Двигун — серце будь-якої машини. Але за словом «двигун» ховається величезна різноманітність пристроїв із різними принципами роботи, паливом і сферами застосування. Розберемо основні види і типи двигунів — від знайомого бензинового до екзотичного двигуна Стірлінга.
Що таке двигун і як його класифікують
Двигун — це пристрій, який перетворює один вид енергії на механічну роботу. Залежно від того, яку енергію він використовує і як її перетворює — і визначається тип двигуна.
Основна класифікація двигунів за джерелом енергії:
- Теплові двигуни — перетворюють теплову енергію від спалювання палива на механічну роботу.
- Електричні двигуни — перетворюють електричну енергію на механічну.
- Реактивні двигуни — створюють тягу через реакцію викидання маси в одному напрямку.
- Гідравлічні і пневматичні двигуни — використовують енергію рідини або стисненого газу.
Кожна з цих груп ділиться на підвиди з різними конструктивними рішеннями. Розберемо найважливіші.
Двигун внутрішнього згоряння
Двигун внутрішнього згоряння — найпоширеніший тип у транспорті. Паливо спалюється безпосередньо всередині двигуна, і енергія вибуху штовхає поршень або ротор.
Основні підтипи двигунів внутрішнього згоряння — бензинові, дизельні і роторні.
Бензиновий двигун працює за принципом займання паливно-повітряної суміші від іскри свічки запалювання. Паливо — бензин. Широко використовується в легкових авто, мотоциклах, малій техніці. Бензинові двигуни бувають різної потужності — від невеликих 7 л.с. для мотоблоків до потужних агрегатів спортивних авто.
Дизельний двигун відрізняється від бензинового способом займання — паливо займається від стиснення, а не від іскри. Дизель економніший і тяговитіший, але важчий і дорожчий у виробництві. Використовується у вантажівках, автобусах, сільськогосподарській техніці і частині легкових авто. Дизельні двигуни бувають одно-, дво- і багатоциліндровими.
Роторний двигун — нестандартне рішення, де замість поршнів використовується ротор трикутної форми, який обертається всередині камери. Найвідоміший — двигун Ванкеля. Компактний і оборотистий, але має підвищену витрату пального і масла. Використовувався в автомобілях Mazda RX-7 і RX-8.
Двотактний і чотиритактний двигун
Двигуни внутрішнього згоряння також класифікують за кількістю тактів робочого циклу.
Двотактний двигун виконує робочий цикл за два ходи поршня. Простіший за конструкцією, легший і дешевший. Але менш економний і екологічний. Використовується в мотокосах, бензопилах, деяких мотоциклах і скутерах. Двотактний двигун до мотокоси — популярне рішення для садового інструменту завдяки малій вазі і простоті обслуговування.
Чотиритактний двигун виконує робочий цикл за чотири ходи поршня — впуск, стиснення, робочий хід, випуск. Ефективніший, економніший і екологічніший. Використовується в легкових авто, більшості мотоциклів, генераторах і потужних мотоблоках. Чотиритактний двигун до мотокоси потужніший і тихіший, але важчий за двотактний аналог.
TSI двигун
TSI — турбований двигун із безпосереднім вприском палива. Абревіатура розшифровується як Turbocharged Stratified Injection. Це розробка концерну Volkswagen Group, яка використовується в автомобілях VW, Skoda, Seat, Audi.
TSI двигун поєднує турбонаддув і безпосередній вприск палива в циліндр. Це дозволяє отримати хорошу потужність при малому об’ємі двигуна і відносно низькій витраті пального. Наприклад, TSI об’ємом 1,4 літра може видавати потужність, порівнянну з атмосферним двигуном 1,8–2,0 літра.
Опозитний двигун
Опозитний двигун — особливе розташування циліндрів, при якому вони знаходяться горизонтально один навпроти одного по обидва боки колінчастого вала. Такий двигун ще називають «боксером».
Переваги опозитного двигуна — низький центр ваги, хороший баланс і компактність по висоті. Використовується в автомобілях Subaru і Porsche, а також у деяких мотоциклах BMW і Honda.
Мінус — складніше технічне обслуговування через специфічне розташування циліндрів.
Електричний двигун
Електричний двигун перетворює електричну енергію на механічну через взаємодію магнітних полів. Без спалювання палива, без викидів, з мінімальною кількістю рухомих деталей.
Основні типи електричних двигунів:
Асинхронний двигун — найпоширеніший у промисловості. Ротор обертається з невеликим відставанням від обертового магнітного поля статора. Надійний, простий і дешевий. Використовується в Tesla Model S та інших електромобілях, промислових верстатах, насосах, вентиляторах.
Двигун постійного струму — живиться від постійного струму і легко регулюється за швидкістю. Використовується в електроінструменті, іграшках і деяких промислових застосуваннях. Вимагає регулярної заміни щіток.
Колекторний двигун — різновид двигуна постійного струму, де живлення на ротор подається через колектор і щітки. Простий у виробництві, але щітки зношуються і потребують обслуговування. Поширений у побутових приладах — пилососах, дрилях, пральних машинах.
Безщітковий двигун і безколекторний двигун — сучасне рішення без фізичного контакту між статором і ротором. Живлення перемикається електронно. Ефективніший, надійніший і довговічніший за щіткові аналоги. Використовується в електровелосипедах, дронах, сучасних електроінструментах і електромобілях.
Кроковий двигун — обертається на точно визначені кути кроками. Використовується в пристроях, де потрібна висока точність позиціонування — 3D-принтерах, ЧПУ-верстатах, принтерах і сканерах.
Інверторний двигун — електричний двигун, керований через інвертор, що дозволяє плавно регулювати швидкість обертання. Використовується в сучасних пральних машинах, холодильниках і кондиціонерах. Економніший за традиційні двигуни завдяки точному регулюванню.
Реактивний двигун
Реактивний двигун створює тягу шляхом викидання маси — газів або рідини — у протилежному до руху напрямку. Принцип дії описаний третім законом Ньютона.
Основні типи реактивних двигунів — турбореактивний, турбогвинтовий і ракетний. Використовуються в авіації, ракетній техніці і деяких морських суднах.
Двигун шахеда — так в Україні називають двигуни іранських дронів-камікадзе Shahed. Це поршневий двигун внутрішнього згоряння відносно простої конструкції, схожий на авіамодельний або легкий авіаційний мотор.
Паровий двигун
Паровий двигун — один із перших теплових двигунів в історії. Вода нагрівається зовнішнім джерелом тепла, пара розширюється і штовхає поршень.
Сьогодні паровий двигун використовується рідко — переважно на парових локомотивах-ретро, у деяких промислових установках і як навчальна модель. У побутовому і транспортному застосуванні його витіснили двигуни внутрішнього згоряння і електричні мотори.
Двигун Стірлінга
Двигун Стірлінга — зовнішнього згоряння, де робоче тіло — газ — нагрівається і охолоджується зовні, а не всередині двигуна. Цикл роботи заснований на різниці температур.
Двигун Стірлінга тихий, економний і може працювати від будь-якого джерела тепла — навіть від сонячної енергії або тепла долоні. Але має невелику питому потужність і складну конструкцію. Використовується в підводних човнах, космічних апаратах і деяких генераторах.
Водневий двигун
Водневий двигун — перспективний напрямок, який розвивається останніми роками. Є два підходи до використання водню.
Перший — спалювання водню в двигуні внутрішнього згоряння замість бензину або дизелю. Двигун конструктивно схожий на звичайний, але продуктом згоряння є вода, а не CO2.
Другий — воднева паливна комірка, яка виробляє електрику з водню і кисню. Ця електрика живить електродвигун. Toyota Mirai і Hyundai Nexo працюють саме за таким принципом.
Водневий двигун не виробляє шкідливих викидів, але інфраструктура заправки воднем поки що обмежена.
Вічний двигун
Вічний двигун — пристрій, який нібито може працювати нескінченно без зовнішнього джерела енергії. З точки зору фізики — неможливий, оскільки суперечить першому і другому законам термодинаміки. Жоден із запропонованих проєктів вічного двигуна не працював у реальності.
Термін використовується переважно як метафора або в назвах бізнесів і проєктів.
Двигуни для малої техніки
Окрема велика категорія — двигуни для садової і побутової техніки. Мотоблоки, мотокоси, генератори, насоси — вся ця техніка потребує компактних і надійних двигунів.
Для мотоблока найчастіше використовують бензинові четиритактні двигуни потужністю від 5 до 15 л.с. або дизельні двигуни — одноциліндрові і двоциліндрові. Дизельний двотактний двигун для мотоблока б/у — популярний пошуковий запит серед тих, хто хоче зекономити на заміні двигуна для свого агрегату.
Для мотокоси використовують двотактні бензинові двигуни об’ємом 25–65 куб. см або чотиритактні потужністю до 2–3 л.с. Найпоширеніші об’єми — 43 і 52 куб. см.
«Двигун — це спосіб перетворити енергію на рух. І те, яку енергію ви використовуєте, визначає не лише продуктивність, а й вплив на навколишнє середовище.»
Різноманітність двигунів відображає різноманітність завдань, які люди вирішують за допомогою машин. Бензиновий двигун у мотокосі, асинхронний мотор у Tesla, реактивний двигун літака — кожен є оптимальним рішенням для своєї сфери.
«Розуміння принципу роботи двигуна — це не лише технічна грамотність. Це здатність зробити правильний вибір при купівлі техніки і краще розуміти, що відбувається під капотом.»
Тепер ви знаєте основні види і типи двигунів — від поршневого бензинового до водневого і електричного, від двотактного двигуна мотокоси до реактивного авіаційного мотора.
