Открыть сервис
Главная → Блог → Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, в которой химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. В отличие от двигателей внешнего сгорания (например, паровых машин), продукты сгорания здесь одновременно являются рабочим телом, которое, расширяясь, приводит в движение поршень или ротор. ДВС являются наиболее распространёнными силовыми агрегатами в мире: они устанавливаются на автомобили, мотоциклы, самолёты, суда, генераторы и множество других машин.

Принцип работы

Работа большинства ДВС основана на термодинамическом цикле. В цилиндре движется поршень, соединённый с коленчатым валом через шатун. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение вала.

В зависимости от способа воспламенения топлива выделяют два основных типа ДВС:

  • Двигатели с искровым зажиганием (бензиновые, газовые) — топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой от свечи зажигания.
  • Дизельные двигатели — воспламенение происходит самопроизвольно из-за сильного сжатия воздуха, который разогревается до температуры выше температуры самовоспламенения топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

Наиболее распространён четырёхтактный цикл, состоящий из четырёх ходов поршня (тактов):

  1. Впуск: поршень движется вниз, впускной клапан открыт, в цилиндр поступает свежий заряд воздуха или топливовоздушной смеси.
  2. Сжатие: клапаны закрыты, поршень движется вверх, сжимая заряд в десятки раз.
  3. Рабочий ход: топливо воспламеняется, давление газов резко возрастает, поршень с силой движется вниз, совершая полезную работу.
  4. Выпуск: выпускной клапан открывается, поршень движется вверх, выталкивая отработавшие газы.

Существуют также двухтактные двигатели, где рабочий цикл совершается за два хода поршня. Они проще и мощнее при равном объёме, но менее экономичны и экологичны, поэтому в современных автомобилях практически не применяются, оставаясь в нише маломощной мототехники и подвесных лодочных моторов.

Ключевые характеристики и устройство

Основными характеристиками ДВС являются рабочий объём (литраж), мощность (в киловаттах или лошадиных силах), крутящий момент, степень сжатия и частота вращения коленчатого вала.

Конструктивно ДВС состоит из нескольких систем:

История развития

Первый практически пригодный двигатель внутреннего сгорания создал бельгиец Жан Жозеф Этьен Ленуар в 1860 году. Он работал на светильном газе и имел крайне низкий КПД.

В 1876 году немецкий инженер Николаус Отто построил первый четырёхтактный газовый двигатель, заложив основу современного цикла. В 1885–1886 годах Готлиб Даймлер и Карл Бенц независимо друг от друга создали первые автомобили с бензиновыми ДВС.

Рудольф Дизель запатентовал в 1893 году двигатель с воспламенением от сжатия, который впоследствии получил его имя. Первые дизели работали на угольной пыли и растительных маслах, но быстро перешли на нефтяное топливо.

На протяжении XX века ДВС непрерывно совершенствовались: росла степень сжатия, появлялись системы наддува (турбокомпрессоры), многоточечный впрыск топлива, электронные блоки управления. В СССР значительный вклад в развитие теории и практики двигателестроения внесли учёные и конструкторы, такие как Б. Г. Луцкий, создатель первых отечественных автомобильных моторов.

Классификация двигателей

ДВС классифицируются по множеству признаков:

  • По типу топлива: бензиновые, дизельные, газовые (сжиженный пропан-бутан или сжатый метан), спиртовые, водородные.
  • По способу смесеобразования: с внешним (карбюратор, центральный впрыск) и внутренним (непосредственный впрыск) смесеобразованием.
  • По расположению цилиндров: рядные (R4, R6), оппозитные, V-образные (V6, V8), W-образные.
  • По числу тактов: двухтактные и четырёхтактные.
  • По типу охлаждения: жидкостное (закрытого типа) и воздушное.
  • По назначению: стационарные, транспортные, судовые, авиационные.

Применение

Сфера применения ДВС чрезвычайно широка. Они служат силовыми установками для легковых и грузовых автомобилей, сельскохозяйственной техники (тракторы, комбайны), строительной техники (экскаваторы, бульдозеры), тепловозов, речных и морских судов. В авиации поршневые двигатели используются на лёгких и учебных самолётах. Кроме того, ДВС широко применяются в стационарной энергетике для привода электрогенераторов — от резервных источников питания до крупных электростанций малой мощности.

Экологические аспекты и будущее

Основным недостатком ДВС является выброс вредных веществ: углекислого газа (CO₂), оксидов азота (NOₓ), угарного газа (CO) и твёрдых частиц (сажи). Для борьбы с этим ужесточаются экологические нормы (в России действует технический регламент «Евро-5» и «Евро-6»), применяются системы рециркуляции отработавших газов, каталитические нейтрализаторы и сажевые фильтры.

В XXI веке на фоне глобального потепления и борьбы за снижение выбросов парниковых газов наблюдается тенденция к вытеснению ДВС электромобилями и гибридными силовыми установками. Тем не менее, благодаря высокому КПД (до 50 % у современных дизелей и турбированных бензиновых моторов), отработанной технологии и развитой инфраструктуре топливоснабжения, двигатели внутреннего сгорания останутся основным типом двигателя для транспорта и энергетики ещё как минимум несколько десятилетий. Параллельно ведётся разработка ДВС, работающих на водороде и синтетическом топливе, что может сделать их углеродно-нейтральными.

Источники

  1. Двигатели внутреннего сгорания. Теория и расчёт / под ред. А. С. Орлина. — М.: Машиностроение.
  2. Луканин В. Н., Морозов К. А., Хачиян А. С. Двигатели внутреннего сгорания. — М.: Высшая школа, 2005.
  3. Гуревич Д. Ф., Цирлин А. А. Двигатели внутреннего сгорания. Конструкция и расчёт. — Л.: Машиностроение.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы