Естественно, создание автомобиля зависело от изобретения двигателя — источника движущей силы. Но на заре автомобилестроения еще не было двигателя внутреннего сгорания. Неудивительно поэтому, что первым на автомобиле установили паровой двигатель, нашедший к тому времени широкое применение в различных отраслях промышленности. Основными недостатками паровых двигателей были большая масса и низкий коэффициент полезного действия (КПД). Однако сам факт установки этих двигателей на автомобиль и полная непригодность их для эксплуатации сыграли значительную роль: конструкторы убедились в необходимости создания специального, принципиально нового двигателя. Таким оказался двигатель внутреннего сгорания, в котором топливо сгорает в его цилиндрах, т. е. внутри двигателя, и преобразуется в механическую энергию.
Но еще раньше была предпринята попытка использовать электродвигатель. Для успешной эксплуатации такого двигателя необходимо было создать достаточно емкий аккумулятор, в котором накапливалась бы электроэнергия и которая затем постепенно расходовалась в процессе эксплуатации автомобиля. Аккумулятор был создан, однако он был тяжел, а незначительная его емкость не позволяла эффективно использовать мощные электродвигатели. Поэтому скорость автомобиля была невелика, а пробег до разрядки аккумуляторных батарей не превышал 80 км.
Появились так называемые «смешанные» или «гибридные» двигатели, представляющие собой энергосиловую установку: двигатель внутреннего сгорания небольшой мощности вращает вал генератора, заряжая таким образом аккумуляторную батарею, которая приводит в действие силовые электродвигатели, вращающие колеса автомобиля. В этой системе пропадает главное достоинство электродвигателя: простота конструкции и технического обслуживания, большая мощность при малой массе, бесшумность работы, отсутствие вредных отработавших газов, использование дешевого топлива — электроэнергии.
Двигатели внутреннего сгорания в наибольшей степени удовлетворяют требованиям, предъявляемым к автомобильным двигателям: большая мощность, малые габаритные размеры и масса, возможность автономной работы на большом расстоянии от основной базы.
Началось совершенствование двигателей внутреннего сгорания, которое последовательно шло по таким направлениям: увеличивались частота вращения коленчатого вала и рабочий объем цилиндров, число цилиндров и степень сжатия. Но ведь больший рабочий объем цилиндров требует увеличения размеров и массы поршней, шатунов, коленчатого вала, что в свою очередь вызывает рост нагрузок на детали и их поломки, особенно при большой частоте вращения коленчатого вала.
Увеличение числа цилиндров приводило к удлинению двигателя и его коленчатого вала, т. е. снижало прочность последнего. Следовательно, чтобы повысить прочность коленчатого вала, необходимо было его укоротить. А для этого существовал один способ: расположить цилиндры не в один, а в два ряда. Так появились двигатели с V-образным расположением цилиндров. Вскоре конструкторы отказались от увеличения мощности за счет рабочего объема и числа цилиндров. Следует также отметить, что малая масса подвижных деталей, возможная при небольшом рабочем объеме цилиндров, значительно уменьшает нагрузки на детали двигателя даже при большой частоте вращения коленчатого вала.
Роста мощности можно было достичь путем улучшения технических характеристик, указанных выше деталей. Но об этом мы расскажем несколько позже.
На большинстве современных автомобилей применяются, как мы уже отмечали, поршневые двигатели внутреннего сгорания. Они классифицируются по назначению (стационарные и транспортные); способу смесеобразования (с внешним смесеобразованием — газовые или карбюраторные и с внутренним смесеобразованием — дизели); способу протекания рабочего цикла (двух- и четырехтактные); способу воспламенения рабочей смеси (с принудительным воспламенением от электрической искры — газовые, карбюраторные и другие, с воспламенением от сжатия — дизели); виду применяемого топлива (карбюраторные и двигатели, работающие на газе); числу цилиндров (двух-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые и т. д.); способу охлаждения (с жидкостным или воздушным охлаждением); расположению цилиндров (рис. 4) (однорядные — с вертикальным расположением цилиндров, V-образные двухрядные — с расположением цилиндров под углом и оппозитные — с горизонтальным расположением цилиндров под углом 180°).
На рис. 4 все двигатели изображены с торца коленчатого вала.
Рис. 4. Двигатели: а - однорядный с вертикальным расположением цилиндров; б - V-образный с расположением цилиндров под углом; в - оппозитный