Двигатель внутреннего сгорания в автомобиле¶
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри рабочей камеры (цилиндра), а образующиеся при сгорании газы совершают механическую работу. В автомобиле ДВС является основным типом силовой установки: он преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала, которая через трансмиссию передаётся на ведущие колёса. На протяжении более чем столетия ДВС остаётся самым распространённым автомобильным двигателем, несмотря на развитие гибридных и электрических силовых установок.
¶Принцип работы
Основу работы ДВС составляет преобразование энергии расширяющихся газов в механическое движение. В цилиндре сгорает топливно-воздушная смесь, давление резко возрастает, и газы толкают поршень. Возвратно-поступательное движение поршня через шатун передаётся на коленчатый вал, который превращает его во вращательное.
Классический цикл четырёхтактного двигателя включает четыре фазы:
- Впуск — поршень движется вниз, в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или чистый воздух у дизелей).
- Сжатие — поршень идёт вверх, смесь сжимается.
- Рабочий ход (расширение) — смесь воспламеняется, газы толкают поршень вниз, совершается полезная работа.
- Выпуск — поршень выталкивает отработавшие газы в выпускную систему.
Двухтактные двигатели выполняют полный цикл за один оборот коленчатого вала, но в автомобилях применяются редко — в основном на мототехнике и маломощной технике.
¶Основные типы
По способу воспламенения и типу топлива автомобильные ДВС делят на несколько видов.
| Тип | Топливо | Воспламенение | Особенности |
|---|---|---|---|
| Бензиновый | Бензин | От искры свечи | Распространён в легковых авто |
| Дизельный | Дизтопливо | От сжатия | Выше КПД, применяется в грузовиках и части легковых |
| Газовый | Сжиженный или сжатый газ | От искры | Экономичнее, экологичнее |
| Роторный | Бензин | От искры | Компактнее, но менее долговечен |
По числу и расположению цилиндров различают рядные, V-образные, оппозитные и W-образные компоновки. Количество цилиндров варьируется от двух-трёх в малолитражках до восьми и более в мощных и спортивных автомобилях.
¶Устройство
Ключевые элементы автомобильного ДВС:
- Блок цилиндров — корпусная деталь, в которой размещены цилиндры.
- Поршень, шатун и коленчатый вал — кривошипно-шатунный механизм, преобразующий энергию газов во вращение.
- Газораспределительный механизм (ГРМ) — клапаны и распредвал, управляющие впуском и выпуском.
- Система питания — карбюратор (устаревший) или инжектор, подающие топливо.
- Система зажигания — у бензиновых двигателей формирует искру.
- Системы смазки и охлаждения — снижают трение и отводят тепло.
Совокупность этих систем обеспечивает непрерывную работу двигателя и его ресурс.
¶История
Первые работоспособные ДВС появились во второй половине XIX века. В 1860 году французский инженер Этьен Ленуар построил газовый двигатель, а в 1876 году Николаус Отто создал четырёхтактный двигатель, цикл которого лёг в основу современных бензиновых моторов. В 1892 году Рудольф Дизель запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия.
В России значительный вклад в развитие двигателестроения внёс инженер Иван Путилов, а позже — конструкторы, работавшие над отечественными автомобилями. В СССР массово выпускались двигатели для моделей «Москвич», «Жигули», «Волга», а также грузовых автомобилей ГАЗ и ЗИЛ. В современной России производство ДВС ведут предприятия АвтоВАЗ, КамАЗ, а также сборочные заводы иностранных и совместных компаний.
¶Преимущества и недостатки
К достоинствам ДВС относят высокую удельную мощность, отработанность конструкции, доступность топлива и развитую инфраструктуру заправок. Двигатель быстро запускается и обеспечивает большой запас хода.
Недостатки связаны прежде всего с экологией и экономикой: выбросы углекислого газа и вредных веществ, зависимость от нефтяного топлива, относительно невысокий КПД (у бензиновых — около 25–35 %, у дизельных — до 40–45 %), шум и вибрации, необходимость сложного обслуживания.
¶Современное состояние
Ужесточение экологических норм стимулирует совершенствование ДВС: внедряются непосредственный впрыск, турбонаддув, системы рециркуляции газов, гибридные схемы. Одновременно растёт доля электромобилей. Тем не менее в России и во многих странах ДВС остаётся основным типом автомобильного двигателя, особенно в грузовом и коммерческом транспорте, где альтернативы пока ограничены.
Источники: технические справочники по устройству автомобиля, материалы по истории двигателестроения, отраслевые обзоры автомобильной промышленности.