Двигатель бензинный как он работает

Основные типы двигателей

Основные типы двигателей

В настоящее время на легковые автомобили устанавливают бензиновые, дизельные, газовые и электрические двигатели. Первые три типа являются двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Принцип работы ДВС основан на сжигании топлива внутри цилиндра и преобразовании полученной тепловой энергии в механическую работу. Проще говоря, взрыв паров бензина двигает металлические детали (кривошипно-шатунный механизм) двигателя, которые преобразовывают возвратно-поступательное движение во вращение. Подробнее об этом чуть ниже.

Наращивается выпуск автомобилей с гибридной силовой установкой, которая сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный) и один или несколько электромоторов.

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель, как следует из названия, работает на бензине. Для поджига топливовоздушной смеси в бензиновом двигателе служит система зажигания. Справедливости ради стоит отметить, что бензиновые двигатели также могут работать на различных спиртах, что с успехом практикуется в ряде стран. В нашей стране использование спирта в качестве топлива для автомобилей не получило распространения, поэтому данную тему оставим пока без внимания.

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель, или просто дизель, работает на дизельном топливе и но имеет системы зажигания. Топливо самовоспламеняется от сжатия. Ещё лет двадцать назад дизели уступали бензиновым двигателям по большинству эксплуатационных параметров, важных для легкового автомобиля, но в настоящее время ситуация изменилась. Современный турбодизель с электронным управлением (подробнее будет рассмотрен ниже) практически ни в чем не уступает бензиновому мотору и даже обладает лучшей экономичностью. Благодаря этому в странах Западной Европы дизели уже стали более популярными, чем бензиновые моторы.

Газовый двигатель

Газовый двигатель, в зависимости от исполнения, работает на сжатом или сжиженном газе (метан или пропанобутановая смесь). Его конструкция, за исключением некоторых отличий в системе питания, аналогична бензиновому двигателю. В России легковые автомобили получают газовый двигатель путем переоборудования штатного бензинового мотора. Такие автомобили обычно имеют возможность перехода с газа на бензин. Эксплуатация автомобиля с газовым оборудованием не имеет принципиальных отличий. Всю необходимую информацию при необходимости можно получить из инструкции к установленному на автомобиль газовому оборудованию. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Электрический двигатель

Электрический двигатель по своим тяговым характеристикам идеально подходит для применения на автомобиле. Фактически он позволяет отказаться от таких узлов трансмиссии, как сцепление и коробка передач. Из следующей главы можно будет узнать описание работы одноцилиндрового двигателя как пример двигателя внутреннего сгорания.

Кроме этого, электромотор практически не оказывает пагубного воздействия на окружающую среду. А в одной из следующих глав можно будет узнать назначение и устройство газораспределительного механизма двигателя, для чего нужен ремень газораспределительного механизма.

Широкое применение таких двигателей в настоящий момент сдерживается только одним фактором. Питание электродвигателя осуществляется от аккумуляторных батарей, которые необходимо заряжать перед выездом. Современные технологии пока не позволяют создать достаточно ёмкий аккумулятор, который мог бы обеспечить автомобилю приемлемый запас электроэнергии.

Сейчас конструкторам удаётся создавать электромобили, способные проехать на одной зарядке 100-200 км. Более ёмкие аккумуляторные батареи получаются либо слишком дорогими, либо чересчур массивными.

Гибридный двигатель или гибридная силовая установка

В результате многочисленных поисков была создана гибридная силовая установка. Такая установка состоит из электромоторов и обычного двигателя внутреннего сгорания. За счёт применения управляющей электроники все рабочие процессы максимально оптимизированы, что позволило сделать работу гибридной установки экономичной и экологичной, без потери динамических параметров автомобиля.

Как уже упоминалось выше, все двигатели предназначены для создания крутящего момента, который в дальнейшем передаётся трансмиссией на ведущие колёса. Принцип работы электродвигателя должен быть вам известен из школьного курса физики. Поэтому ниже рассмотрим только принцип работы двигателей внутреннего сгорания, который, в целом, одинаков для бензинового, дизельного и газового моторов.

Что будет, если залить бензин в дизельный двигатель?

Итак, вы только что залили бензин в свой дизельный двигатель. Что произойдет сейчас? Будет ли он работать или просто взорвется?

Нет, действительно, мотор не взорвется и будет работать, но ненадолго. Говоря простым языком, залив бензина в дизельный мотор сильно его повредит, даже если мотору удастся какое-то время работать.

Но почему это повреждает двигатель? Дело в том что бензин и дизель являются побочными продуктами нефти и чтобы ответить на данный вопрос, нам нужно понять, как работают эти два типа двигателей, а именно бензиновый двигатель и дизельный двигатель.

Что делать, если кто-то случайно налил бензин в дизельный двигатель?

Проблема в том, что бензиновое топливо составлено таким образом, что оно противостоит самовоспламенению, как это делает дизельное топливо. Бензин приведет к тому, что дизельный автомобиль не сможет сжигать топливо в правильной последовательности и, если ему удастся сжечь топливо, детонация смеси будет происходить нерегулярно. Поршни и поршневые рычаги сконструированы таким образом, что они могут противостоять взрыву топлива, если взрыв происходит своевременно. Бензин в дизельном двигателе сожжет топливо в неправильные сроки и может повредить эти детали.

Помимо этого, бензин может быстро разрушить топливный насос. Топливный насос для дизельного топлива немного отличается от бензинового, так как дизель действует как смазка для топливного насоса. Бензин приведет к высыханию топливной части и без смазки, движущиеся части будут тереться друг о друга и в конечном итоге выйдут из строя, как в случае двигателя с любым маслом.

Когда запускается дизельный двигатель, это приводит к циркуляции бензина в магистралях и двигателе, что приведет к выходу из строя чувствительных частей и прекращению работы топливного насоса. Если автомобиль с неправильным топливом не запускается, повреждение можно предотвратить, а промывка топливного бака может сэкономить тысячи рублей при замене поврежденных деталей.

Если вы понимаете, что залили бензин в свой дизельный двигатель, немедленно выключите его и отбуксируйте автомобиль в мастерскую для замены топлива.

Сравнение дизельного и бензинового двигателя

Оба типа двигателя, бензиновый и дизельный работают несколько похоже. У обоих есть поршни, цилиндры, топливопроводы, напорные трубопроводы, и оба требуют масла, и сжигают смесь воздуха и топлива для работы. Хотя оба типа двигателя в большинстве своем одинаковы, существенным различием между ними является метод зажигания этой воздушно-топливной смеси. Эта разница — все, что отличает бензиновый и дизельный двигатель.

Бензиновые двигатели

Бензиновые двигатели работают так же, как дизельные, и только они принимают бензин в качестве топлива. Топливо подается через напорные трубопроводы, а затем идет в сам в двигатель. В зависимости от метода впрыска топлива, некоторые автомобили могут использовать карбюратор для подачи топлива в двигатель, в то время как современные автомобили в настоящее время используют методы электронного впрыска.

Бензиновые двигатели имеют то, что мы называем — свечами зажигания, чтобы зажечь топливовоздушную смесь. В зависимости от количества цилиндров в двигателе может быть 3 или более свечей зажигания. Если автомобиль V-8, для каждого из цилиндров будет 8 цилиндров и 8 свечей зажигания. Ремень газораспределительного заставляет распределительный вал вращаться таким образом, чтобы каждый цилиндр зажигал смесь в нужное время, делая зажигание топлива в каждом из 8 цилиндров плавным и сохраняя баланс двигателя.

Примечание: здесь следует отметить, что бензиновые двигатели для зажигания топлива используют свечи зажигания. Это связано со степенью сжатия бензина. Как только бензин достаточно сжимается во время цикла, смесь становится горячей, и свечи зажигания производят быструю искру, чтобы зажечь эту смесь, создавая мощность.

Дизельные двигатели

Этим двигателям не нужны свечи зажигания для зажигания топлива и разница здесь в типе топлива. Дизельные блоки используют степень сжатия, которая намного выше, чем у бензиновых двигателей. Это базовые знания, что, когда воздух сжимается, он имеет тенденцию нагреваться. Точно так же, дизель сжимается намного больше, чем бензин, который нагревает топливо настолько сильно, что дизель в цилиндрах самовоспламеняется, не требуя при этом свечи зажигания.

Это то, почему дизель горит при гораздо более высокой температуре, чем бензин, поэтому дизельное топливо не может быть зажжено свечами зажигания из-за недостатка тепла. Это то, что заставляет дизельные двигатели издавать этот стук во время работы, поскольку дизель взрывается при более высокой температуре.

Дизельное топливо против бензинового топлива

Оба эти топлива являются побочными продуктами сырой нефти с небольшой разницей в химических свойствах. Оба этих топлива являются цепями углеводородов. Разница лишь в том, что в дизельном топливе их больше, что делает дизель менее летучим по сравнению с бензином. Бензиновый двигатель сжимает бензин в соотношении 8: 1, которое может варьироваться до 12: 1. Дизельный двигатель, однако, сжимает дизельное топливо в более высоком соотношении 14: 1 и может достигать 25: 1. Это заставляет автомобили с дизельным двигателем производить гораздо более значительную мощность по сравнению с бензиновыми двигателями.

Чтобы предотвратить ошибку, размер заправочных форсунок для дизельного топлива в насосах больше по сравнению с форсунками для бензина, что затрудняет заливку дизеля в бензиновые двигатели, но, с другой стороны, проблема остается.

Бензин в дизельном автомобиле

Поскольку бензин и дизель — это два совершенно разных вида топлива, у вас может появиться множество симптомов, если вы залили бензин в ваш дизельный двигатель. Ниже идет список наиболее распространенных симптомов, которые вы обычно получаете после того, как заправляете дизельный двигатель бензином:

Наиболее распространенными симптомами бензина в дизельных автомобилях являются стук в двигателе, грубые холостые обороты и ускорение, сигнальная лампа двигателя, к тому же машина может остановиться и не запустится снова. Поэтому никогда не водите свой автомобиль с бензином в дизельном баке. Выключите двигатель как можно быстрее и отбуксируйте его в мастерскую по ремонту автомобилей или в гараж. Слейте бензин из бака, замените топливный фильтр и снова заправьте его дизельным топливом.

1- Проверьте лампу двигателя

Поскольку современные автомобильные двигатели очень умны, они часто распознают, когда вы залили бензин в дизельный двигатель. Это часто приводит к тому, что на приборной панели автомобиля загорается лампочка.

2- Стук из двигателя

Поскольку бензин является гораздо более легковоспламеняющимся, чем дизельное топливо, вы можете услышать громкий «стучащий» шум из двигателя, которого раньше не было. Если вы залили немного бензина в свой дизельный бак, возможно, вы не услышите стук, однако это хороший знак, если вы подозреваете, что заправились бензином.

3- Грубый холостой ход и ускорение

Автомобиль может испытывать грубый холостой ход и быстрое ускорение, когда вы заправляете свой дизельный бак бензином.

4- Двигатель останавливается и не запускается

Во многих случаях, если вы заправились большим количеством бензина, ваш двигатель может остановиться и его невозможно будет запустить. Если это так, это может привести к дорогостоящему ремонту, если вам не повезло.

Помните, что поскольку бензин не обладает такими же смазывающими свойствами, как дизельное топливо, это может привести к серьезным повреждениям вашего дизельного насоса. Неисправный дизельный насос может привести к выпадению металлической стружки и заполнить ей всю топливную систему. В этом случае вам часто приходится заменять всю топливную систему, включая шланги и топливопроводы.

Также это может привести к повреждению внутренних частей мотора, таких как поршни, если вам не повезло. Происходит такое довольно редко, и самая часто повреждаемая вещь — это дизельный насос, что приводит к образованию металлической стружки по всей топливной системе.

Что делать, если в моей дизельной машине залит бензин?

Если вы думаете, что у вас есть бензин в дизельном баке, первое, что вы должны сделать, это остановить автомобиль в безопасном месте и как можно быстрее заглушить двигатель. Если вы стоите на заправочной станции и еще не запустили свой двигатель, — не заводите автомобиль!

Отбуксируйте машину в авторемонтную мастерскую, cлейте бензин из бака либо с помощью топливного ручного насоса или с использованием встроенного насоса заправки внутри бака. Если у вас заправочный насос.

После того, как вы выльете весь бензин из бака, замените топливный фильтр и снова заполните бак дизельным топливом. Затем запустите свою машину и попробуйте снова, во многих автомобилях потребуется прокачать дизельную топливную систему, прежде чем сможете ее запустить.

Выполнив следующие действия, вы сможете сохранить двигатель, и он будет спасен в 90% случаев. При некоторых обстоятельствах, если вы проехали слишком много со слишком большим количеством бензина в баке, ваш дизельный насос может быть поврежден, и это приведет к замене всей топливной системы, поскольку насос заполнит ее металлической стружкой.

Заключение

Бензин и дизель — два совершенно разных вида топлива, и вы заметите много странных симптомов, если у вас есть бензин в дизельном автомобиле.

Если вы понимаете, что заправили его бензином, остановите автомобиль в безопасном месте, заглушите двигатель и отправьте его в мастерскую.

Если вы заметили на заправочной станции, что заправляете не то топливо, не заводите автомобиль. Буксируйте его в мастерскую.

Бензин в дизельном моторе приведет к повреждению вашего дизельного насоса, который может заполнить топливную систему металлической стружкой и повредить всю топливную систему. Это может привести к дорогостоящему ремонту выше 10 000 $.

Как работает бензиновый двигатель внутреннего сгорания

На наших дорогах чаще всего можно встретить автомобили, потребляющие бензин и дизельной топливо. Время электрокаров пока не настало. Поэтому рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Отличительной чертой его является превращение энергии взрыва в механическую энергию.

При работе с бензиновыми силовыми установками различают несколько способов формирования топливной смеси. В одном случае это происходит в карбюраторе, а потом это все подается в цилиндры двигателя. В другом случае бензин через специальные форсунки (инжекторы) впрыскивается непосредственно в коллектор или камеру сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Для полного понимания работы ДВС необходимо знать, что существует несколько типов современных моторов, доказавших свою эффективность в работе:

• бензиновые моторы;
• двигатели, потребляющие дизельное топливо;
• газовые установки;
• газодизельные устройства;
• роторные варианты.

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

В каждом есть топливо, которое взрываясь в камере сгорания, расширяется и толкает поршень, установленный на коленчатом валу. Далее это вращение посредством дополнительных механизмов и узлов передается на колеса автомобиля.

В качестве примера будем рассматривать бензиновый четырехтактный мотор, так как именно он является самым распространенным вариантом силовой установки в машинах на наших дорогах.

Такты:

1. открывается впускное отверстие и происходит заполнение камеры сгорания подготовленной топливной смесью
2. происходит герметизация камеры и уменьшение ее объема в такте сжатия
3. взрывается смесь и выталкивает поршень, который получает импульс механической энергии
4. камера сгорания освобождается от продуктов горения

В каждом из этих этапов работы ДВС заложена своя происходит несколько одновременных процессов. В первом случае поршень находится в самой нижней своей позиции, при этом открыты все клапаны, впускающие топливо. Следующий этап начинается с полного закрытия всех отверстий и перемещения поршня в максимальную верхнюю позицию. При этом все сжимается.

Достигнув снова крайней верхней позиции поршня, на свечу поступает напряжение, и она создает искру, зажигая смесь для взрыва. Сила этого взрыва толкает поршень вниз, а в это время открываются выпускные отверстия и камера очищается от остатков газа. Затем все повторяется.

Работа карбюратора

Формирование топливной смеси в машинах первой половины прошлого века происходило с помощью карбюратора. Чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, нужно знать, что автомобильные инженеры сконструировали топливную систему так, что в камеру сгорания подавалась уже подготовленная смесь.

Ее формированием занимался карбюратор. Он в нужных соотношениях перемешивал бензин и воздух и отправлял это все в цилиндры. Такая относительная простота конструкции системы позволяла ему долгое время оставаться незаменимой частью бензиновых агрегатов. Но позже его недостатки стали преобладать над достоинствами и не обеспечивать повышающихся требований к автомобилям в целом.

Недостатки карбюраторных систем:

• нет возможности обеспечивать экономные режимы при внезапных переменах режимов езды;
• превышение лимитов вредных веществ в выхлопных газах;
• низкая мощность автомобилей из-за несоответствия подготовленной смеси состоянию автомобиля.

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

Принцип работы инжекторного двигателя заключается в непосредственном впрыске бензина во впускной коллектор или камеру сгорания. Визуально все схоже с работой дизельной установки, когда подача выполняется дозировано и только в цилиндр. Разница лишь в том, что у инжекторных агрегатов установлены свечи для поджигания.

Этапы работы бензиновых моторов с прямым впрыском не отличаются от карбюраторного варианта. Разница лишь в месте формирования смеси.

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

• увеличение мощности до 10% при схожих технических характеристиках с карбюраторным;
• заметная экономия бензина;
• улучшение экологических характеристик по выбросам.

Но при таких достоинствах есть и недостатки. Основными являются обслуживание, ремонтопригодность и настройка. В отличие от карбюраторов, которые можно самостоятельно разобрать, собрать и отрегулировать, инжекторы требуют специального дорогостоящего оборудования и установленного большого числа разных датчиков в автомобиле.

Способы впрыска топлива

В ходе эволюции подачи топлива в двигатель происходило постоянное сближение этого процесса с камерой сгорания. В наиболее современных ДВС произошло слияние точки подачи бензина и места сгорания. Теперь смесь формируется уже не в карбюраторе или впускном коллекторе, а впрыскивается в камеру напрямую. Рассмотрим все варианты инжекторных устройств.

Одноточечный вариант впрыска

Наиболее простой вариант конструкции выглядит как впрыск топлива через одну форсунку во впускной коллектор. Разница с карбюратором в том, что последний подает готовую смесь. В инжекторном варианте проходит подача топлива через форсунку. Выгода заключается в получении экономии при расходе.

Моноточечный вариант подачи топлива

Такой способ также формирует смесь вне камеры, но здесь задействованы датчики, которые обеспечивают подачу непосредственно к каждому цилиндру через впускной коллектор. Это более экономичный вариант использования топлива.

Прямой впрыск в камеру

Этот вариант пока наиболее эффективно использует возможности инжекторной конструкции. Топливо напрямую распыляется в камере. За счет этого снижается уровень вредных выхлопов, и автомобиль получает кроме большей экономии бензина увеличенную мощность.

Увеличенная степень надежности системы снижает негативный фактор, касающийся обслуживания. Но такие устройства нуждаются в качественном топливе.

Как работает двигатель?

Промо 25.08.2020 2

Важно ли понимать устройство двигателя для обычного пользователя автомобиля? Это как минимум необходимо для правильной эксплуатации мотора. Например, знаете ли вы про 9-цилиндровый мотор БМВ или что такое объем двигателя? За пять минут расскажем просто обо всем важном.

Виды моторов

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой достаточно сложную конструкцию. Существуют двух- и четырехтактные двигатели. Наиболее распространены 4-тактные моторы в автомобилях и мотоциклах. Двухтактники также могут применяться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных и даже воздушных судов. Двухтактные моторы устанавливают в мотокосах, бензопилах и прочем строительном бензоинструменте.

Конструкторы успели придумать такое множество агрегатов, попадающих под определение ДВС. Мы будем рассматривать наиболее привычные варианты. Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять порядок и принципы его работы, разберемся, из чего он состоит:

• цилиндры, в которых располагаются поршни;
• коленчатый вал;
• газораспределительный механизм.

К этому добавим системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Основные подходы к классификации силовых установок:

1. По количеству цилиндров.
2. По расположению цилиндров.
3. По виду топлива.

1. Цилиндров чаще всего бывает от одного до шести. Более мощные автомобили могут использовать, например, 8, 12 или 16 цилиндров.

2. В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу располагаются один за другим в ряд. Увеличить мощность двигателя без существенного изменения размеров можно путем удвоения количества цилиндров. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип двигателя называется V-образным. Существует еще и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, применяются в автомобилях Subaru. За счет особенностей расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также минимальную высоту капота.

3. ДВС может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, воспламенение происходит от высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в двигателе со смешанным топливом может использоваться газ, например, метан.

В одной модели автомобиля часто используется целая линейка двигателей с разными характеристиками на выбор покупателя. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или мощный 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

А вот 9-цилиндровый двигатель БМВ ставили на самолеты, и располагались цилиндры относительно друг друга в виде звезды.

Порядок работы двигателя

Вернемся к двух- и четырехтактным двигателям. Конструкции двухтактных моторов могут сильно различаться и быть как проще, так и намного сложнее четырехтактных собратьев. За счет меньшего количества оборотов мощность двухтактников выше, но экономичность хуже. Маленькие по размерам и мощности моторы не требуют сложной системы охлаждения, масло для смазки добавляется непосредственно с топливом в камеру сгорания.

Один такт – это движение поршня внутри цилиндра вверх или вниз. Работа 4-тактного мотора состоит из:

• впуска;
• сжатия;
• рабочего хода;
• выпуска.

У двухтактной силовой установки впуск происходит во время сжатия (первый такт), а рабочий ход совмещен с выпуском отработанных газов (второй такт).

Теперь подробнее о четырехтактном процессе.

В цилиндре находится поршень, который с помощью шатуна крепится к коленвалу. Сверху цилиндра находятся впускные и выпускные клапаны, а также свеча. Внутренний объем всех цилиндров составляет так называемый объем двигателя.

Поршень может находиться в верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка), нижней (нижняя мертвая точка) или перемещаться между ними.

В первом такте открывается впускной клапан и поршень опускается. Таким образом, цилиндр наполняется либо смесью топлива и воздуха, либо только воздухом (для дизельного мотора).

Во втором такте поршень идет вверх, сжимая содержимое и параллельно увеличивая его давление и температуру. В конце такта свеча зажигания создает искру, в результате чего происходит детонация топливной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном же свеча не используется, а топливо подается в последний момент такта, которое возгорается за счет высокого давления и температуры воздуха.

В третьем и основном такте работы мотора высвобождаемая от взрыва энергия двигает поршень вниз. Именно в этот момент создается сила, которая заставляет коленчатый вал вращаться, а от него вращается и маховик двигателя.

На четвертом такте поршень поднимается к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. При этом удаляются отработанные газы. Далее цикл из четырех тактов повторяется.

Если в двигателе используется несколько цилиндров, движение их поршней управляется газораспределительным механизмом таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на разных тактах. Систем управления газораспределением существует несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали обязательно должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение, как правило, производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей двигателя. Далее жидкость сама должна охладиться и снова вернуться в мотор. Превышение допустимых температур может привести к практически моментальному разрушению силовой установки.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может достигать восьми тысяч в минуту. Для минимизации механического износа система смазки должна работать идеально. Поэтому важно следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, что ведет к сужению или перекрытию каналов движения жидкостей.

Материалы рубрики «Промо» публикуются на правах рекламы.

Водородный двигатель: принцип работы и устройство

Как известно, поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет как плюсы, так и целый ряд определенных недостатков. Прежде всего, глобальной проблемой является токсичный выхлоп бензиновых и дизельных ДВС, а также постоянная потребность в нефтяном топливе. Не сильно меняется ситуация и после перевода автомобиля на газ, так как установка ГБО также не решает всех задач.

С учетом данных особенностей постоянно ведутся разработки альтернативных вариантов. Сегодня реальным конкурентом ДВС является электродвигатель. При этом относительно небольшой запас хода, высокая стоимость аккумуляторных батарей и всего электрокара (электромобиля) в целом, а также отсутствие развитой инфраструктуры по ремонту и обслуживанию таких машин закономерно тормозит их популяризацию.

Среди подобных двигателей следует отдельно выделить водородный ДВС, который вполне может заменить существующий на сегодня дизельный или бензиновый мотор, причем в обозримой перспективе. Давайте рассмотрим, как работает водородный двигатель, какую конструкцию имеет подобный мотор и в чем заключаются его особенности.

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Работа двигателя на водороде: особенности водородного ДВС

Начнем с того, что двигатель внутреннего сгорания на водороде по своей конструкции не сильно отличается от обычного ДВС. Все те же цилиндры и поршни, камера сгорания и сложный кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно поступательного движения в полезную работу.

Единственное, в цилиндрах сгорает не бензин, газ или солярка, а смесь воздуха и водорода. Также нужно учитывать и то, что способ подачи водородного топлива, смесеобразование и воспламенение также несколько другой по сравнению с аналогичными процессами в традиционных аналогах.

На водороде реакция протекает быстрее, что позволяет сдвинуть наполнение цилиндра на момент, когда поршень уже начинает движение в НМТ (нижняя мертвая точка). Также после того, как протекает реакция, результатом становится обычная вода вместо токсичных выхлопных газов. Как видно, на первый взгляд стандартный двигатель относительно легко подстроить под водородное топливо путем доработок впуска, выпуска и системы питания, однако это не так.

Первая проблема заключается в том, как получать необходимый водород. Как известно, водород находится в составе воды и является распространенным элементом, однако в чистом виде практически не встречается. По этой причине для максимальной автономности на транспортное средство нужно отдельно ставить водородные установки, чтобы «расщеплять» воду, позволяя мотору питаться необходимым топливом.

Идея кажется привлекательной. Более того, можно даже обойтись без наружного воздуха на впуске и создать закрытую топливную систему. Другими словами, после каждого раза, когда в камере сгорит заряд, в цилиндре будет оставаться водяной пар. Если этот пар пропустить через радиатор, произойдет конденсация, то есть снова образуется вода, из которой можно повторно получить водород.

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания независимо от типа топлива все равно нуждается в системе смазки, чтобы защитить нагруженные узлы и трущиеся пары. Если просто, без моторного масла никак не обойтись. При этом масло частично попадает в камеру сгорания и затем в выхлоп. Это значит, что полностью изолировать топливную систему на водороде (не использовать наружный воздух) практически нереализуемая задача.

По этой причине современные водородные двигатели внутреннего сгорания больше напоминают газовые двигатели, то есть агрегаты на газе пропане. Чтобы использовать водород вместо пропана, достаточно изменить настройки такого ДВС. Правда, КПД на водороде несколько снижается. Однако и водорода нужно меньше, чтобы получить необходимую отдачу от мотора. При этом никаких установок для автономного получения водорода не предполагается.

Что касается попытки подать водород в обычный бензиновый или дизельный двигатель, автоматически возникают риски и сложности. Прежде всего, высокие температуры и степень сжатия могут привести к тому, что водород будет вступать в реакцию с нагретыми элементами ДВС и моторным маслом.

Так или иначе, даже с учетом всех сложностей, ряд проблем удается обойти не только на роторных, но даже и на поршневых моторах, что позволяет водороду считаться достаточно перспективной альтернативой бензину, газу или солярке. Например, экспериментальная версия модели BMW 750hL, которую представили в 2000 году, имеет водородный двигатель на 12 цилиндров. Агрегат успешно работает на таком горючем и способен разогнать автомобиль до скорости около 140 км/час.

Правда, никаких отдельных установок для получения водорода из воды на машине не имеется. Вместо этого стоит особый бак, который просто заправлен водородом. Запас хода на полном баке водорода составляет около 300 км. После того, как водород закончится, двигатель в автоматическом режиме начинает работать на бензине.

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной). Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода. В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. Основным минусом является высокая стоимость топливных элементов по причине использования платины, палладия и других дорогих металлов. В результате конечная стоимость транспорта с таким двигателем сильно возрастает.

Водородный двигатель: дальнейшие перспективы

Сегодня над созданием экологичных двигателей трудятся многие компании. Некоторые идут по пути создания двигателей-гибридов, другие делают ставку на электромобили и т.д. Что касается водородных установок, в плане экологии и производительности данный вариант также может в ближайшее время составить конкуренцию ДВС на бензине, газе или дизтопливе.

Водородные двигатели показали себя несколько лучше, чем самые продвинутые электрокары. Например, японская модель Honda Clarity. Единственное, остался такой недостаток, как способы и возможности заправки. Дело в том, что инфраструктура водородных заправочных станций не особенно развита, причем в мировом масштабе.

Дополнительно стоит отметить модель Toyota Mirai. Автомобиль работает только на водороде, одного бака хватает на 600 км. Водородные двигатели еще встречаются на отечественной модели «Нива», а также устанавливаются корейцами на специальную версию внедорожника Hyundai Tucson.

Как видно, с двигателем на водороде активно экспериментируют многие производители, однако такое решение все равно имеет много недостатков. При этом некоторые минусы сильно мешают массовой популяризации.

Прежде всего, это безопасность и сложность транспортировки такого топлива. Важно понимать, что водород весьма горюч и взрывоопасен даже при относительно невысоких температурах. По этой причине его сложно хранить и перевозить. Получается, необходимо строить особые водородные резервуары для авто с данным типом двигателя. Как результат, на практике водородных заправок очень мало.

К этому также можно добавить определенную сложность и высокие расходы на ремонт и обслуживание водородного агрегата, а также необходимость в подготовке и обучении большого количества высококвалифицированного персонала. Если же говорить о самом авто на водороде и его эксплуатационных характеристиках, наличие водородной установки делает машину более тяжелой, закономерно ухудшается управляемость.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.

Усовершенствание конструкции поршневого двигателя, отказ от КШМ: бесшатунный двигатель, а также двигатель без коленвала. Особенности и перспективы.

Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора.

Дизельный мотор TDI. Отличительные особенности двигателя данного типа. Преимущества и недостатки, ресурс, особенности турбонаддува. советы по эксплуатации.

Что нужно знать о моторах на Рендж Ровер перед покупкой такого автомобиля б/у. С каким двигателем лучше взять данный автомобиль и почему.