Как работает двигатель внутреннего сгорания (за 60 секунд)
Почти все бензиновые и дизельные моторы — четырёхтактные поршневые. В каждом цилиндре поршень двигается вверх-вниз, повторяя четыре такта:
- Впуск — поршень идёт вниз и засасывает воздух (в некоторых моторах — сразу с топливом).
- Сжатие — поршень идёт вверх и сжимает смесь.
- Рабочий ход — смесь сгорает: в бензиновом моторе её поджигает свеча, а в дизеле она воспламеняется сама от жара сжатия. Взрыв толкает поршень вниз.
- Выпуск — поршень снова идёт вверх и выталкивает отработавшие газы.
Поршни вращают коленчатый вал, который превращает движение вверх-вниз во вращение, в итоге крутящее колёса. Больше цилиндров и больший их объём (рабочий объём, в литрах или см³) обычно означают больше мощности — но и больше расход.
Реальный КПД: бензиновый мотор превращает в движение лишь около 25–35% энергии топлива (до ~40% у лучших гибридов), остальное уходит в тепло. Электромотор превращает в движение примерно 90% энергии. Это главная причина, почему электромобили так дёшевы в эксплуатации.
Атмосферный или турбированный
Атмосферный (NA)
Мотор «дышит» воздухом при обычном атмосферном давлении — ничто не нагнетает его дополнительно. Чтобы получить больше мощности, нужен больший объём или высокие обороты.
Плюсы
- Простой и очень надёжный
- Мгновенный, линейный отклик на газ
- Дешевле в обслуживании
Минусы
- Меньше мощности с литра
- Обычно больше расход при той же мощности
Турбированный
Турбокомпрессор использует выхлопные газы, чтобы раскрутить турбину, которая нагнетает (сжимает) дополнительный воздух в мотор. Больше воздуха + больше топлива = больше мощности от меньшего мотора. Это называется даунсайзинг.
Плюсы
- Большая мощность при малом объёме
- Хорошая тяга с низов (крутящий момент)
- Лучшая экономичность в официальных тестах
Минусы
- Сложнее, турбина может износиться
- Небольшая задержка («турбояма»)
- Чувствителен к качеству масла
Механический нагнетатель (компрессор) делает то же, что и турбина, но приводится ремнём от мотора, а не выхлопом. Задержки нет, но он отбирает часть мощности. Некоторые машины используют электрокомпрессор, чтобы убрать турбояму.
Бензин или дизель
| Бензин | Дизель | |
|---|---|---|
| Воспламенение | Свеча зажигания | От жара сжатия |
| Характер | Раскручивается высоко, плавный и тихий | Сильная тяга на низах, больше стука |
| Расход топлива | Выше | На 15–25% ниже |
| Лучше всего для | Город, короткие поездки, небольшой пробег | Трасса, большой пробег, прицеп |
| Слабые места | — | Сажевый фильтр (DPF) забивается при коротких поездках, система AdBlue, дорогие форсунки |
| Будущее | Всё чаще в составе гибридов | Исчезает из малых машин; запрещён в центре некоторых городов |
Совет новичку: если вы в основном ездите по городу на короткие расстояния (до 15–20 км), не берите современный дизель. Его сажевому фильтру нужны длительные поездки для самоочистки, а ремонт стоит дорого.
Компоновка цилиндров: рядный, V, оппозит, W
Расположение цилиндров влияет на размер мотора, его плавность и звук:
Рядный — R3, R4, R6
Все цилиндры в один ряд. Рядная «четвёрка» — самый распространённый мотор в мире. Рядная «шестёрка» знаменита своей плавностью (BMW, Toyota Supra). Трёхцилиндровые моторы компактны и экономичны, но чуть сильнее вибрируют.
V-образный — V6, V8, V10, V12
Два ряда цилиндров буквой «V». Короче рядного мотора с тем же числом цилиндров, поэтому большие моторы помещаются под капот. V8 — саундтрек американских маслкаров, V12 стоят в Ferrari и Rolls-Royce.
Оппозитный (боксер)
Цилиндры лежат горизонтально друг напротив друга, поршни двигаются как кулаки боксёра. Низкий и хорошо сбалансированный мотор даёт низкий центр тяжести. Используют Subaru и Porsche (911, 718).
W-образный и роторный
W-мотор объединяет два узких V — у Bugatti W16 шестнадцать цилиндров. Роторный (Ванкеля) мотор вместо поршней использует вращающийся треугольный ротор: крошечный, лёгкий и высокооборотный, но прожорливый. Прославила его Mazda на RX-7 и RX-8.
Гибриды: мотор + электромотор
Гибрид объединяет двигатель внутреннего сгорания с одним или несколькими электромоторами и батареей. Электрическая часть возвращает энергию при торможении (рекуперация) и помогает мотору при разгоне — это экономит топливо, особенно в городских пробках.
Мягкий гибрид
Небольшой 48-вольтовый стартер-генератор помогает мотору и делает систему старт-стоп плавнее. Ехать только на электричестве он не может. Экономия — около 5–10% топлива.
Полный гибрид (самозаряжаемый)
Может медленно проехать короткое расстояние только на электричестве и сам переключается между мотором и электромотором. Розетка не нужна. В городе экономит 20–40% топлива. Пионеры — Toyota и Lexus с Prius (1997).
Подзаряжаемый гибрид
Большая батарея заряжается от розетки и даёт 40–100 км на электротяге, а бензиновый мотор — для дальних поездок. Очень дёшев в эксплуатации, если заряжать его каждый день; если нет — это просто тяжёлая бензиновая машина.
С увеличенным запасом хода
Колёса всегда крутит электромотор. Маленький бензиновый мотор работает только как бортовой генератор, когда батарея садится. Популярно у китайских брендов (Li Auto, Leapmotor).
Последовательный и параллельный: в параллельном гибриде колёса могут крутить и мотор, и электромотор; в последовательном — только электромотор, а мотор заряжает батарею (как Nissan e-Power). Большинство полных гибридов — хитрая комбинация обоих вариантов («смешанная схема»).
Электромоторы (BEV)
У электромобиля нет двигателя внутреннего сгорания, многоступенчатой коробки, замены масла и выхлопной трубы. Большая батарея (обычно 40–100 кВт·ч) питает один или несколько электромоторов.
- Мгновенный момент — полная тяга с нуля оборотов, поэтому даже семейные электромобили разгоняются бодро.
- Очень мало движущихся деталей — дешевле обслуживание; тормоза служат дольше благодаря рекуперации.
- Тихо и плавно — ни вибраций, ни переключений передач.
- Сложности: выше цена покупки, время зарядки, запас хода падает в мороз (на 10–30%), батарея стареет.
Типы моторов в характеристиках: синхронные с постоянными магнитами (самые распространённые и эффективные) и асинхронные (без редкоземельных магнитов, Tesla ставит их на некоторые оси). У двухмоторных электромобилей по мотору на каждую ось — а значит, полный привод.
Химия батареи тоже важна: LFP (литий-железо-фосфат) дешевле, дольше живёт и спокойно заряжается до 100% каждый день; NMC хранит больше энергии при том же весе. О зарядке — в разделе «Топливо и энергия».
Водород и другие альтернативы
- Водородный топливный элемент (FCEV) — водород из бака вступает в реакцию с кислородом в топливном элементе и вырабатывает электричество; единственный выхлоп — вода. Заправка за 5 минут, но станций очень мало, а водород дорогой. Примеры: Toyota Mirai, Hyundai Nexo.
- Водородный ДВС — модифицированный поршневой мотор, который сжигает водород. Испытывается в гонках и грузовиках.
- Газовые моторы (ГБО: пропан / метан) — бензиновые моторы, переоборудованные (или сразу созданные) для работы на сжиженном или сжатом газе. Топливо дешевле, выбросы CO₂ ниже. См. газовое топливо.
- Flex-fuel — моторы, работающие на любой смеси бензина и этанола (очень популярны в Бразилии).
Как читать характеристики мотора
| Параметр | Что означает | Типичные значения |
|---|---|---|
| Рабочий объём | Суммарный объём всех цилиндров | 1,0–2,0 л у большинства машин |
| Мощность (л. с. / кВт) | Сколько работы делает мотор — максимальная скорость и разгон | 100–200 л. с. у семейных машин; 1 кВт ≈ 1,36 л. с. |
| Крутящий момент (Н·м) | Тяговое усилие — тяга на низкой скорости | 200–400 Н·м |
| 0–100 км/ч | Время разгона | 8–11 с — нормально; меньше 5 с — очень быстро |
| Расход | Топливо на 100 км | 5–8 л/100 км; электро — 14–20 кВт·ч/100 км |
| CO₂ (г/км) | Выбросы, часто основа для налогов | 100–180 г/км |
| Евро-6 / Евро-7 | Экологический класс мотора | Новее = чище |
Перевести л. с., кВт и единицы момента можно в конвертере в нашем словаре.
Какой мотор выбрать новичку?
Полный гибрид
Самый безопасный универсальный выбор: низкий расход, высокая надёжность, заряжать не нужно.
Электромобиль
Лучше всего, если можно заряжаться дома или на работе: самые низкие расходы на поездки и обслуживание.
Небольшой бензиновый
Дешевле всего купить; идеально для небольшого пробега и бюджетных б/у машин. Атмосферник — самый простой.