§ 24. Двигатель внутреннего сгорания

разновидность теплового двигателя, в котором жидкое или газообразное топливо сгорает непосредственно внутри самого цилиндра (рабочей камеры), а образующиеся раскалённые газообразные продукты сгорания служат рабочим телом.

• 1. Основные типы ДВС — карбюраторные (бензиновые с принудительным искровым зажиганием) и дизельные (с воспламенением от сжатия).
• 2. Применение — автомобильный, железнодорожный, водный и авиационный транспорт, сельскохозяйственная и строительная техника, автономные электрогенераторы.

периодически повторяющаяся совокупность термодинамических процессов, происходящих в цилиндре за четыре хода поршня (такта) и сопровождающихся совершением двух полных оборотов коленчатого вала ($720^\circ$):

• 1. 1-й такт (впуск) — впускной клапан открыт, выпускной закрыт; поршень идёт вниз, засасывая горючую смесь (в карбюраторном) или чистый атмосферный воздух (в дизеле).
• 2. 2-й такт (сжатие) — оба клапана герметично закрыты; поршень идёт вверх, сжимая заряд до высокого давления ($(6\text{--}10) \cdot 10^5\text{ Па}$ в бензиновых и $(30\text{--}36) \cdot 10^5\text{ Па}$ в дизелях) и разогревая его. В конце такта смесь поджигается электрической искрой свечи зажигания либо в неё через форсунку впрыскивается дизельное топливо.
• 3. 3-й такт (рабочий ход) — оба клапана закрыты; топливо мгновенно сгорает, температура газов подскакивает до $1600\text{--}2000\ ^\circ\text{C}$, а давление достигает $(20\text{--}80) \cdot 10^5\text{ Па}$. Раскалённые газы расширяются, с колоссальной силой толкают поршень вниз и через шатун вращают коленчатый вал, совершая полезную работу.
• 4. 4-й такт (выпуск) — открывается выпускной клапан; поршень движется вверх и вытесняет отработавшие выхлопные газы наружу в выхлопную трубу.

двигатель внутреннего сгорания, работающий на лёгком жидком топливе (бензине), в котором горючая смесь паров бензина с воздухом подготавливается вне цилиндра или впрыскивается во впускной канал инжектором и воспламеняется в цилиндре электрической искрой свечи.

двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, сконструированный немецким инженером Рудольфом Дизелем (1897 г.), в котором воздух сжимается поршнем до температуры $500\text{--}600\ ^\circ\text{C}$, а впрыскиваемое под огромным давлением через форсунку жидкое топливо самовоспламеняется без участия электрической свечи зажигания.

Немецкий инженер-изобретатель и теплотехник, создатель экономичного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением топлива от воздействия разогретого при высоком сжатии воздуха.

• В 1897 году сконструировал и построил первый работоспособный двигатель внутреннего сгорания нового типа, получивший в его честь название «дизель».
• Реализовал принцип сжатия чистого воздуха до высокого давления с его нагревом до 500–600 °C, благодаря чему впрыскиваемое форсункой жидкое топливо мгновенно самовоспламеняется без электрической искры.
• Создал тепловой двигатель с рекордно высоким коэффициентом полезного действия, ставший незаменимым силовым агрегатом на судах, тяжёлом автотранспорте, тракторах и тепловозах.

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют тепловой двигатель, в котором сгорание топлива происходит непосредственно внутри самого цилиндра, а образующиеся при сгорании раскалённые газы высокого давления служат рабочим телом, расширяющимся и толкающим поршень.

Простейший одноцилиндровый четырёхтактный ДВС (рис. 48 учебника) состоит из:

• 1) цилиндра с рубашкой охлаждения;
• 2) поршня (5) с уплотнительными кольцами, перемещающегося внутри цилиндра;
• 3) шатуна (7), шарнирно передающего усилие от поршня к валу;
• 4) коленчатого вала (6) с массивным маховиком для преодоления нерабочих тактов;
• 5) впускного клапана (1) и впускного канала (8);
• 6) выпускного клапана (2) и выпускного канала (4);
• 7) запальной свечи зажигания (3) (или топливной форсунки высокого давления в дизельном двигателе).

Один полный рабочий цикл четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания совершается ровно за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск). При этом коленчатый вал двигателя делает ровно два полных оборота ($720^\circ$).

• 1-й такт — Впуск: поршень перемещается из крайней верхней точки в крайнюю нижнюю. Впускной клапан открыт, выпускной закрыт. За счёт разрежения цилиндр заполняется горючей смесью бензина с воздухом (в карбюраторном двигателе) или чистым воздухом (в дизеле).
• 2-й такт — Сжатие: оба клапана закрыты. Поршень движется из нижней точки вверх, сжимая рабочую смесь. Давление и температура смеси сильно возрастают. В конце такта смесь поджигается электрической искрой свечи (в бензиновом ДВС) либо в раскалённый воздух через форсунку впрыскивается топливо (в дизеле).
• 3-й такт — Рабочий ход (расширение): оба клапана закрыты. Топливо мгновенно сгорает, образуя раскалённые газы с температурой до $2000\ ^\circ\text{C}$ и давлением до $(35\text{--}80) \cdot 10^5\text{ Па}$. Расширяясь, газы давят на поршень и толкают его вниз, приводя во вращение коленчатый вал. Это единственный рабочий такт, в котором совершается полезная механическая работа за счёт внутренней энергии сгоревшего топлива.
• 4-й такт — Выпуск: выпускной клапан открывается, поршень перемещается вверх и выталкивает отработавшие выхлопные газы из цилиндра в атмосферу.

• Приготовление и подача горючей смеси: в карбюраторном двигателе в цилиндр на такте впуска поступает готовая смесь паров бензина и воздуха; в дизеле на такте впуска засасывается только чистый воздух, а дизельное топливо под давлением до $125 \cdot 10^5\text{ Па}$ впрыскивается через форсунку в самом конце сжатия.
• Воспламенение: в карбюраторном двигателе смесь поджигается электрической искрой свечи зажигания; в дизеле свечи зажигания нет — воздух при сильном сжатии нагревается до $500\text{--}600\ ^\circ\text{C}$, и топливо при впрыскивании воспламеняется самопроизвольно.
• Экономичность и масса: дизельные двигатели массивнее из-за повышенных нагрузок, но обладают более высоким КПД, расходуют меньше топлива и работают на более дешёвых горючих фракциях.