Как выбрать тепловой двигатель

Существуют различные типы тепловых двигателей: двухтактные двигатели, четырехтактные двигатели и роторно-поршневые двигатели, или двигатели Ванкеля.

Двухтактный двигатель 

В этом типе двигателя топливо, смешанное с воздухом, сгорает внутри цилиндра. Этот двигатель наиболее часто используется в газонокосилках и небольших двухколесных транспортных средствах. Он называется так потому, что каждый рабочий цикл происходит за два такта, т.е. за два хода поршня, который совершает возвратно-поступательные прямолинейные движения.

Двигатели этого типа изнашиваются быстрее других.

Четырехтактный двигатель

Этот двигатель также является двигателем поршневого типа с возвратно-поступательным линейным движением. Этот тип двигателя используется в автомобильной и авиационной промышленности. Работа четырехтактного двигателя аналогична работе двухтактного двигателя, за исключением того, что каждый цикл состоит из четырех этапов:

• впуск: поступление воздушно-топливной смеси в цилиндр;
• сжатие: сжатие газов в камере сгорания;
• рабочий ход: сжатые газы воспламеняются, и происходит взрыв;
• выпуск: газы выталкиваются в выхлопную трубу и выбрасываются наружу.

Двигатель Ванкеля 

Этот двигатель внутреннего сгорания представляет собой роторно-поршневой двигатель, который отличается от двухтактных и четырехтактных поршневых двигателей тем, что совершает вращательное движение вместо возвратно-поступательного линейного движения. Таким образом, он производит меньше шума и вибраций, чем поршневые двигатели. Этот двигатель используется в некоторых автомобилях, например, в Mazda RX-8. В настоящее время рассматривается возможность использования этого типа двигателя в моделях с гибридным двигателем.

Тепловые двигатели могут иметь различные конфигурации.

Рядный двигатель

Это самый распространенный, самый простой в установке и самый дешевый двигатель. Он имеет один ряд цилиндров, расположенных в один ряд, что придает ему более вытянутую форму. Главным недостатком этого двигателя являются его габариты, так как рядное расположение требует больше места по длине. Кроме того, такая рядная конфигурация вызывает проблемы несбалансированности двигателя и может привести к вибрациям. Тем не менее, для смягчения этих недостатков конструкцию возможно дополнить балансировочными элементами.

Оппозитный двигатель 

Это плоский двигатель, поршни которого установлены в горизонтальном положении. В отличие от рядного двигателя, цилиндры оппозитного двигателя расположены по обе стороны коленчатого вала для обеспечения лучшей балансировки двигателя.

Важным преимуществом этой конфигурации является более низкое расположения центра тяжести, что позволяет улучшить управляемость автомобиля и его устойчивость на дороге.

Однако оппозитный двигатель требует технического обслуживания и замены свечей зажигания.

V-образный двигатель

Как следует из названия, за счет расположения цилиндров этот двигатель имеет V-образную форму. V-образный двигатель имеет два ряда цилиндров, расположенных под углом над коленчатым валом и работающих попеременно. Так, двигатель V8 имеет два ряда по 4 цилиндра. 

V-образный двигатель имеет ряд преимуществ:

• Тип коленчатого вала, используемого в этом двигателе, очень легкий, что снижает вибрации в автомобиле.
• Он обеспечивает высокий пусковой крутящий момент даже на низких оборотах.

Тем не менее, сложная конфигурация этого двигателя делает его очень дорогим.

W-образный двигатель

Конфигурация двигателя данного типа аналогична V-образному двигателю: цилиндры расположены в виде буквы W. Его главное преимущество в том, что он занимает мало места.

Этот тип двигателя используется в автомобилях высокого класса и в самолетах. Как и V-образный двигатель, W-двигатель имеет очень высокую стоимость.

При выборе двигателя важно знать необходимую максимальную мощность (выражается в лошадиных силах [л.с.] [cv] или киловаттах [кВт] [kW]). Она определяется крутящим моментом двигателя (выраженным в ньютон-метрах [Нм] [Nm]) и скоростью вращения двигателя (выраженной в оборотах в минуту [об/мин] [tr/min]).
Поскольку крутящий момент двигателя зависит от частоты его вращения, убедитесь, что интересующий вас двигатель подходит для вашего применения. Например, если вы рассматриваете бензиновый двигатель, то для достижения максимального крутящего момента ему придется работать на относительно высокой скорости. Дизельный двигатель, в свою очередь, сможет обеспечить высокий крутящий момент даже при низкой скорости вращения и меньший расход топлива.

Как правило, производители предоставляют таблицы с указанием мощности и крутящего момента двигателя в зависимости от скорости его вращения. Эта информация позволит проверить, подходит ли данный двигатель для вашего применения.

Газовые двигатели были разработаны на основе бензиновых и дизельных двигателей. Таким образом, они имеют эквивалентную выходную мощность. Это оптимальная технология, если вы основываете свой выбор в первую очередь на экологических критериях.

Четырехцилиндровый двигатель

Общий рабочий объем двигателя определяется как объем всех цилиндров, умноженный на их количество. Как правило, при одинаковом общем рабочем объеме двигатель с бо́льшим количеством цилиндров будет более эффективным и сможет развивать большую мощность. Поэтому многоцилиндровые двигатели по своим характеристикам превосходят одноцилиндровые двигатели.

Как было замечено выше, производительность двигателя непосредственно зависит от количества цилиндров. Например, одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания при низкой частоте вращения развивает лишь небольшой крутящий момент, достигая максимального крутящего момента при средней частоте вращения. Большее количество цилиндров обычно обеспечивает более высокий крутящий момент двигателя на низких и высоких оборотах.

Кроме того, количество цилиндров значительно влияет на удобство пользования: чем больше цилиндров, тем меньше вибраций создает двигатель. Однако следует учитывать, что размер двигателя увеличивается пропорционально количеству цилиндров.

Если в прошлом были довольно распространены четырехцилиндровые двигатели, то в последние годы они все чаще заменяются трехцилиндровыми, которые более экономичны с точки зрения цены и эксплуатации, а также потребляют меньше топлива и производят меньше выбросов загрязняющих веществ.

Тепловой двигатель должен охлаждаться искусственно. Система охлаждения может быть воздушной или жидкостной. Двигатель с воздушным охлаждением легче и имеет меньшие габариты, чем двигатель с водяным охлаждением, но контроль температуры двигателя более сложный. Этот фактор необходимо учитывать, так как эффективность двигателя внутреннего сгорания напрямую зависит от его рабочей температуры.

Бензиновые двигатели обычно четырехтактные, однако существуют и двухтактные, в которых в качестве топлива используется смесь бензина и масла. Двухтактные двигатели имеют более простую конструкцию, но для достижения той же мощности им требуется более высокая скорость вращения, чем аналогичному четырехтактному двигателю. Кроме того, они постепенно исчезают из продажи, поскольку производителям становится все труднее производить двухтактные двигатели, отвечающие современным стандартам выбросов загрязняющих веществ.