Двигатель внутреннего сгорания¶

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри рабочей камеры (цилиндра), а образующиеся при сгорании газы совершают механическую работу, перемещая поршень или вращая ротор. ДВС преобразует химическую энергию топлива в тепловую, а затем в механическую работу. Это наиболее распространённый тип силовой установки на транспорте: автомобилях, тепловозах, судах, самолётах малой авиации, а также в стационарных генераторах и мотоблоках.

¶История

Первые работоспособные двигатели внутреннего сгорания появились в XIX веке. В 1860 году французский механик Этьен Ленуар построил газовый двигатель, работавший на светильном газе. В 1867 году немецкие инженеры Николаус Отто и Ойген Ланген представили более экономичный атмосферный двигатель, а в 1876 году Отто создал четырёхтактный газовый двигатель, цикл которого (цикл Отто) до сих пор лежит в основе большинства бензиновых моторов.

В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия, а в 1897 году построил работоспособный образец, работавший на керосине. В России значительный вклад в развитие ДВС внёс инженер Густав Тринклер, предложивший в начале XX века бескомпрессорный дизель (так называемый «русский дизель»), а также конструкторы Путиловского завода, наладившие выпуск судовых и тепловозных дизелей.

¶Классификация

ДВС классифицируют по нескольким признакам.

По типу топлива: бензиновые, дизельные, газовые (на сжиженном или сжатом природном газе), многотопливные.
По способу воспламенения: с искровым зажиганием (бензиновые, газовые) и с воспламенением от сжатия (дизельные).
По числу тактов рабочего цикла: четырёхтактные и двухтактные.
По конструкции: поршневые (рядные, V-образные, оппозитные), роторно-поршневые (двигатель Ванкеля), газотурбинные.
По способу охлаждения: жидкостного и воздушного охлаждения.

¶Устройство и принцип работы

Основные части поршневого ДВС — цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, головка блока с клапанами, системы питания, зажигания (для бензиновых), охлаждения и смазки.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя включает четыре такта:

Впуск — поршень движется вниз, цилиндр заполняется топливовоздушной смесью (или воздухом у дизеля).
Сжатие — поршень идёт вверх, смесь сжимается; у дизеля воздух нагревается до высокой температуры.
Рабочий ход — смесь воспламеняется от искры (бензин) или от впрыска топлива в раскалённый воздух (дизель); газы толкают поршень вниз.
Выпуск — отработавшие газы выталкиваются через выпускной клапан.

Двухтактный двигатель совершает цикл за один оборот коленчатого вала, что даёт большую удельную мощность, но худшую экономичность и экологичность.

¶Характеристики

Ключевые параметры ДВС — мощность (кВт или л. с.), крутящий момент, рабочий объём, степень сжатия, частота вращения, удельный расход топлива, коэффициент полезного действия. КПД современных бензиновых двигателей составляет 25–35 %, дизельных — 35–45 %, у крупных судовых дизелей достигает 50 %.

¶Применение

ДВС применяются на автомобильном и железнодорожном транспорте, в судостроении, в малой авиации, в сельском хозяйстве (тракторы, комбайны), в строительной технике, в переносных электростанциях и мотоблоках. В России дизельные двигатели выпускают предприятия, связанные с автозаводами (КамАЗ, АвтоВАЗ, Ярославский моторный завод и другие).

¶Преимущества и недостатки

Преимущества: высокая автономность, большая удельная мощность на единицу массы, отработанная технология производства, быстрый запуск, широкий диапазон мощностей.

Недостатки: выбросы вредных веществ (оксиды азота, сажа, углеводороды), зависимость от ископаемого топлива, шум и вибрация, ограниченный ресурс, низкий КПД по сравнению с электроприводом.

¶Экологические аспекты

ДВС — один из основных источников загрязнения атмосферы в городах. Для снижения выбросов применяют каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, системы рециркуляции отработавших газов, а также перевод транспорта на газомоторное топливо и электротягу. В ряде стран вводятся экологические стандарты (Евро-5, Евро-6), ограничивающие содержание вредных веществ в выхлопе.

¶Перспективы

Развитие ДВС идёт по пути повышения экономичности и экологичности: непосредственный впрыск, турбонаддув, изменяемые фазы газораспределения, гибридные силовые установки. Одновременно растёт доля электромобилей, что постепенно меняет структуру мирового автопарка, однако ДВС сохраняют позиции в грузовом, морском и авиационном транспорте.

Источники: Большая российская энциклопедия; технические справочники по двигателестроению; учебные пособия по устройству автомобиля.