда Порше первые образцы мотора в 1933 году появились на прототипах «Жука», он перепробовал десятки профессий. Достаточная мощность (довоенные образцы выдавали минимум 24 силы, а самые мощные под конец серийного выпуска утроили этот показатель), беспроблемное в любом климате воздушное охлаждение и небольшая масса (цилиндры алюминиевые, картер — из магниевого сплава) позволили фольксвагеновскому мотору найти массу занятий. Он служил на амфибиях вермахта, примешивал свой выхлоп к запаху марихуаны в микробусах хиппи, приводил пожарные насосы, компрессоры, лесопилки, стал основой прогулочных багги и понтовых трайков, взмывал в небо более чем на 40 типах самолетов. И это далеко не полный список его талантов. Еще важнее, что именно из этого двигателя выросло семейство оппозитников «Порше».
На протяжении всех лет производства (моторы семейства окончательно прекратили выпускать только в 2006 году) принципиальная схема двигателя не менялась. Рос рабочий объем, на некоторых версиях применили впрыск топлива, но изначальная схема со штанговым приводом клапанов оставалась такой же, как на первых образцах 1930-х годов. Он радует сердца автомобилистов, да и не только их, более 70 лет — это ли не лучший показатель совершенства мотора?
10 TopEngines zr04–11
С «Форда-Т» и его двигателя начал раскручиваться маховик массовой автомобилизации. Больше того, именно мотор «тэшки» стал в свое время самым распространенным ДВС в мире, с ним познакомилось подавляющее большинство жителей земного шара. Как и в случае с описанным выше оппозитником «Фольксвагена», мотор «Форда-Т» приводил не только одноименный автомобиль, которых с 1908 по 1927 год было построено более 15 миллионов.
Материалы по теме
Бюджетные автомобили: цена аскетизма
Трактора, грузовики, моторные лодки, походные электростанции — он применялся везде, где была нужда в дешевом и простом в обращении моторе. Что касается автомобилей, то в какой-то период до 90% машин, колесивших по Земле, были одной-единственной модели Т. И приводил их этот самый двигатель необычно большого по сегодняшним меркам рабочего объема 2,9 л — при скромной мощности 20 сил. Но мощность тут была не принципиальна. Гораздо важнее крутящий момент и всеядность — помимо бензина «тэшку» официально разрешалось заправлять керосином и этанолом.
Двигатель удивительно прост. Собранный в одном блоке с двухступенчатой планетарной коробкой передач, четырехцилиндровый мотор делил с трансмиссией смазочное масло. Никакого давления в системе не создавалось, смазка осуществлялась разбрызгиванием. Водяную помпу через год производства отправили в отставку — Генри Форд решил, что дешевому автомобилю достаточно простого термосифонного принципа, когда жидкость циркулирует благодаря разности температур.
С другой стороны, фордовский мотор необычен для своего времени тем, что его блок и картер отливались как одно целое, а головка цилиндров впервые в мировой практике была сделана отдельной деталью. Но это дань массовости производства: ни один автомобиль в мире не выпускали в таких масштабах, как «Форд», поэтому его конструкция изначально рассчитана на максимально быструю и простую сборку.
Двигатель «тэшки» надолго пережил сам автомобиль. Последний экземпляр собрали в августе 1941 года. Он останется в истории как первый массовый ДВС человечества.
10 двигателей, которые перевернули мир
В нашем обзоре — десять знаменитых двигателей, десять ступеней к совершенству. Почти каждый из них повлиял не только на развитие техники, но и на социальную среду.
10 двигателей, которые перевернули мир
Какие бывают двигатели и что они едят
07.05.2020
На сегодняшний день наиболее распространённым двигателем является поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, или Отто-мотор. Он установлен на большинстве автомобилей в мире. Это легкий, дешевый, тихий и хорошо изученный двигатель. Однако человечество постоянно пытается придумать ему альтернативу как по устройству, так и использованию другого рабочего тела – топлива. И иногда у инженеров получаются весьма занятные экземпляры.
В 2013 году французский концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Однако они были далеко не первыми. Motor Development International на Женевском автосалоне 2009 года представили пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. В 2011 году японцы провели тест-драйв концепт-кара Toyota Ku Rin, который проехал 3,2 км на одном «заряде» сжатого воздуха. А в 2012 году Tata Motors представила трехместный и трехколесный автомобиль Tata AIRPod.
В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы (например, Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Помимо установки со сжатым воздухом, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который бы играл роль насоса и вспомогательного мотора.
В городе машина с Hybrid Air может до 80% времени ехать только на воздухе, не загрязняя атмосферу. Топливная экономичность варьируется от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании двигателя внутреннего сгорания соответственно. В компании планировали ставить систему Hybrid Air начиная с 2016 года, но – не сложилось.
Водородные топливные элементыСуществует три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный двигатель внутреннего сгорания, другие – газотурбинные, третьи – агрегаты, использующие химическую реакцию водорода.
Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, появился в 1806 году, водород в нем использовался как обычный бензин. Однако использовать такие оригинальные двигатели накладно. В газотурбинных двигателях газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива можно использовать практически любое горючее.
Но самые интересные из водородных силовых установок – «химические». Концерны BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе последнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баков, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор. Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л.с.), а пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. В BMW заявляют, что к 2022 году планируют выпустить первую партию водородомобилей.
Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель получил патент на свой двигатель. Принципиальным отличием его двигателя от Отто-мотора было то, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом. Удивительно, но первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах. Кроме того, первоначально в качестве идеального топлива он предлагал использовать каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.
Спектр видов топлива для дизельных двигателей весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.
Кстати, в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» – агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Наша конструкция оказалась более совершенной и перспективной. Но под давлением владельцев лицензий Дизеля все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.
Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный. С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. В 19 веке стали активно использовать роторные паровые двигатели.
В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Через 7 лет этот движок установили на спорткар NSU Spider, который стал первым серийником с роторно-поршневой двигатель. Такой двигатель лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных двигателей крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.
Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. В итоге в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.
По материалам портала «Популярная механика»
Новости по теме
27.11.2020
DFDS разработает паром на водороде
DFDS и партнеры подали заявку в Евросоюз на финансовую поддержку проекта по разработке парома […]
Помните: для этого контента требуется JavaScript.
Войти
Запомнить меня
Помните: для этого контента требуется JavaScript.
Помните: для этого контента требуется JavaScript.
Как работают двигатели и как правильно выбрать двигатель для любого проекта
Двигатели можно найти практически везде. Это руководство поможет вам узнать об электродвигателях, доступных типах и о том, как правильно выбрать двигатель. Основные вопросы, на которые необходимо ответить при принятии решения о том, какой двигатель наиболее подходит для применения, — это какой тип выбрать и какие технические характеристики имеют значение.
Как работают двигатели?
Электродвигатели работают путем преобразования электрической энергии в механическую для создания движения. Сила создается в двигателе за счет взаимодействия между магнитное поле и обмотка переменного (AC) или постоянного (DC) тока. Электродвигатели имеют множество применений. Традиционное промышленное использование включает воздуходувки, станки и электроинструменты, вентиляторы и насосы. Любители обычно используют двигатели в небольших приложениях, требующих движения, таких как робототехника или модули с колесами.
Типы двигателей:
Существует много типов двигателей постоянного тока , но наиболее распространенными являются щеточные или бесщеточные. Существуют также вибрационные двигатели, шаговые двигатели и серводвигатели. Щеточные двигатели постоянного тока являются одними из самых простых и используются во многих бытовых приборах, игрушках и автомобилях. Они используют контактные щетки, которые соединяются с коммутатором для изменения направления тока. Они недороги в производстве, просты в управлении и обладают отличным крутящим моментом на низких скоростях (измеряется в оборотах в минуту или об/мин). Несколько недостатков заключаются в том, что они требуют постоянного обслуживания для замены изношенных щеток, имеют ограниченную скорость из-за нагрева щеток и могут генерировать электромагнитный шум из-за дугового разряда щеток.
Щеточный двигатель постоянного тока
Бесщеточные двигатели постоянного тока используют постоянные магниты в своем роторном узле. Они популярны на рынке хобби для самолетов и наземных транспортных средств. Они более эффективны, требуют меньше обслуживания, производят меньше шума и имеют более высокую удельную мощность, чем коллекторные двигатели постоянного тока. Они также могут производиться серийно и напоминают двигатель переменного тока с постоянным числом оборотов в минуту, за исключением того, что они питаются от постоянного тока. Однако есть несколько недостатков, в том числе то, что ими трудно управлять без специального регулятора, и они требуют низких пусковых нагрузок и специальных редукторов в приводных приложениях, что приводит к более высоким капитальным затратам, сложности и экологическим ограничениям.
Бесщеточный двигатель постоянного тока
Вибрационные двигатели используются для приложений, требующих вибрации, таких как мобильные телефоны или игровые контроллеры. Они генерируются электродвигателем и имеют неуравновешенную массу на приводном валу, которая вызывает вибрацию. Их также можно использовать в неэлектронных зуммерах, которые вибрируют для подачи звука или для сигналов тревоги или дверных звонков.
Вибрационный двигатель
Когда требуется точное позиционирование, 9Шаговые двигатели 0003 — ваш друг. Они используются в принтерах, станках и системах управления технологическими процессами и рассчитаны на высокий удерживающий момент, что дает пользователю возможность переходить от одного шага к другому. У них есть система контроллера, которая определяет положение с помощью сигнальных импульсов, отправляемых драйверу, который интерпретирует их и отправляет пропорциональное напряжение на двигатель. Они относительно просты в изготовлении и управлении, но они постоянно потребляют максимальный ток. Небольшое расстояние между шагами ограничивает максимальную скорость, и при высоких нагрузках шаги можно пропускать.
Шаговый двигатель
Серводвигатели — еще один популярный двигатель на рынке хобби, который используется для управления положением без точности. Их популярные приложения включают приложения дистанционного управления, такие как игрушечные радиоуправляемые автомобили и робототехника. Они состоят из двигателя, потенциометра и схемы управления и в основном управляются с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) посредством отправки электрических импульсов на провод управления. Сервоприводы могут быть как переменного, так и постоянного тока. Сервоприводы переменного тока могут выдерживать более высокие скачки тока и используются для промышленного оборудования, тогда как сервоприводы постоянного тока предназначены для небольших любительских приложений. Чтобы узнать больше о сервоприводах, ознакомьтесь с нашими Как работают серводвигатели статья.
Существует три основных типа двигателей переменного тока: асинхронные, синхронные и промышленные.
Асинхронные двигатели называются асинхронными двигателями, поскольку они не вращаются с одинаковой постоянной скоростью или медленнее, чем частота, подаваемая на питание. Скольжение , разница между фактической и синхронной скоростью, необходимо для создания крутящего момента , крутящей силы, вызывающей вращение, в асинхронных двигателях. Магнитное поле, окружающее ротор этих двигателей, вызвано наведенным током.
Ротор синхронных двигателей вращается с постоянной скоростью при подаче переменного тока. Их магнитное поле создается постоянными магнитами. Промышленные двигатели предназначены для трехфазных систем большой мощности, таких как конвейеры или воздуходувки. Двигатели переменного тока также можно найти в бытовой технике и других устройствах, таких как часы, вентиляторы и дисководы.
На что обратить внимание при покупке двигателя:
Есть несколько характеристик, на которые необходимо обратить внимание при выборе двигателя, но наиболее важными являются напряжение, ток, крутящий момент и скорость (об/мин).Ток питает двигатель, и слишком большой ток может повредить двигатель. Для двигателей постоянного тока важны рабочий ток и ток останова. Рабочий ток — это среднее значение тока, которое двигатель должен потреблять при обычном крутящем моменте. Ток останова прикладывает достаточный крутящий момент, чтобы двигатель работал на скорости останова или 0 об/мин. Это максимальный ток, который должен потреблять двигатель, а также максимальная мощность, умноженная на номинальное напряжение. Радиаторы важны, если двигатель постоянно работает или работает при напряжении выше номинального, чтобы предотвратить плавление катушек.
Напряжение используется для поддержания протекания чистого тока в одном направлении и для преодоления обратного тока. Чем выше напряжение, тем выше крутящий момент. Номинальное напряжение двигателя постоянного тока указывает наиболее эффективное напряжение во время работы. Обязательно примените рекомендуемое напряжение. Если вы приложите слишком мало вольт, двигатель не будет работать, тогда как слишком много вольт может привести к короткому замыканию обмоток, что приведет к потере мощности или полному разрушению.
Рабочие значения и значения опрокидывания также необходимо учитывать при крутящем моменте. Операционная крутящий момент — это величина крутящего момента, на которую рассчитан двигатель, а крутящий момент при остановке — это величина крутящего момента, создаваемого при подаче питания от скорости останова. Вы всегда должны смотреть на требуемый рабочий крутящий момент, но в некоторых приложениях вам нужно знать, насколько далеко вы можете толкать двигатель. Например, для колесного робота хороший крутящий момент равен хорошему ускорению, но вы должны убедиться, что крутящий момент достаточно велик, чтобы поднять вес робота. В данном случае крутящий момент важнее скорости.
Скорость или скорость (об/мин) может быть сложной для двигателей. Общее правило заключается в том, что двигатели работают наиболее эффективно на самых высоких скоростях, но это не всегда возможно, если требуется редуктор. Добавление шестерен снизит КПД двигателя, поэтому учитывайте также снижение скорости и крутящего момента.
Это основные параметры, которые следует учитывать при выборе двигателя. Учитывайте назначение приложения и потребляемый им ток для выбора соответствующего типа двигателя. Характеристики приложения, такие как напряжение, ток, крутящий момент и скорость, определят, какой двигатель наиболее подходит, поэтому обязательно обратите внимание на его требования.
Есть ли у вас дополнительные советы по выбору двигателей? Сообщите нам по телефону [email protected] .
Электродвигатель | Определение, типы и факты
трехфазный асинхронный двигатель
Смотреть все СМИ
- Ключевые сотрудники:
- Никола Тесла Томас Давенпорт Ипполит Фонтейн Майкл Фарадей
- Похожие темы:
- синхронный двигатель линейный двигатель арматура серийный двигатель вращательный двигатель
См. всю связанную информацию →
электродвигатель , любой из классов устройств, преобразующих электрическую энергию в механическую, обычно с использованием электромагнитных явлений.
Большинство электродвигателей развивают свой механический крутящий момент за счет взаимодействия проводников с током в направлении, перпендикулярном магнитному полю. Различные типы электродвигателей различаются способами расположения проводников и поля, а также управлением, которое может осуществляться над механическим выходным крутящим моментом, скоростью и положением. Большинство основных видов описаны ниже.
Простейший тип асинхронного двигателя показан в поперечном сечении на рисунке. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть соединены либо по схеме «звезда», обычно без внешнего соединения с нейтральной точкой, либо по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического железного сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены друг с другом на каждом конце ротора проводящим концевым кольцом.
Основу работы асинхронного двигателя можно разработать, если сначала предположить, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику электропитания и что в обмотках статора протекает набор из трех синусоидальных токов формы, показанной на рисунке. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести мгновений цикла. Для простоты показана только центральная петля проводника для каждой фазной обмотки. В данный момент t 1 на рисунке ток в фазе a является максимальным положительным, а в фазах b и c вдвое меньше отрицательного значения. Результатом является магнитное поле с примерно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t 2 на рисунке (т. е. на одну шестую цикла позже) ток в фазе c максимален, а в обеих фазах b и фазы a имеют положительное значение половины значения. Результат, как показано для t 2 на рисунке, снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60° против часовой стрелки. Изучение распределения тока для t 3 , t 4 , t 5 и t 5 и t 6 показывает, что магнитное поле продолжает вращаться во времени. Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совместное действие трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих по трем равномерно смещенным по угловому положению статорным обмоткам, должно создавать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, зависящей от частоты электроснабжение.
Вращательное движение магнитного поля по отношению к проводникам ротора вызывает индуцирование в каждом из них напряжения, пропорционального величине и скорости поля относительно проводников. Поскольку проводники ротора замкнуты накоротко друг с другом на каждом конце, эффект будет заключаться в том, что в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны наведенному напряжению, деленному на сопротивление проводника. Картина токов ротора на момент t 1 рисунка показан на этом рисунке. Видно, что токи примерно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать крутящий момент против часовой стрелки на роторе (т. е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному уменьшению тока проводника ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает устойчивого значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, требуемому при этой скорости нагрузкой, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.
Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, как раз достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае возникло бы. токами ротора на рисунке. Тогда общий ток статора в каждой фазной обмотке представляет собой сумму синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90°, чтобы обеспечить требуемую электрическую мощность. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть периода или 90°. При номинальной нагрузке эта составляющая намагничивания обычно находится в диапазоне от 0,4 до 0,6 величины составляющей мощности.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазной сети постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичное линейное напряжение питания находится в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно малой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до около 15 киловольт между фазами для мощных двигателей мощностью до 10 мегаватт.
За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласовано со временем изменения магнитного потока в статоре машины. Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля поддерживается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.
В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле совершает один оборот за каждый цикл частоты питания.
