Существует большое разнообразие двигательных систем, доступных или потенциально доступных для автомобилей и других транспортных средств. Варианты включали двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине , дизельном топливе , пропане или природном газе ; гибридные автомобили , подключаемые гибриды , автомобили на топливных элементах , работающие на водороде , и все электромобили . Транспортные средства, работающие на топливе, по-видимому, имеют преимущество из-за ограниченного запаса хода и высокой стоимости аккумуляторов . Некоторые варианты требовали строительства сети заправочных или зарядных станций . [1] Не имея убедительных преимуществ для какого-либо конкретного варианта, автопроизводители пошли по параллельному пути разработки, используя множество вариантов. Одной из применяемых стратегий было снижение веса транспортных средств.
Использование высоких технологий (таких как электронные блоки управления двигателем ) в передовых конструкциях, возникшее в результате значительных инвестиций в исследования в области развития со стороны европейских стран и Японии, казалось, давало им преимущество перед китайскими автопроизводителями и поставщиками запчастей, которые по состоянию на 2013 г. бюджеты на разработку и нехватка мощностей для производства деталей для высокотехнологичных двигателей и силовых передач. [2]
Основной характеристикой автомобильного двигателя (по сравнению со стационарным или судовым двигателем ) является высокая удельная мощность . Это достигается за счет использования высокой скорости вращения. Однако автомобильные двигатели иногда модифицируются для использования на судах, образуя морской автомобильный двигатель .
В первые годы были опробованы паровые двигатели и электродвигатели , но с ограниченным успехом. В 20 веке двигатель внутреннего сгорания (ДВС) стал доминирующим. В 2015 году двигатель внутреннего сгорания остается наиболее широко используемым, но возрождение электричества кажется вероятным из-за растущей обеспокоенности по поводу выбросов выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания .
По состоянию на 2017 год большинство автомобилей в США работают на бензине . В начале 1900-х годов двигатели внутреннего сгорания столкнулись с конкуренцией со стороны паровых двигателей и электродвигателей . Двигатели внутреннего сгорания того времени работали на бензине. Двигатели внутреннего сгорания работают по принципу поршня , толкаемого давлением определенного взрыва. [3] При этом взрыве происходит сжигание углеводорода в цилиндре двигателя. Из всех автомобилей, выпущенных в то время, только около четверти фактически считались двигателями внутреннего сгорания. В течение следующих нескольких лет двигатель внутреннего сгорания стал самым популярным автомобильным двигателем. [4] Где-то в XIX веке Рудольф Дизель изобрел новую форму внутреннего сгорания, используя концепцию впрыска жидкого топлива в воздух, нагретый исключительно за счет сжатия. [3] Это предшественник современного дизельного двигателя, используемого в автомобилях, а точнее, в тяжелых транспортных средствах, таких как полуприцепы.
Бензиновые двигатели быстро стали выбором производителей и потребителей. Несмотря на резкий запуск, шумный и грязный двигатель, а также сложное переключение передач, новые технологии, такие как производственная линия и усовершенствование двигателя, позволили наладить стандартное производство газовых автомобилей. Это начало пути от изобретения газового автомобиля в 1876 году до начала его массового производства в 1890-х годах. Модель Т Генри Форда снизила цены на автомобили до более доступных цен. В то же время Чарльз Кеттеринг изобрел электрический стартер , позволяющий запускать двигатель без необходимости использования механической рукоятки. [5] Обилие газовых автомобилей, работающих на топливе, должно быть очень функциональным и доступным. Спрос на бензин вырос с 3 миллиардов баррелей в 1919 году до примерно 15 миллиардов в 1929 году. [6]
Двигатель внутреннего сгорания приводится в действие за счет расширения газа, образующегося при сгорании углеводородных газов. [7] Более подробно, при внутреннем сгорании для создания механического движения использовалась теплота сгорания, создаваемая впрыскиваемым углеводородным топливом. В начале 1900-х годов древесный спирт был популярным топливом для французских и немецких автомобилей, но поскольку правительства ввели высокие налоги на производство, цена древесного спирта выросла выше цены на бензин. [7] В результате этого бензиновые двигатели стали популярными, поскольку двигатели внутреннего сгорания были широко известны как бензиновые двигатели. Хотя бензиновые двигатели стали популярными, они не были особенно желательны из-за опасности утечек топлива, которые могли привести к взрыву. Поэтому многие изобретатели пытались в результате создать керосиновый двигатель. Это не было успешным предприятием по его использованию в автомобилях. Существует множество различных видов топлива для двигателей внутреннего сгорания. К ним относятся дизельное топливо , бензин и этанол .
Паровой двигатель был изобретен в конце 1700-х годов и стал основным источником питания двигателей, а вскоре и локомотивов . Одним из самых популярных паровых автомобилей был «Stanley Steamer», отличавшийся низким уровнем загрязнения окружающей среды, мощностью и скоростью. Минусом этих паровых автомобилей является ненадежность, сложность и частые аварии, которые с ними происходили. Время запуска парового автомобиля может занять до 45 минут, что противоречит цели более быстрой транспортировки. К тому времени, когда паровой автомобиль был усовершенствован, сложность производства по сравнению с газовыми автомобилями сделала паровые автомобили нерентабельными. [5]
Паровой двигатель – это устройство, преобразующее тепло в механическое движение. Это обеспечивается применением котлов, создающих пар путем кипячения воды. В начале 1900-х годов Эбнер Добл представил в Соединенных Штатах паровой автомобиль, возможности которого потенциально могли превзойти по эффективности фордовскую модель T. [8] Известно, что пар обеспечивает очень эффективную экономию топлива при использовании источника высокой мощности. Вот почему половина мира почти весь XIX век и почти половину XX века работала на паре. Основным недостатком парового двигателя в автомобилях было то, что операторы должны были иметь полные знания о котлах и паровых двигателях перед началом работы, поскольку пренебрежение оператором им наносило вред самому двигателю. [7]
Электромобили казались наиболее жизнеспособным вариантом, подобно паровым автомобилям. Впервые они были изобретены в начале 1800-х годов и стали жизнеспособным средством передвижения примерно в 1890 году, когда Уильям Моррисон создал первый электромобиль, который двигался со скоростью 14 миль в час. Электромобили отличались низким уровнем загрязнения и бесшумной ездой, в отличие от своих бензиновых аналогов. Самым большим недостатком электромобилей был запас хода. Типичный электромобиль может проехать около 20 миль, прежде чем потребуется подзарядка. Производители не могли увеличить количество батарей из-за их громоздкости в то время. Без стимула покупать электромобили бензиновые автомобили были в то время наиболее жизнеспособным вариантом. [5]
В электромобилях используются аккумуляторы для хранения электроэнергии , которая используется для питания электродвигателей . Аккумулятор подает на двигатель мощность переменного тока (AC) или постоянного тока (DC). Разница между двигателями переменного и постоянного тока заключается в том, какая система необходима для их работы в электромобиле. Двигатель переменного тока , как правило, дешевле, но компоненты, необходимые для его работы в электромобиле, такие как контроллер и инвертор, делают его дороже, чем двигатель постоянного тока. Уникальная особенность электромобилей по сравнению с бензиновыми аналогами: электромобиль проще, чем бензиновый. [9] Электромобиль обходит компоненты бензинового автомобиля, такие как коленчатый вал, что позволяет ему генерировать мощность намного быстрее, чем бензин. Из-за более быстрой передачи мощности электромобиль способен ускоряться быстрее, чем бензиновые автомобили. [10]
В 1970-х годах электромобили вновь появились из-за нефтяного эмбарго ОПЕК 1973 года . Раньше обильный бензин стал основным источником топлива для транспортных средств. Но после дефицита производители снова начали обращать внимание на электромобили. Несмотря на усовершенствованные технологии 1800-х годов, электромобили столкнулись с аналогичными технологическими недостатками, такими как ограниченный пробег и скорость. Они могли двигаться со скоростью только до 45 миль в час и имели дальность действия около 40 миль. [11]