Как опознать убитый или отремонтированной мотор перед покупкой машины
При покупке подержанного автомобиля есть шанс нарваться на экземпляры с двигателем, подлежащим ремонту или прошедшим некачественный капитальный ремонт. Так как же выяснить, что с мотором в прошлом были серьезные проблемы?
Что такое капремонт
Ремонт силового агрегата бывает частичным и полным. В первом случае сервисмены ограничиваются заменой поршневых колец, вкладышей, сальников и прокладок. При полной же переборке объем работ существенно больше, стоимость ремонта выше, а шансы сделать что-то не так увеличиваются.
Так, при полной капиталке не обойтись без демонтажа мотора и механической обработки — например, расточки блоков и шлифовки коленвалов. При этом успех во многом зависит от качества запчастей. Нередко вместо новых деталей ставят подержанные, чтобы снизить свои затраты в расчете на выгоду.
Меняются прокладки, резинометаллические уплотнения, элементы привода ГРМ, устанавливаются новые поршневые кольца и вкладыши коленчатого вала.
Возможна замена также клапанов, масляных насосов и коленчатых валов. Блок цилиндров и головки, как правило, не меняют, а стараются отремонтировать расточкой или перегильзовкой. Все зависит от масштаба бедствий проблемного мотора.
Косвенные признаки капремонта
При визуальном осмотре автомобиля, который вы наметили к покупке, следует обратить особое внимание на состояние моторного отсека. Уже сам по себе идеально чистый двигатель не нового автомобиля должен насторожить. Еще больше информации дадут идеально чистые опоры силового агрегата. Если ситуация такова, вероятность, что двигатель демонтировали, серьезно повышается.
Стоит обратить внимание также на то, как проложен герметик головки блока цилиндров. На двигателях, сохранивших заводское исполнение, уплотняющая полоса выглядит идеально ровно, поскольку наносится в заводских условиях автоматически. Наконец, осмотрите через лупу болты крепления головки блока. Если они совершенно новые, а рядом видны характерные царапины от инструмента, есть вероятность, что двигатель вскрывался.
Другие признаки проблемного мотора
Открутите масляную пробку и посмотрите на ее тыльную сторону. Здесь не должно быть никаких белых следов и эмульсии. В противном случае двигатель перегревали и очень вероятно, что неоднократно. Как вариант, блок цилиндров покоробило, прокладку пробило, и антифриз попал в масло. Кстати, прорыв масла в антифриз легко обнаружить также по эмульсии на масляном щупе двигателя.
Не поленитесь залезть под автомобиль или поднять его на эстакаду и осмотрите также поддон картера. Это самая близкая к земле деталь нередко страдает от небрежности водителя. Заваренные трещины на поддоне скажут вам многое о прошлой жизни машины. Если картер пробивался, значит скорее всего мотор успел поработать на сухую со всеми вытекающими последствиями.
Многое о здоровье мотора может сообщить и выхлоп. Если двигатель проблемный или капремонт проводился некачественно, проблему можно выявить по сизому или голубоватому дыму из выхлопной трубы. Белый же дым на хорошо прогретом двигателе — чаще всего следствие попадания в цилиндры охлаждающей жидкости, например, через негерметичную прокладку головки блока.
Вооружаемся видеокамерой
Хотите буквально докопаться до правды? Тогда выкручивайте свечи и с помощью эндоскопа (специальной камеры со светодиодной подсветкой) осматривайте состояние стенок цилиндров. Посредством такого оборудования можно подробно рассмотреть камеру сгорания, стенки цилиндров, поршень и клапаны.
Причем такие приборы делают четкие снимки и даже качественную видеозапись, которую можно представить как аргумент для торга с продавцом. Советуем не полагаться в таком вопросе лишь на свои силы. Специалист точнее определит с помощью эндоскопа степень износа стенок цилиндра по характерным задирам и трещинам.
Кроме того, вооружившись эндоскопом, можно определить наличие так называемой хонинговочной сетки (финишная чистка поверхностей при помощи специальной абразивной пасты), которая способствует удержанию моторного масла. Если она присутствует и нанесена профессионально, то цилиндропоршневая группа работает без проблем.
блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун
Для будущего автомобильного механика, диагноста устройство двигателя автомобиля является одной из ключевых тем. Именно двигатель обеспечивает транспортное средство энергией, которая нужна для его движения.Чаще всего механизм запуска устройства двигателя автомобиля возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора топливо продуцирует тепло, что приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя и росту давления газов. Подвижные части двигателя под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преображается в механическую.
Базовые части двигателя
Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.
Блок
Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок. Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.
Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.
Цилиндр
Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке. То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся:
- Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
- Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
- Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.
Цилиндр играет роль направляющего для поршня.
Поршень, поршневые кольца и шатун
Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.
В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.
Среди задач поршня:
- Оказание силового воздействия на шатун.
- Отвод тепла от камеры сгорания.
- Герметизация камеры сгорания.
Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.
Коленчатый вал
Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.
На коленчатый вал приходятся переменные нагрузки от сил давления газов.
Для того, чтобы не возникало осевых перемещений коленчатого вала, используется упорный подшипник скольжения. Он устанавливается на одной из шеек (средней или крайней).
Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля
Камера сгорания –замкнутое пространство, где осуществляется воспламенение и горение топливовоздушной смеси. Сверху камера сгорания ограничена нижней поверхностью головки цилиндра, сбоку – стенками цилиндра, снизу –днищем поршня.
Толкатели клапанов, подъёмники –промежуточное звено, необходимое для передачи движения от распределительного вала к остальным частям механизма привода клапанов.
Коромысла (рокеры). Детали двигателя, функции которых заключаются в передаче движения от распределительного вала к клапанам.
Маховик. Деталь, ответственная за обеспечение равномерного вращения коленчатого вала. На цилиндрической устанавливается зубчатый венец. Он помогает провести пуск электростартера.
На схеме представлено расположение основных частей двигателя при рассмотрении его со стороны его задней части. На фланце коленчатого вала видны отверстия под болты, с помощью которых к фланцу крепится маховик с зубчатым венцом, или платина привода гидравлического трансформатора автоматической трансмиссии. Источник: Ford.
Автомобильные двигатели
Большинство двигателей автомобилей многоцилиндровые. Это значит при работе используется два или несколько цилиндров и два или несколько поршней.Автопром выпускает машины с 2-; 3-; 4-; 5-; 6; 8-; 10- и 12-цилиндровыми двигателями.
Чем больше цилиндров у мотора, тем больше возможностей для увеличения мощности двигателя. Если нужен двигатель, предназначенный для езды по бездорожью либо машина, развивающая сверхвысокие скорости, актуально именно устройство двигателя автомобиля, ориентированное на большое количество цилиндров. Устройство двигателя с большим количеством цилиндров обеспечивает отличную равномерность вращения коленчатого вала, ведь угол поворота коленчатого вала при 10, 12 цилиндрах – очень небольшой.
Но у 2-х цилиндровых двигателей есть другое преимущество: самые лучшие показатели топливной эффективности.
Циклы двигателя
Устройство двигателя автомобиля всегда рассматривается в купе с его рабочим циклом.Физически цикл – это периодически повторяющиеся процессы в каждом его цилиндре. Достаточно подробно разница между работой четырёхтактного и двухтактного двигателя отражена в нашей статье о двигателе внутреннего сгорания.
Поршень четырёхтактного двигателя совершает нисходящее и восходящее движение. Эта работа укладывается в один оборот коленчатого вала. При втором обороте коленчатого вала вновь повторяют эти движения.
1. Такт впуска (всасывания). Поступление в цилиндр двигателя свежего заряда: воздуха- от дизельного мотора бензинового двигателя с прямым вспрыском или топливовоздушной смеси, от газово-топливного двигателя, мотора с распределенным или центральным впрыском топлива, или газо-топливные двигатели). В результате разрежения, созданного поршнем, перепад давления между давлением в цилиндре и давление окружающего воздуха, заряд втягивается непосредственно в цилиндр.
2. Такт сжатия. Шатун толкает поршень. Поршень сжимает газообразный свежий заряд в цилиндре. Устройство дизельного двигателя настроено на то, чтобы температура сжатых газов должна достигла температуры воспламенения топлива. Если же речь идёт об устройстве газо-топливного, бензинового двигателя температура в конце такта сжатия достигать температуры воспламенения топлива не должна. Воспламенение производится от электроискрового разряда свечи зажигания.
3. Такт рабочего хода. Температура газов в цилиндре снижается, энергия горящих газов преобразуется в механическую энергию.
4. Такт выпуска отработавших газов. Поршень движется снизувверх. Отработавшие газы выходят из цилиндра через выпускной клапан.
Устройство двигателя автомобиля устроено так, что четыре такта повторяются циклично. Посредством маховика механическая энергия превращается во вращательное движение коленвала.
Модульное обучение автоосновам доступно при изучении электронных программ по профессиям. Удобный дистанционный формат обучения.
Что шумит в машине, когда мотор не работает. Это опасно?
Заглушили мотор, а под капотом жизнь продолжается – это как? Почему машина с выключенным мотором не утихает? Давайте разбираться
Редакция
На это явление мало кто из нынешних «наездников» обращает внимание. Дескать, раз шумит, то так и надо. Впрочем, некоторые справедливо вспоминают про электровентилятор системы охлаждения. Но почему на «Жигулях» такого не было? Действительно, когда-то на «третьей» модели «Жигулей» появился электровентилятор системы охлаждения двигателя. Но его цепь питания управлялась ключом зажигания: без ключа в замке он тут же замолкал. А зачем понадобились другие решения?
Во всем виноват так называемый термоудар двигателя. Пока мотор крутится, его температура соответствует нормам – проблем нет. А вот если движок, работающий под большой нагрузкой, да еще в жару, остановить, то могут начаться неприятности. Циркуляция охлаждающей жидкости прекращается, головка блока цилиндров при этом раскалена – в итоге происходит локальный перегрев антифриза: тут может и головку «повести», и пробки паровоздушные готовы образоваться. Именно поэтому на многих автомобилях электровентилятору разрешили «автономию», позволяя не обращать внимания на то, работает мотор или нет. Именно его звуки обычно и доносятся из-под капота после останова двигателя. Он охлаждает радиатор, жидкость остывает, проявляется так называемый термосифонный эффект (холодная – вниз, горячая – вверх) – в итоге через несколько минут электровентилятор прекращает работать.
Впрочем, это еще не всё. В турбированных моторах приходится охлаждать еще и турбокомпрессор – деваться некуда. Дело в том, что после остановки двигателя охлаждение раскаленного турбокомпрессора, ротор которого продолжает какое-то время вращаться, резко ухудшается. Принудительной подачи масла в такой ситуации уже нет, тепло уходит в подшипниковый узел, вследствие чего остатки смазки в подшипнике и его уплотнениях начинают закоксовываться. Поэтому в систему охлаждения встраивают электрический насос, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости даже после останова мотора. Им командует электронный блок управления двигателем – при необходимости они работают вместе с электровентилятором системы охлаждения.
Так не опасно ли глушить сильно нагретый мотор?
Споры начались в девяностые годы, когда к нам хлынули технические решения, доселе неведомые владельцам легковушек. Владельцы первых шведских седанов и «сараев» с турбонаддувом, солидно поясняли, что такие моторы, дескать, просто так глушить нельзя – это вам не «Жигули»… Требуется минуту-другую обождать, давая мотору поработать на холостых, и только после этого вытаскивать ключ из скважины. Иначе – перегреется, заклинит и все такое… Поэтому и появились первые рекомендации не глушить моторы сразу, а погонять их какое-то время в спокойном режиме. Масло и охлаждающая жидкость при этом будут циркулировать в штатном режиме, обороты станут минимальными, температура выпускных газов, поступающих в турбинную часть, снизится – в итоге турбокомпрессор остывает, а мотор можно безбоязненно глушить.
Сразу скажем, что в базовой комплектации автомобилей разработчики никакими турботаймерами не балуются – их применяют разве что апологеты тюнинга. И не потому, что проблема куда-то пропала – нет, принципиально в ДВС ничего не изменилось, а перегрева турбокомпрессоры по-прежнему не любят. Однако нагнетать истерию не стоит. При соблюдении скоростного режима и нормальных условий эксплуатации, применении качественных смазочных материалов и топлива, а также при правильном и своевременном выполнении ТО и ремонта, проблем с турбокомпрессором не будет. Агрегат наддува обладает достаточным ресурсом, и его охлаждение с рабочих и расчетных температур будет происходит за счет инерции. Запаса жаростойкости примененных материалов также хватит.
И последнее про звуки под капотом – как пример из истории. На популярнейших советских грузовиках ЗИЛ-130 после останова мотора из-под капота некоторое время еще доносились какие-то шумы. Так проявляла себя вращающаяся центрифуга, очищавшая моторное масло. Тяжелые частицы центрифуга осаждала на стенках, а чистое масло шло в двигатель. После останова мотора она по инерции вращалась еще пару минут.
Редакция рекомендует:
Хочу получать самые интересные статьи
Эксперт рассказал, какая привычка водителей убивает мотор
https://ria.ru/20210422/motor-1729389529.html
Эксперт рассказал, какая привычка водителей убивает мотор
Эксперт рассказал, какая привычка водителей убивает мотор — РИА Новости, 22.04.2021
Эксперт рассказал, какая привычка водителей убивает мотор
Эксперт портала «Автовзгляд» объяснил, что долгая работа машины на холостых может «убить» двигатель. РИА Новости, 22.04.2021
2021-04-22T03:57
2021-04-22T03:57
2021-04-22T11:19
авто
россия
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdn23.img.ria.ru/images/149412/62/1494126232_0:300:5760:3540_1920x0_80_0_0_41ec6b47b611a43d469a6fe3cd6f7c73.jpg
МОСКВА, 22 апр — РИА Новости. Эксперт портала «Автовзгляд» объяснил, что долгая работа машины на холостых может «убить» двигатель.Издание отмечает, что многие водители привыкли тщательно прогревать авто перед поездкой, кроме того, при современном движении автомобилисты много времени проводят в пробках, но длительная работа мотора на холостых оборотах приводит к снижению его ресурса, а в перспективе и к капитальному ремонту.Как отмечается, основной риск связан с состоянием моторного масла. На низких оборотах снижается скорость циркуляции масла в системе двигателя, так как давление жидкости, а также объем прокачанной смазки по всей масляной системе напрямую зависят от количества оборотов двигателя.Портал напоминает, что в современном двигателе смазка его элементов происходит комбинированным способом: к наиболее нагруженным узлам оно поступает под давлением по специальным масляным каналам, а к менее нагруженным — самотеком или разбрызгиванием. Низкое давление масла может стать причиной ряда серьезных проблем, например, износа маслонасоса, а также причиной масляного голодания всего агрегата.Как советует портал, необходимо обратить особое внимание на наддувные двигатели с маленьким картером. При долгом стоянии в пробке, да еще в жару, масло в картере перегревается, его присадки быстро вырабатываются, и оно теряет свои свойства. В результате смазка может загустеть и забить масляные каналы, приводя к перегреву двигателя, а в перспективе и к капитальному ремонту. Поэтому портал рекомендует сократить интервал замены смазки и считать его по моточасам.Помимо этого, при долгой работе на холостых топливно-воздушная смесь сгорает неэффективно, в результате чего несгоревшее топливо с примесью масла попадает на соты нейтрализатора, забивает их, и дорогостоящий узел начинает разрушаться. Керамические частички от нейтрализатора засасывает в мотор, что может вызвать появление задиров в цилиндрах, которые также могут привести к капремонту мотора.
https://ria.ru/20210422/avto-1729387875.html
https://ria.ru/20210204/avto-1595944108.html
https://ria.ru/20210204/avto-1595949876.html
россия
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2021
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdn23.img.ria.ru/images/149412/62/1494126232_320:0:5440:3840_1920x0_80_0_0_ba780dcb48767c770b7ac145f332d888.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
авто, россия
МОСКВА, 22 апр — РИА Новости. Эксперт портала «Автовзгляд» объяснил, что долгая работа машины на холостых может «убить» двигатель.Издание отмечает, что многие водители привыкли тщательно прогревать авто перед поездкой, кроме того, при современном движении автомобилисты много времени проводят в пробках, но длительная работа мотора на холостых оборотах приводит к снижению его ресурса, а в перспективе и к капитальному ремонту.22 апреля, 02:18
Названы шесть ошибок, способных убить автомобиль с АКППКак отмечается, основной риск связан с состоянием моторного масла. На низких оборотах снижается скорость циркуляции масла в системе двигателя, так как давление жидкости, а также объем прокачанной смазки по всей масляной системе напрямую зависят от количества оборотов двигателя.
Портал напоминает, что в современном двигателе смазка его элементов происходит комбинированным способом: к наиболее нагруженным узлам оно поступает под давлением по специальным масляным каналам, а к менее нагруженным — самотеком или разбрызгиванием. Низкое давление масла может стать причиной ряда серьезных проблем, например, износа маслонасоса, а также причиной масляного голодания всего агрегата.
4 февраля, 02:56
Водителей предупредили об убивающих мотор ошибкахКак советует портал, необходимо обратить особое внимание на наддувные двигатели с маленьким картером. При долгом стоянии в пробке, да еще в жару, масло в картере перегревается, его присадки быстро вырабатываются, и оно теряет свои свойства. В результате смазка может загустеть и забить масляные каналы, приводя к перегреву двигателя, а в перспективе и к капитальному ремонту. Поэтому портал рекомендует сократить интервал замены смазки и считать его по моточасам.
Помимо этого, при долгой работе на холостых топливно-воздушная смесь сгорает неэффективно, в результате чего несгоревшее топливо с примесью масла попадает на соты нейтрализатора, забивает их, и дорогостоящий узел начинает разрушаться. Керамические частички от нейтрализатора засасывает в мотор, что может вызвать появление задиров в цилиндрах, которые также могут привести к капремонту мотора.
4 февраля, 07:47
Развеяны три популярных среди автомобилистов мифа о бензинеКак работает двигатель автомобиля – «сердечные» дела вашей машины
Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля, необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.
Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства
Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится поршень с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.
Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение коленчатого вала.
Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.
Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах
Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.
Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.
Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.
Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.
Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях
Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.
Много моделей используют конструкцию V-образного двигателя. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Во многих конструкциях количество цилиндров составляет от 6 до 12 и более. Это позволяет значительно сократить линейный размер двигателя и уменьшить его длину.
Таким образом, разнообразие двигателей позволяет успешно их использовать в автомобилях самого разного назначения. Это могут быть стандартные легковые и грузовые машины, а также спортивные авто и внедорожники. В зависимости от типа двигателя вытекают и определенные технические характеристики всей машины.
асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?
Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему
Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.
С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.
Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.
А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.
В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.
Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.
Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.
Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.
Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.
Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.
Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.
Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.
Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.
Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.
Так поговорим же о них поподробнее
Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.
В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.
Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.
Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?
Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.
Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.
Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.
Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».
Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.
Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.
Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.
Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.
А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.
И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.
Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.
Гидроудар двигателя — что это такое? Последствия и решение вопроса
Гидроудар двигателя — это воздействие влаги на поршень мотора при попадании воды из атмосферы в воздушный фильтр. Поскольку жидкость в отличие от воздуха практически не сжимается, то создается эффект удара цилиндра о прослойку воды при движении в крайнюю верхнюю точку к головке блока. Влага может попасть при движении автомобиля по глубокой луже.
Последствия гидроудара двигателя: чем это грозит
Последствия гидроудара зависят от того, когда именно произошло попадание воды. Если автомобиль оставался неподвижным, а двигатель работал на холостом ходу, то мотор может просто заглохнуть. При попадании влаги в рабочий объем цилиндра во время движения последствия окажутся более серьезными — деформации и разрушения вкладышей, поршневых колец, шатунов и коленвала.
Во время движения автомобиля после разрушения деталей, например, колец, шатунов и обратного хода поршня может произойти его заклинивание или пробой. Особенно опасен гидроудар в дизельном двигателе, поскольку компрессия в нем намного больше и, следовательно, разрушение деталей цилиндропоршневой группы произойдет быстрее, чем в случае с бензиновым мотором. В отдельных случаях двигатель после гидроудара восстановлению не подлежит. Также при гидроударе повреждаются детали кривошипно-шатунного механизма и другие детали моторной группы.
Характер повреждений напрямую зависит от скорости движения автомобиля и объема воды, попадающей в рабочий объем цилиндра. Чем выше скорость, тем больше вероятность серьезных повреждений силового агрегата.
Что делать при гидроударе двигателя
Если при езде по глубокой луже мотор заглох, то нельзя пытаться завести двигатель от стартера. Необходимо выключить зажигание, открыть капот и снять кожух воздушный фильтр. Дальнейшие действия зависит от того, есть ли вода в воздушном фильтре. Если присутствует влага, то следует:
- Снять свечи зажигания.
- Попробовать прокрутить коленвал вручную.
Если коленвал проворачивается с трудом или возникает стук при его повороте, то самостоятельно избавиться от последствий гидроудара уже не получится — необходимо вызвать эвакуатор для транспортировки автомобиля до автосервиса.
Повреждения коленвала
Обычно при гидроударе коленчатый вал не повреждается. Его деформация возникает, как правило, из-за разрушения поршня и шатунов. Заклинивание колевала больше характерно при перегреве и деформациях шатунов, что при гидроударе не происходит. Определить точную причину заклинивания коленчатого вала мастер смогут при проведении визуальной диагностики деталей моторной группы.
Ремонт при гидроударе
В случае гидроудара двигателя производится частичная разборка двигателя и диагностика деталей кривошипно-шатунного механизма. Может потребоваться шлифовка, восстановление или замена отдельных деталей. При попадании влаги в воздушный фильтр на большой скорости движения автомобиля, попытке завести мотор через стартер может потребоваться и капитальный ремонт двигателя.
Не всегда можно сразу определить факт гидроудара, поскольку нередко серьезные проблемы появляются не сразу. Двигатель удается завести, но водитель не обращает внимание на посторонние шумы и стуки со стороны мотора. Стуки могут свидетельствовать о механических повреждениях деталей кривошипно-шатунного механизма. Дальнейшая эксплуатация транспортного средства, как правило, приводит к серьезным деформациям деталей мотора. Поэтому необходимо как можно раньше обратиться в специализированный автосервис для проведения диагностики двигателя.
Гидроудар дизельного двигателя
Более серьезные последствия возникают при гидроударе дизельного двигателя. На месте попытаться удалить влагу из дизеля не получится, поэтому потребуется только буксировка или эвакуация транспортного средства с последующей разборкой мотора и оценкой степени и характера повреждений. Нельзя допускать простоя авто после гидроудара, поскольку вода достаточно быстро приведет к коррозии.
Предупреждение гидроударов двигателя
Один из вариантов защиты мотора является установка шноркелей. Это оправдано для внедорожников, на которых часто приходится преодолевать препятствия с глубоким уровнем воды. И, конечно, не стоит допускать погружения автомобиля в воду на уровне воздухозаборников, так как это однозначно приведет к гидроудару, переборке мотора и его капитальному ремонту. Если же гидроудар произошел, то нужно заглушить двигатель, выключить зажигание и отбуксировать автомобиль в СТО. Мастера проведут диагностику и выполнят необходимые восстановительные работы. Помните, что гидроудар проще предупредить или устранить его последствия сразу же, чем потом выполнять капитальный ремонт двигателя.
Как работает электродвигатель в автомобиле
Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор состоит из трех частей: сердечника статора, токопроводящей проволоки и рамы. Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, которые изолированы друг от друга, а затем соединены друг с другом.
Внутри этих колец есть прорези, через которые проводящий провод будет наматывать обмотки статора. Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов.Эти типы проводов можно назвать Фазой 1, Фазой 2 и Фазой 3.
Провода каждого типа наматываются вокруг пазов на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора. Как только токопроводящий провод находится внутри сердечника статора, сердечник помещается в раму.
Из-за сложности темы ниже приводится упрощенное объяснение того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока работает в автомобиле. Все начинается с аккумуляторной батареи в автомобиле, которая подключена к двигателю. Электрическая энергия подается на статор через аккумуляторную батарею автомобиля. Катушки внутри статора (сделанные из токопроводящей проволоки) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и в некотором смысле действуют как магниты. Следовательно, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается на двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут за собой проводящие стержни на внешней стороне ротора. Вращающийся ротор — это то, что создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины.В обычном автомобиле, то есть неэлектрическом, есть и двигатель, и генератор переменного тока. Аккумулятор питает двигатель, который приводит в действие шестерни и колеса. Вращение колес — это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор перезаряжает аккумулятор. Вот почему вам советуют водить машину в течение некоторого времени после прыжка: аккумулятор необходимо подзарядить, чтобы он функционировал должным образом. В электромобиле нет генератора.
Так как же тогда аккумулятор заряжается? Хотя нет отдельного генератора переменного тока, двигатель в электромобиле действует как двигатель и как генератор переменного тока.
Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Это одна из причин, почему электромобили так уникальны.
Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, которые вращают шины. Этот процесс происходит, когда ваша нога находится на акселераторе — ротор движется вращающимся магнитным полем, требуя большего крутящего момента.Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор? Когда ваша нога отрывается от акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля). Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает аккумулятор, действуя как генератор переменного тока.
Концептуальные различия этих двух типов токов должны быть очевидны; в то время как один ток (постоянный) постоянен, другой (переменный) более прерывистый.Однако все немного сложнее, чем это простое объяснение, поэтому давайте разберем эти два термина более подробно.
Постоянный ток (DC)Под постоянным током понимается постоянный однонаправленный электрический ток. Кроме того, напряжение сохраняет полярность во времени. На батареях, собственно, четко обозначен положительный и отрицательный полюсы. Они используют постоянную разность потенциалов для генерации тока всегда в одном и том же направлении.В дополнение к батареям, топливным элементам и солнечным батареям, скольжение между определенными материалами может производить постоянный ток.
Переменный ток (AC) Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые изменяются во времени (рис. 1). При изменении напряжения и тока сигнала переменного тока они чаще всего следуют по форме синусоидальной волны.Поскольку форма волны является синусоидальной, напряжение и ток чередуются с положительной и отрицательной полярностью во времени. Форма синусоидальной волны сигналов переменного тока обусловлена способом генерации электричества.
Еще один термин, который вы можете услышать при обсуждении электроэнергии переменного тока, — это частота. Частота сигнала — это количество полных волновых циклов, завершенных за одну секунду времени. Частота измеряется в герцах (Гц), а в США стандартная частота в электросети составляет 60 Гц.Это означает, что сигнал переменного тока колеблется с частотой 60 полных обратных циклов каждую секунду.
Электроэнергия переменного тока — лучший способ передачи полезной энергии от источника генерации (например, плотины или ветряной мельницы) на большие расстояния.
Рис. 2. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя. Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений.Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (безопаснее для потребления человеком), но напряжение распределительного трансформатора, который подает питание на окрестности (те цилиндрические серые коробки, которые вы видите на полюсах линии электропередачи), может иметь напряжение до 66 кВА (66000 вольт переменного тока). Мощность переменного тока
позволяет нам создавать генераторы, двигатели и распределительные системы из электричества, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, поэтому переменный ток является наиболее популярным током энергии для приложений питания.
Самые большие промышленные двигатели — это асинхронные двигатели, которые используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и многих других вещей. Однако что именно означает «асинхронный» двигатель?
С технической точки зрения это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий в проводники ротора.
С точки зрения непрофессионала это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в роторе магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как у других двигателей, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.
Что означает многофазность? Всякий раз, когда у вас есть статор, который содержит несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью (рис. 2).
Обычно предполагается, что многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, которые используют две фазы. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.
Что означает трехфазный ? Основываясь на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, выдвинутом в 1883 году, «трехфазный» относится к токам электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля (рис. 3).
Эта энергия заставляет катушки проводящих проводов вести себя как электромагниты. Простой способ понять три фазы — рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии.По мере создания энергии ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюсы внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.
По мере того, как эта технология продолжает развиваться, характеристики электромобилей начинают быстро догонять и даже превосходить их газовые аналоги. Несмотря на то, что электромобилям еще предстоит пройти определенное расстояние, шаги, предпринятые такими компаниями, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.На данный момент мы все знаем об успехе, который Tesla испытывает в этой области, выпустив седан Tesla Model S, способный проехать до 288 миль, разогнаться до 155 миль в час и иметь крутящий момент 687 фунт-фут.
Тем не менее, есть десятки других компаний, которые достигают значительного прогресса в этой области, например, Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy’s Spark и Mercedes B-Class Electric. (рис.4).
Электродвигатели влияют на окружающую среду как напрямую, так и косвенно, на микро- и макроуровне.Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вам нужно. С индивидуальной точки зрения, электромобили не требуют бензина для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши шоссе и города. Хотя это представляет собой новую проблему, связанную с дополнительным бременем производства электроэнергии, оно снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густо населенных в городах и пригородах, выбрасывающих токсины в воздух (рис. 5).
Примечание. Значения MPG (миль на галлон), указанные для каждого региона, представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензинового автомобиля, который будет иметь глобальное потепление, эквивалентное вождению электромобиля.Рейтинги выбросов глобального потепления в регионах основаны на данных электростанций за 2012 год в базе данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электрического топлива. Среднее значение в 58 миль на галлон в США — это средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где были проданы электромобили в 2014 году. С большой точки зрения рост количества электромобилей дает несколько преимуществ.
Во-первых, снижается уровень шумового загрязнения, так как шум, исходящий от электродвигателя, намного ниже, чем от газового двигателя. Кроме того, поскольку электрические двигатели не требуют того же типа смазочных материалов и технического обслуживания, что и газовые двигатели, количество химикатов и масел, используемых в автомагазинах, будет сокращено из-за меньшего количества автомобилей, нуждающихся в техосмотрах.
Заключение Электродвигатель меняет ход истории точно так же, как паровой двигатель и печатный станок изменили определение прогресса.Хотя электрический двигатель не открывает новые возможности в том же духе, что и эти изобретения, он открывает совершенно новый сегмент транспортной отрасли, ориентированный не только на стиль и характеристики, но и на внешнее воздействие . Таким образом, хотя электрический двигатель, возможно, не реформирует мир из-за внедрения какого-то нового изобретения или создания нового рынка, он меняет определение того, как мы, как общество, определяем прогресс. Если больше ничего не должно произойти из-за достижений в области электродвигателя, то, по крайней мере, мы можем сказать, что наше общество продвинулось вперед с осознанием своего воздействия на окружающую среду.Это новое определение прогресса, определяемое электрическим двигателем.
(Джилл Скотт)
Двигатель есть мотор?
Что такое мотор?
Чтобы понять, что такое мотор, нужно понять, как работают электромобили. У электромобилей есть батарея, которая является источником энергии, которая приводит в движение автомобиль, а энергия проходит через контроллер, который регулирует напряжение, которое отправляется на ваши двигатели. Двигатели приводят в движение колеса и двигают ваш автомобиль вперед.
Что такое двигатель?
В автомобиле с двигателем внутреннего сгорания у вас есть топливный бак, который передает энергию вашему двигателю. Двигатель передает мощность на трансмиссию, а затем на колеса. Двигатель обычно проходит более сложный процесс, чтобы добраться до колес, чем электродвигатели, но для системы внутреннего сгорания не требуются двигатели или контроллер, поэтому вы можете сэкономить на нем много веса.
Электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания
При сравнении электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, двигатель внутреннего сгорания имеет более высокую плотность энергии, что означает, что он производит более высокий выход энергии на плотность топлива.Двигатель внутреннего сгорания также требует меньше времени для дозаправки, чем электродвигатель. На заправке дозаправка занимает всего около 5 минут. Несмотря на все эти преимущества, у двигателя внутреннего сгорания есть и недостатки. Он выделяет токсичные выбросы, такие как углекислый газ, который вреден для окружающей среды. Кроме того, двигатели внутреннего сгорания менее эффективны по сравнению с электродвигателями, что означает, что они потребляют больше энергии для привода транспортного средства.
Сказав это, у использования электродвигателей есть много преимуществ.Электродвигатели не выделяют выхлопных газов, потому что они не выделяют выхлопных газов. Так что они очень экологичны. Электродвигатели также обладают мгновенным крутящим моментом. Это означает, что ваш автомобиль может набрать скорость, как только вы нажмете на педаль газа.
| ДВИГАТЕЛЬ | ДВИГАТЕЛЬ |
Тип транспортного средства | Бензиновый легковой | Электромобиль |
Источник энергии | Двигатель производит сгорание и перемещает поршни.Вращательное движение поршней передается трансмиссии, а затем преобразуется в энергию для привода колес. | Источником питания электродвигателя является аккумуляторная батарея. Энергия проходит через регулятор, а затем в двигатель, который вращает колеса. |
Преимущества | а. Более высокая плотность энергии г. Меньше времени заправки | а. Нет выбросов углерода г.Мгновенный крутящий момент |
Недостатки | а. Выбросы г. Менее эффективный | а. Менее проверенная технология г. Более длительное время зарядки |
Сколько электродвигателей в вашей машине? — Автомобильная промышленность — Технические статьи
Великобритания, Норвегия, Нидерланды, Дания и Франция уже предложили планы запретить двигатели внутреннего сгорания (ДВС), при этом Китай также изучает, когда следует запретить автомобили с ДВС.Итак, на стене написано, что мощные электродвигатели, также известные как тяговые двигатели, будут играть важную и все возрастающую роль в качестве двигателя, приводящего в движение транспортное средство. Но электродвигатели уже доминируют во многих других автомобильных приложениях. Давайте возьмем автомобильную перепись типичного автомобиля.
Рисунок 1: Применение электродвигателя в автомобиле
Существующие и увеличивающиеся группы двигателей
Электростартерные двигатели используются в автомобилях с тех пор, как ваши прабабушки и дедушки решили, что должен быть лучший способ запуска автомобиля, чем ручная рукоятка.Стартерные двигатели, как правило, остаются самыми мощными электродвигателями, кроме тяговых. С появлением технологии старт-стоп и мягких гибридных автомобилей стартер трансформируется в стартер-генератор и берет на себя больше функций. В некоторых конструкциях усовершенствованный стартерный двигатель может использоваться для «ползания» вперед при остановках и движении, стирая границы между стартером и тяговым электродвигателем.
Стеклоочистители — это, пожалуй, самый распространенный пример электродвигателей в существующих автомобилях.В каждой машине есть хотя бы один электродвигатель стеклоочистителя для передних дворников. Популярность внедорожников и хэтчбеков с менее обтекаемыми задними окнами означала наличие задних дворников и соответствующих двигателей на значительной части автомобилей. Другой мотор подает омывающую жидкость к лобовым стеклам, а в некоторых автомобилях к фарам, у которых могут быть свои маленькие дворники.
Практически в каждой машине есть нагнетательные вентиляторы, обеспечивающие циркуляцию воздуха из системы отопления и охлаждения; многие автомобили имеют в салоне два или более вентилятора.В сиденья дорогих автомобилей встроены вентиляторы для мягкой вентиляции и распределения тепла.
СиденьяPower — благодатная почва для тех, кто ищет электродвигатели. В автомобилях эконом-класса моторы обеспечивают удобную регулировку вперед и назад, а также наклон задней подушки. В автомобилях премиум-класса электродвигатели управляют такими опциями, как регулировка высоты, наклон нижней подушки, поясничная поддержка, регулировка подголовника и жесткость подушки. Другие функции сиденья, в которых используются электродвигатели, включают складывание сиденья с электроприводом и складывание задних сидений с электроприводом.
Окна раньше заводились вручную, но теперь электрические стеклоподъемники стали обычным явлением; будущие поколения не поймут традиционного кругового движения руки, когда они просят кого-нибудь опустить окна.
Каждое окно — еще одно потенциальное место для электрического двигателя, включая такие варианты, как люки на крыше и задние форточки в минивэнах. Приводы для этих окон могут быть такими же простыми, как реле, но требования безопасности, такие как обнаружение препятствия или защемленного объекта, приводят к более интеллектуальным вариантам привода с контролем движения и ограничениями движущей силы.
Замки— еще один удобный вариант, в котором ручное управление уступило место электромоторному приводу. К преимуществам электрического управления относятся такие удобные функции, как дистанционное управление, повышенная безопасность и интеллектуальные функции, такие как автоматическая разблокировка после столкновения. В отличие от стеклоподъемников, дверные замки с электроприводом должны иметь возможность ручного управления, поэтому это влияет на конструкцию двигателя и механизма электрического дверного замка.
Индикаторы на приборной панели или кластере могут быть преобразованы в светоизлучающие диоды (светодиоды) или другие типы дисплеев, но на данный момент каждый циферблат и датчик используют небольшой электродвигатель.Другие электродвигатели в категории комфорта включают в себя общие функции, такие как складывание и регулировка положения боковых зеркал, а также более экзотические приложения, такие как складные крыши, выдвижные подножки и стеклянные перегородки между водителем и пассажирами.
Под капотом электродвигатели становятся все более распространенными в нескольких местах. В большинстве случаев электродвигатели заменяют механические компоненты с ременным приводом. Примеры включают вентиляторы радиатора, топливные насосы, водяные насосы и компрессоры.Перенос этих функций с ременной передачи на электропривод имеет несколько преимуществ. Во-первых, привод электродвигателей с современной электроникой может быть намного более энергоэффективным, чем использование ремней и шкивов, что дает такие преимущества, как более высокая топливная эффективность, уменьшенный вес и меньшие выбросы. Еще одно преимущество состоит в том, что использование электродвигателей, а не ремней, дает свободу в механической конструкции, поскольку положение установки насосов и вентиляторов не должно ограничиваться из-за того, что змеевиковый ремень идет к каждому шкиву.
Технологические тенденции
Большинство электродвигателей в современных автомобилях работают от стандартной автомобильной системы на 12 В, с генератором переменного тока с ременным приводом для генерации напряжения и свинцово-кислотными аккумуляторами для хранения. Эта схема отлично работает в течение десятилетий, но новейшим автомобилям требуется все больше и больше современных средств обеспечения комфорта, развлечений, навигации, помощи водителю и функций безопасности.
Система с двойным напряжением 12 В и 48 В может отключать некоторые из более высоких нагрузок от батареи 12 В.Преимущества использования источника питания 48 В заключаются в 4-кратном снижении тока при той же мощности и сопутствующем уменьшении веса кабелей и обмоток двигателя. Примеры сильноточных нагрузок, которые могут перейти на питание 48 В, включают стартер, турбонагнетатель, топливный насос, водяной насос и охлаждающие вентиляторы. Внедрение электрической системы на 48 В для этих компонентов может привести к экономии топлива примерно на 10%.
Как эволюционирует электрификация транспортных средств, сети плат напряжения
с щеткой — это традиционное решение для управления большинством электрических компонентов автомобильного кузова.Поскольку щетки обеспечивают коммутацию, эти двигатели просты в управлении и относительно недороги. В некоторых приложениях бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) могут обеспечить значительные преимущества с точки зрения удельной мощности, тем самым снижая вес и обеспечивая лучшую экономию топлива и меньшие выбросы. Производители используют двигатели BLDC в дворниках, вентиляторах и насосах обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). В этих приложениях двигатель имеет тенденцию работать в течение длительного времени, в отличие от кратковременной работы, например, в электрических стеклоподъемниках или сиденьях с электроприводом, где простота и экономичность щеточных двигателей по-прежнему имеют преимущество.
Итак, сколько электродвигателей в вашей машине?
Вам будет сложно найти автомобиль последней модели с менее чем дюжиной электродвигателей, в то время как типичные современные автомобили на американских дорогах могут легко иметь 40 электродвигателей или больше. Растущая популярность электромобилей будет стимулировать многие инновации в автомобильных электродвигателях. Тем не менее, электродвигатели уже широко используются в транспортных средствах с ДВС, и в каждом последующем модельном году их применение увеличивается, что повышает удобство, интеллектуальность и безопасность эксплуатации при одновременном снижении воздействия на окружающую среду.Тем не менее — всегда есть место для большего.
Прочтите, чтобы узнать «Как аналоговая интеграция упрощает конструкцию контроллеров мотора кузова».
Как работает двигатель электромобиля — Easy Electric Life
Что такое электродвигатель?
Двигатель электромобиля работает с использованием физического процесса, разработанного в конце 19 века. Он заключается в использовании тока для создания магнитного поля в неподвижной части машины («статоре»), смещение которого приводит в движение вращающуюся часть («ротор»).Мы более подробно рассмотрим эти две части и многое другое ниже.
Принцип электродвигателя
В чем разница между двигателем и двигателем? Эти два слова часто используются как синонимы. Поэтому важно с самого начала различать их. Несмотря на то, что в настоящее время термин «двигатель» используется как почти синоним, в автомобильной промышленности термин «двигатель» относится к машине, которая преобразует энергию в механическую энергию (и, следовательно, в движение), в то время как «двигатель» делает то же самое, но специально использует тепловую энергию. энергия.Поэтому, говоря о преобразовании тепловой энергии в механическую, мы имеем в виду горение, а не электрическое.
Другими словами, двигатель — это тип двигателя. Но мотор — это не обязательно двигатель. В случае с электромобилями, поскольку механическая энергия создается из электричества, мы используем слово «двигатель» для описания устройства, которое заставляет электромобиль двигаться (также известного как тяга).
Как двигатель электромобиля работает внутри электромобиля?
Теперь, когда мы знаем, что мы говорим о двигателях, а не двигателях, как двигатель работает внутри электромобиля?
В наши дни электродвигатели можно встретить во многих бытовых устройствах.Те, которые используют двигатели постоянного тока (DC), имеют довольно простые функции. Двигатель подключен непосредственно к источнику энергии, и его скорость вращения напрямую зависит от силы тока. Хотя эти электродвигатели просты в производстве, они не соответствуют требованиям к мощности, надежности или размеру электромобиля, хотя вы можете обнаружить, что они приводят в действие дворники, окна и другие более мелкие механизмы внутри автомобиля.
Статор и ротор
Если вы хотите понять, как работает электромобиль, вам необходимо ознакомиться с физическими элементами его электродвигателя.И он начинается с понимания принципов работы двух его основных частей: статора и ротора. Разницу между ними легко запомнить: статор неподвижен, а ротор вращается. В двигателе статор использует энергию для создания магнитного поля, которое затем вращает ротор.
Итак, как работает двигатель, когда дело доходит до привода электромобиля ? Для этого мы должны обратиться к двигателям переменного тока (AC), которые требуют использования схемы преобразования для преобразования постоянного тока (DC), подаваемого батареей.Давайте подробнее рассмотрим два разных вида тока.
Питание электромобиля: переменный ток и постоянный ток
Перво-наперво, если вы хотите понять, как работает мотор электромобиля, вам нужно знать разницу между переменного и постоянного тока (электронные токи).
Электричество проходит через проводник двумя способами. Переменный ток (AC) описывает электрический ток, при котором электроны периодически меняют направление. Постоянный ток (DC), как следует из названия, течет в одном направлении.
Аккумулятор в электромобиле работает от постоянного тока. Но когда дело доходит до главного двигателя электромобиля (который обеспечивает тягу к транспортному средству), эта энергия постоянного тока должна быть преобразована в переменный ток через инвертор.
Итак, что происходит, когда эта энергия достигает двигателя? Это зависит от того, используется ли в автомобиле синхронный или асинхронный двигатель.
Типы электродвигателей
В автомобильной промышленности существуют двигатели переменного тока двух типов: синхронные и асинхронные.Когда дело доходит до электромобиля, у синхронных и асинхронных двигателей есть свои сильные стороны — один не обязательно «лучше» другого.
Синхронные и асинхронные двигатели
Асинхронный двигатель, также называемый асинхронным двигателем, основан на статоре с электрическим приводом для создания вращающегося магнитного поля. Это влечет ротор в бесконечную погоню, как если бы он безуспешно пытался догнать магнитное поле. Асинхронный двигатель часто используется в электромобилях, которые в основном используются для движения на повышенных скоростях в течение длительных периодов времени.
В синхронном двигателе ротор сам действует как электромагнит, активно участвуя в создании магнитного поля. Таким образом, его скорость вращения прямо пропорциональна частоте тока, который питает двигатель. Это делает синхронный двигатель идеальным для городского движения, которое обычно требует регулярной остановки и запуска на низких скоростях.
И синхронные, и асинхронные двигатели работают в обратном порядке, что означает, что они могут преобразовывать механическую энергию в электричество во время замедления.Это принцип рекуперативного торможения , который происходит от генератора.
Части электродвигателей
Давайте теперь подробнее рассмотрим некоторые из различных частей двигателя электромобиля: от магнитов электродвигателей или синхронных двигателей с внешним возбуждением (EESM) до силового агрегата в целом.
Постоянные магниты
В некоторых синхронных двигателях в качестве ротора используется двигатель с постоянными магнитами. Эти постоянные магниты встроены в стальной ротор, создавая постоянное магнитное поле.Преимущество постоянного электромотора в том, что он работает без источника питания, но требует использования металлов или сплавов, таких как неодим или диспрозий. Эти «редкоземельные элементы» являются ферромагнитными, что означает, что они могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами. Они используются в различных промышленных целях: от ветряных генераторов, аккумуляторных инструментов и наушников до велосипедных динамо-машин и… тяговых двигателей для некоторых электромобилей!
Проблема в том, что цены на эти «редкие земли» очень волатильны.Несмотря на свое название, на самом деле они не обязательно такие редкие, но встречаются почти исключительно в Китае, который, следовательно, имеет квазимонополию на их производство, продажу и распространение. Это объясняет, почему производители упорно трудятся над поиском альтернативных решений для двигателей электромобилей.
Синхронные двигатели с внешним возбуждением
Одно из этих решений, используемое Renault для New ZOE, включает изготовление магнита электродвигателя из медной катушки. Это требует более сложного производственного процесса, но позволяет избежать проблем с питанием при сохранении отличного соотношения между массой двигателя и передаваемым крутящим моментом.
Гийом Фори, руководитель отдела проектирования завода Renault Cléon во Франции, дает представление о сложности и изобретательности двигателя New ZOE: «Производство EESM требует специальных процессов намотки катушек и пропитки. Ограничения ожидаемых характеристик продукта, цель снижения отношения веса к мощности и высокие темпы производства требуют от нас эффективного использования самых современных технологий для выполнения этих процессов ».
Электрическая трансмиссия
В электромобиле двигатель, состоящий из ротора и статора, является частью более крупного блока, электрической трансмиссии , ансамбля, который заставляет электродвигатель работать.
Также в этом устройстве Power Electronic Controller (PEC) объединяет всю силовую электронику, отвечающую за управление питанием двигателя и зарядку аккумулятора. Наконец, он включает в себя редукторный двигатель, часть, отвечающую за регулировку крутящего момента и скорости вращения, передаваемых двигателем на колеса.
Вместе эти элементы обеспечивают плавную и эффективную работу электродвигателя. И результат? Ваш электромобиль бесшумный, надежный, на дешевле на и приятно водить!
Авторские права: Pagecran
Читайте также
Электромобиль
Различные способы хранения энергии
10 июня 2021 г.
Посмотреть большеЭлектромобиль
Все, что нужно знать о подключаемом к сети гибридном автомобиле
10 июня 2021 г.
Посмотреть большеЭлектромобиль
Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля
09 июня 2021
Посмотреть большеMotor Vehicle — Energy Education
Energy Education содержит несколько страниц, которые помогут понять энергетику, лежащую в основе их автомобилей .Эта страница является отправной точкой для всех, кто хочет больше узнать об автомобилях, чтобы выбрать то, что им интересно. Во всем мире автомобили потребляют единиц энергии единиц — дополнительную информацию см. В разделе «Использование энергии на транспорте».
Типы автомобилей
Что приводит в движение автомобиль?
Рисунок 1. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа сделана), 4: выхлоп. [1]Большинство транспортных средств по всему миру полагаются на сжигание углеводородов или ископаемых видов топлива для обеспечения энергией остальной части транспортного средства.Новые технологии позволяют использовать батареи для питания автомобиля. На следующих страницах этот процесс обсуждается более подробно.
Источник энергии / Тип двигателя
Особые конструкции двигателей
Для обеспечения зажигания в бензиновых двигателях используются свечи зажигания , которые преобразуют низкое напряжение аккумуляторной батареи в чрезвычайно высокое напряжение, чтобы обеспечить искру для бензина. Дизельные двигатели используют другую технику для этого, поскольку они полагаются на сжатие, чтобы обеспечить давление, достаточное для воспламенения топлива.
Автомобильные детали и распределение энергии
- см. Также: приводной механизм
Когда энергия преобразуется из ее химического состояния, содержащегося в топливе, существуют различные части, предназначенные для передачи этой энергии колесам.
- Блок двигателя — это прочный кожух для цилиндров двигателя, в который входят поршни и свечи зажигания.
- Поршни содержат рабочее топливо и расширяются из-за повышенного давления внутри своей камеры.Это расширение обеспечивает работу следующему компоненту.
- Трансмиссия состоит из ряда шестерен, которые вращаются коленчатым валом. Водитель может выбрать эти передачи с помощью селекторной вилки в автомобиле с механической коробкой передач, чтобы определить величину крутящего момента, передаваемого на следующий компонент.
- Приводной вал — это вращающийся вал, который передает мощность от трансмиссии на колеса.
- Дифференциал — это сеть шестерен, передающих конечную мощность на колеса.Эта часть позволяет колесам вращаться с разной скоростью, что полезно для поворота на поворотах или обеспечения неравномерного крутящего момента на отдельные колеса, когда это необходимо.
Рекуперация энергии
В некоторых транспортных средствах целесообразно восстанавливать часть кинетической энергии транспортного средства при торможении.Эти системы включают
Другие полезные страницы
Список литературы
Школа инженерии Массачусетского технологического института | »В чем разница между мотором и двигателем?
В чем разница между мотором и двигателем?
Как и почти любое слово, все зависит от того, как далеко вы вернетесь во времени для своего определения…
Сара ДженсенПо мере развития технологий и устройств язык должен оставаться в тонусе, если мы рассчитываем понимать друг друга, когда говорим о них.Англоговорящие люди особенно гибки в адаптации к прогрессу. Они готовы придумывать новые термины, изменять старые значения и позволять словам, которые больше не являются полезными, уходить из общего употребления. «Этимологии« мотор »и« двигатель »отражают способ эволюции языка, отражающий происходящее в мире, — говорит профессор литературы Массачусетского технологического института Мэри Фуллер.
Оксфордский словарь английского языка определяет «двигатель» как машину, которая обеспечивает движущую силу для транспортного средства или другого устройства с движущимися частями.Точно так же он говорит нам, что двигатель — это машина с движущимися частями, которая преобразует мощность в движение. «Сейчас мы используем эти слова как синонимы», — говорит Фуллер. «Но изначально они имели в виду совсем другие вещи».
«Мотор» происходит от классического латинского слова « movere», «», «двигаться». Сначала он относился к движущей силе, а затем к человеку или устройству, которое что-то перемещало или вызывало движение. «Поскольку это слово пришло из французского в английский, оно использовалось в значении« инициатор », — говорит Фуллер.«Человек может быть двигателем заговора или политической организации». К концу 19 века Вторая промышленная революция усеяла ландшафт сталелитейными заводами и заводами, пароходами и железными дорогами, и потребовалось новое слово для механизмов, которые приводили их в действие. Основанное на концепции движения, «мотор» было логичным выбором, и к 1899 году оно вошло в обиход как слово для новомодных безлошадных экипажей Дурьи и Олдса.
«Двигатель» происходит от латинского ingenium : характер, умственные способности, талант, интеллект или сообразительность.В своем путешествии по французскому и английскому языкам это слово стало означать изобретательность, изобретательность, хитрость или злобу. «В 15 веке это также относилось к физическому устройству: орудие пыток, устройство для ловли дичи, сеть, ловушка или приманка», — говорит Фуллер.
В начале 19 века понятия «двигатель» и «двигатель» уже начали сходиться, оба относились к механизму, обеспечивающему движущую силу. «Первое зарегистрированное использование слова« двигатель »для обозначения электрической машины, приводимой в движение нефтяным двигателем, произошло в 1853 году», — говорит Фуллер.
Сегодня эти слова практически синонимы. «Язык развивается, чтобы браться за новые задачи», — объясняет она. «Не задумываясь, мы приспосабливаемся к новым значениям и оставляем старое позади». Мы говорим о приборной панели нашего компьютера, не зная, что в 1840-х годах это слово относилось к доске в передней части кареты, которая предотвращала попадание грязи на кучера. Точно так же термин «поисковая машина» восходит к старому значению «машина» как приспособление, предполагает Фуллер. Эта фраза, впервые использованная в 1984 году для обозначения «части оборудования или программного обеспечения», могла быть проинформирована тем, что в 1822 году Чарльз Бэббидж использовал термин «двигатель» для обозначения вычислительной машины.
Связанное с этим слово «инженер» впервые было использовано в 1380 году для описания конструктора военных машин, таких как осадные сооружения и катапульты, а к началу 18 века оно относилось конкретно к изготовителю двигателей и машин. В OED также приводится второе определение слова «инженер». «Это синоним старого использования, означающего« уловка », — говорит Фуллер. «Инженер — это автор или конструктор чего-либо, человек, придумывающий сюжет, интриган». Остается только надеяться, что определение скоро выйдет из употребления.
Спасибо Джесси Штеффен из Хатчинсона, штат Канзас, за этот вопрос.
Отправлено: 23 февраля, 2013 г.
Заткнись по поводу аккумуляторов: ключ к лучшему электромобилю — это более легкий мотор
Keep On Turning: двигатель авторов представляет собой усовершенствование другой конструкции, в которой не использовались магниты для смещения поля. Фотографии: Технологический институт Карлсруэ
В течение первого десятилетия 1900-х годов 38 процентов всех автомобилей в Соединенных Штатах работали на электричестве, и эта доля снизилась практически до нуля, когда в 20-е годы доминировал двигатель внутреннего сгорания.Сегодняшние усилия по экономии энергии и сокращению загрязнения дали электромобилю новую жизнь, но его высокая стоимость и ограниченный диапазон поездок в совокупности удерживают показатели продаж на низком уровне.
Большинство попыток решить эти проблемы связаны с улучшением аккумуляторов. Конечно, более совершенные системы хранения электроэнергии — будь то батареи или топливные элементы — должны оставаться частью любой стратегии улучшения электромобилей, но есть много возможностей для улучшения и в другом фундаментальном компоненте транспортного средства: двигателе.Последние четыре года мы работали над новой концепцией тягового электродвигателя, используемого в электромобилях и грузовиках. Наша последняя разработка значительно повышает эффективность по сравнению с традиционными конструкциями — достаточно, чтобы сделать электромобили более практичными и доступными.
В прошлом году мы протестировали наш прототип двигателя в ходе обширных испытаний на лабораторном стенде, и хотя пройдет некоторое время, прежде чем мы сможем поместить машину в автомобиль, у нас есть все основания ожидать, что он будет работать так же хорошо в этих условиях.Таким образом, наш двигатель может расширить диапазон сегодняшних электромобилей, даже если в технологии аккумуляторов не будет дальнейшего прогресса.
Чтобы понять проблему, необходимо сделать краткий обзор основ конструкции электродвигателя. По сравнению с двигателями внутреннего сгорания электродвигатели просты и состоят всего из нескольких важных компонентов. По механическим причинам требуется корпус; его называют статором, потому что он остается на месте. Ротор необходим для вращения вала и создания крутящего момента.Чтобы двигатель работал, статор и ротор должны магнитно взаимодействовать, чтобы преобразовать электрическую энергию в механическую.
В этом магнитном интерфейсе концепции электродвигателей различаются. В щеточных двигателях постоянного тока постоянный ток протекает через щетки, которые скользят по коммутатору. Ток проходит через коммутатор и питает обмотки ротора. Эти обмотки отталкиваются постоянными магнитами или электромагнитами в статоре. Когда щетки скользят по коммутатору, он периодически меняет направление тока, так что магниты ротора и статора отталкиваются друг от друга снова и снова в такой последовательности, которая заставляет ротор вращаться.Другими словами, вращательное движение вызывается изменяющимся магнитным полем, создаваемым коммутатором, который подключает катушки к источнику питания и циклически меняет ток по мере вращения ротора. Однако этот метод ограничивает крутящий момент и подвержен износу; поэтому он больше не используется для тяговых приводов.
В современных электромобилях вместо этого используется переменный ток, питаемый от инвертора. Здесь динамическое вращающееся магнитное поле создается внутри статора, а не ротора.Эта характеристика облегчает конструктивные ограничения ротора, как правило, более сложного из двух, что, в свою очередь, облегчает общую конструкторскую проблему.
Есть два типа двигателей переменного тока: асинхронные и синхронные. Мы сосредоточимся на синхронных, потому что они обычно работают лучше и эффективнее.
Река протекает сквозь него: при улучшенном охлаждении вода пропускается непосредственно через змеевик (слева), а не через водяную рубашку на внешней стороне корпуса (справа). Изображение: Мартин Доппельбауэр и Патрик Винцер
Синхронные двигатели также бывают двух разновидностей. Наиболее распространенной является синхронная машина с постоянными магнитами (PMSM), в которой используются постоянные магниты, встроенные в ротор. Как отмечалось выше, чтобы заставить ротор вращаться, в статоре создается вращающееся магнитное поле. Это вращающееся поле создается обмотками статора, подключенными к источнику переменного тока. Во время работы полюса постоянных магнитов ротора заблокированы для вращающегося магнитного поля статора, которое заставляет ротор вращаться.
Эта конструкция, которая используется в Chevrolet Volt and Bolt, BMW i3, Nissan Leaf и многих других автомобилях, позволяет достичь максимальной эффективности до 97 процентов. Их постоянные магниты обычно сделаны из редкоземельных элементов; Яркими примерами являются очень мощные неодимовые магниты, разработанные в 1982 году компаниями General Motors и Sumitomo.
Явнополюсные синхронные машины (SPSM) используют электромагниты внутри ротора, а не постоянные магниты. Полюса представляют собой катушки в форме труб, которые направлены наружу от ступицы ротора, как спицы в колесе.Эти электромагниты в роторе питаются от источника постоянного тока, который подключен к катушкам через контактные кольца. Контактные кольца — в отличие от коммутатора в машине постоянного тока — не реверсируют ток в катушках ротора. Таким образом, северный и южный полюса ротора статичны, и щетки изнашиваются не так быстро. И, как и в PMSM, движение ротора вызывается вращающимся магнитным полем статора.
Из-за необходимости подачи питания на электромагниты ротора через контактные кольца, эти двигатели обычно имеют немного более низкий пиковый КПД, в диапазоне от 94 до 96 процентов.Преимущество, которое они имеют перед PMSM, заключается в возможности регулировки поля ротора, что позволяет ротору эффективно развивать крутящий момент на более высоких скоростях по сравнению с PMSM. Таким образом, общие характеристики при использовании в качестве двигателя автомобиля могут быть выше. Единственный производитель, который использует этот тип двигателя в серийных автомобилях, — это Renault в своих моделях Zoe, Fluence и Kangoo.
ЭМдолжны изготавливаться из компонентов, которые не только высокоэффективны, но и легки. Наиболее очевидный подход к улучшению отношения мощности к массе двигателя — это уменьшение размера машины.Однако такая машина будет производить меньший крутящий момент для данной скорости вращения. Следовательно, чтобы получить такую же мощность, вам нужно запустить двигатель с более высокими оборотами в минуту. Современные электромобили работают со скоростью около 12 000 об / мин; для следующего поколения готовятся двигатели до 20 000 об / мин; и машины, достигающие 30 000 об / мин, находятся под следствием. Проблема в том, что для более высоких скоростей требуются коробки передач все большей сложности, потому что обороты настолько велики по сравнению с тем, что необходимо для вращения шин.Эти сложные редукторы несут относительно высокие потери энергии.
A Perfect Storm: В дизайне авторов [вверху] сила Лоренца и смещенная сила индуктивности (серый цвет) суммируются при максимальной общей силе [синий], равной 2. В обычном двигателе [внизу] добавляются два силы — сила Лоренца и сила сопротивления [серый] — дает общую силу [синий], которая достигает максимума всего 1,76 при угле полярного колеса 0,94 рад. Разница в этом примере составляет 14 процентов.
Второй подход к улучшению отношения мощности к весу заключается в увеличении силы магнитного поля двигателя, что увеличивает крутящий момент. В этом заключается смысл добавления железного сердечника к катушке, поскольку, хотя этот шаг увеличивает вес, он увеличивает плотность магнитного потока на два порядка. Поэтому почти все электрические машины сегодня используют железный сердечник в статоре и роторе.
Однако есть недостаток. Когда сила поля превышает определенный предел, железо теряет всю свою способность увеличивать поток.На этот предел насыщения может незначительно влиять процесс смешивания и производства чугуна, но наиболее экономичные материалы ограничены примерно 1,5 В / м 2 (Вольт, умноженное на секунду на квадратный метр, или тесла). Только очень дорогие и редкие кобальто-железные вакуумные стальные материалы могут достигать плотности магнитного потока 2 тесла и более.
Наконец, третий стандартный способ увеличения крутящего момента — усилить поле, пропустив через катушки больше тока. Опять же, есть ограничения.Протолкните через провод больше тока, и резистивные потери увеличатся, уменьшая эффективность и создавая тепло, которое может повредить двигатель. Вы можете использовать проволоку из металла, проводящего лучше, чем медь. Действительно, серебряная проволока доступна, но в этом случае она была бы абсурдно дорогой.
В результате единственный практический способ увеличить ток — это контролировать нагрев. Современные системы охлаждения направляют охлаждающую воду непосредственно вдоль обмоток, а не направляют водопровод дальше, на внешнюю сторону статора [см. Иллюстрацию «Через нее течет река»].
Все эти шаги помогают улучшить отношение веса к мощности. В гоночных электромобилях, где стоимость не имеет значения, моторы могут весить всего 0,15 килограмма на киловатт выходной мощности, что сопоставимо с лучшими двигателями внутреннего сгорания Формулы-1.
Фактически, мы и наши студенты спроектировали и построили такие высокопроизводительные электродвигатели для автомобиля, участвовавшего в гоночной серии Formula Student Racing три года назад. Мы построили двигатели в нашей лаборатории в Электротехническом институте Технологического института Карлсруэ в Германии.Каждый год команда строила новую машину с улучшенными моторами, коробками передач и силовой электроникой. На каждую машину приходится четыре двигателя, по одному на каждое колесо. Каждый из них имеет диаметр всего 8 сантиметров, длину 12 см и вес 4,1 кг, и каждый производит 30 кВт непрерывной мощности с максимальной мощностью 50 кВт. В 2016 году наша команда выиграла чемпионат мира.
Так что это действительно можно сделать, когда стоимость не имеет значения. Настоящий вопрос заключается в том, могут ли такие технологии повышения производительности использоваться в двигателях массового потребления, которые можно было бы использовать в автомобиле, который вы могли бы купить? Мы построили такой двигатель, поэтому ответ — да.
Мы начали с одной идеи. Электродвигатели одинаково хорошо работают независимо от того, действуют ли они как двигатели или как генераторы, хотя такая симметрия на самом деле не требуется для электромобилей. Для автомобиля вам нужен электродвигатель, который лучше работает в режиме двигателя, чем в режиме генерации, который используется только для зарядки аккумуляторов во время рекуперативного торможения.
Чтобы понять идею, рассмотрим в деталях принцип работы двигателя PMSM. В таком двигателе на самом деле есть две силы, создающие движение.Во-первых, это сила, создаваемая постоянными магнитами в роторе. Когда токи проходят через медные катушки статора, они создают магнитное поле. Со временем ток передается от одной катушки к другой, вызывая вращение магнитного поля. Это вращающееся поле статора притягивает постоянные магниты ротора, так что ротор начинает двигаться. Этот принцип зависит от так называемой силы Лоренца, которая действует на заряженную частицу, движущуюся через магнитное поле.
Но современные электродвигатели также получают дополнительную мощность за счет сопротивления — силы, которая притягивает кусок железа к магниту. Таким образом, вращающееся поле статора притягивает как постоянные магниты, так и железо ротора. Сила Лоренца и сопротивление работают рука об руку, и — в зависимости от конструкции двигателя — они примерно одинаково сильны. Обе силы почти равны нулю, когда магнитное поле ротора и статора идеально выровнены. По мере увеличения угла между полями машина развивает механическую мощность.
В синхронной машине поле статора и ротор вращаются в тандеме, без задержки, характерной для асинхронных машин. Поле статора имеет определенный угол по отношению к ротору, угол, который можно свободно изменять момент за моментом во время работы для достижения максимальной эффективности. Оптимальный угол для создания крутящего момента при заданном токе можно рассчитать заранее. Затем он регулируется — по мере изменения тока — системой силовой электроники, которая подает переменный ток на обмотки статора.
Но вот в чем проблема: когда вы перемещаете поле статора относительно положения ротора, сила Лоренца и сила сопротивления каждый раз увеличиваются и уменьшаются. Сила Лоренца увеличивается в соответствии с синусоидальной функцией, которая достигает своего пика в точке, расположенной под углом 90 градусов от исходной позиции (которая является точкой, в которой выравниваются поля статора и ротора). Однако сила сопротивления повторяется с удвоенной частотой и, следовательно, достигает пика при смещении на 45 градусов [см. Графики «Идеальный шторм»].
Поскольку две силы достигают своих пиков в разных точках, пик общей силы двигателя меньше суммы его частей. Скажем, в конкретной конструкции машины, в определенный момент работы двигателя, 54 градуса оказывается оптимальным углом для максимальной общей силы. В этом случае этот пик будет на 14 процентов меньше, чем пики двух сил вместе взятых. Это лучший компромисс, который может предоставить этот дизайн.
Иллюстрация: Джеймс Прово Половина двигателя: На этом поперечном сечении по длине авторской конструкции двигателя показаны все ключевые компоненты.Обратите внимание на постоянные магниты и обмотку электромагнитов, которые вместе формируют поле в роторе так, чтобы оптимально согласовать две силы — силу Лоренца и силу сопротивления.
Если бы мы могли модернизировать этот двигатель так, чтобы две силы достигли пика в одной и той же точке цикла, мощность двигателя увеличилась бы на 14 процентов — без дополнительных затрат. Единственное, что вы потеряете, — это эффективность машины, когда она работает как генератор. И, как мы объясним позже, мы нашли способ восстановить даже эту функцию, чтобы машина могла лучше восстанавливать энергию во время торможения.
Спроектировать двигатель , который идеально выравнивает поле статора с полем ротора, — непростая задача. Проблема, по сути, сводится к объединению PMSM и SPSM в новый гибридный дизайн. В результате получается гибридная синхронная машина со смещенной осью сопротивления. Короче говоря, эта машина использует как провода, так и постоянные магниты для создания магнитного поля внутри ротора.
Другие пытались (а затем отказались) от этой идеи, но они хотели использовать постоянные магниты только для усиления электромагнитного поля.Нашим нововведением было использование магнитов только для точного формирования поля, чтобы оптимально согласовать две силы — силу Лоренца и силу сопротивления.
Наша основная проблема при проектировании заключалась в том, чтобы найти конструкцию ротора, способную формировать поле, но при этом достаточно прочную, чтобы работать на высоких скоростях без разрушения. Самая внутренняя часть нашей конструкции — это пластина ротора, которая несет медную обмотку на железном сердечнике. К плечам полюсов этого сердечника приклеиваем постоянные магниты; дополнительные перья на стойках не дают им улететь.Чтобы удерживать все на месте, мы протолкнули прочные, но легкие титановые стержни через электромагнитные полюса ротора с помощью гаек, чтобы закрепить стержни на кольцах из нержавеющей стали на обеих сторонах ротора.
Мы также нашли способ обойти недостаток нашего оригинального двигателя, заключающийся в уменьшении крутящего момента при работе в качестве генератора. Теперь мы можем изменить направление поля в роторе, чтобы генерация, необходимая для рекуперативного торможения, была такой же мощной и эффективной, как и работа двигателя.
A Class Project: в этом гоночном автомобиле Formula Student использовались специальные методы охлаждения двигателя. Фото: KA-Raceing
Мы достигли этого, изменив направление тока в обмотке ротора, когда машина работает как генератор. Вот почему это работает. Сначала рассмотрим ротор нашей оригинальной конструкции. При движении по периметру ротора обнаруживается определенная последовательность северного (N) и южного (S) полюсов электромагнитного (E) и постоянного магнитного (P) источников: NE, NP, SE, SP. Этот узор повторяется столько раз, сколько пар полюсов. Изменяя направление тока в обмотке ротора, электромагнитные полюса — и только они — изменяют направление, и порядок полюсов теперь становится SE, NP, NE, SP и так далее.
Если вы внимательно посмотрите на эти две прогрессии, вы увидите, что вторая прогрессия похожа на первую, только в обратном направлении. Это означает, что ротор может использоваться либо в режиме двигателя (первая последовательность), либо в режиме генератора (вторая последовательность), при этом ток ротора течет в направлении, противоположном первому. Таким образом, наша машина работает более эффективно, чем обычные двигатели, как в качестве двигателя, так и в качестве генератора. В нашем прототипе изменение тока занимает менее 70 миллисекунд, что достаточно быстро для использования в автомобилях.
В прошлом году мы построили на верстаке опытный образец двигателя и подвергли его тщательным испытаниям. Результаты очевидны: используя ту же силовую электронику, параметры статора и другие конструктивные ограничения, что и у обычного двигателя, машина способна производить почти на 6 процентов больше крутящего момента и достигать на 2 процента более высокой пиковой эффективности. А в ездовом цикле улучшение даже лучше: для этого требуется на 4,4 процента меньше энергии. Это означает, что автомобиль, который проехал бы 100 километров на одной зарядке, может с этим мотором проехать 104.4 км. Дополнительный диапазон обходится дешево, потому что наша конструкция включает в себя всего несколько дополнительных деталей, которые намного дешевле, чем установка дополнительных батарей.
Мы контактируем с несколькими производителями оригинального оборудования, которым эта концепция интересна, однако пройдет некоторое время, прежде чем вы увидите один из этих асимметричных двигателей в серийном автомобиле. Однако когда он действительно появится, он должен в конечном итоге стать новым стандартом, потому что получение всего, что вы можете, из имеющейся у вас энергии, является главным приоритетом для автопроизводителей — и для общества в целом.
Эта статья опубликована в июльском выпуске журнала за 2017 год как «Мотор для электрокара будущего».
Об авторе
Мартин Доппельбауэр возглавляет кафедру гибридных электромобилей в Институте электротехники Технологического института Карлсруэ в Германии. Патрик Винзер — научный сотрудник и доктор философии.