- Двигателем внутреннего сгорания называется тепловая машина, которая служит для преобразования энергии, получаемой в результате сжигания топлива, в механическую работу. Мы живём в век электричества и компьютерной техники, но можно утверждать, что и в век ДВС. Объём автомобильных перевозок уже к середине прошедшего столетия достиг 20 млрд. тонн, что в пять раз превышало объём железнодорожных перевозок и в 18 раз – объём перевозок, выполнявшихся морским флотом. Сейчас на долю автомобильного транспорта приходится более 79 % объёма перевозок грузов в нашей стране. О широкой распространенности ДВС свидетельствует и тот факт, что суммарная установленная мощность двигателей внутреннего сгорания в пять раз превосходит мощность всех стационарных электростанций мира.
ЗНАЧЕНИЕ ДВС В СОВРЕМЕННОСТИ
- В 1870 г. немецким механиком Н.Отто был создан четырехтактный газовый двигатель. По показателям он значительно превосходил паровые машины, на протяжении ряда лет успешно использовался в стационарных условиях и появился прообразом современных бензиновых и газовых двигателей.
- Бензиновый двигатель транспортного типа был предложен русским инженером О.С.Костовичем. Двигатель для того времени имел высокие показатели и отличался прогрессивной конструкцией. В двигателе было использовано электрическое зажигание.
- В 90-х годах минувшего века началось развитие двигателей с воспламенением от сжатия – дизелей. Немецким инженером Р.Дизелем был разработан рабочий цикл двигателя, а в 1897 г. Р.Дизель построил первый образец стационарного компрессорного двигателя. Однако вследствие конструктивного несовершенства двигатель не получил широкого распространения.
- Первые образцы бескомпрессорных дизелей (двигателей с воспалением от сжатия, которые работают без компрессора для распыления топлива) были разработаны русским инженером Г.В.Тринклером и построенные в России.
- Успехи в развития конструкций ДВС были настолько разительны, что они быстро завоевали приоритетные позиции в судостроении (катера, подводные лодки и даже линкоры), автомобильной технике и авиации, которая тогда зарождалась.
- Наряду с развитием двигателестроения развивалась и теория ДВС. Параллельно совершенствовались методы расчетов на прочность, проводились многочисленные экспериментальные исследования.
На протяжении первой половины ХХ столетия ДВС становятся основным типом двигателей на всех видах транспорта. В данное время тенденции в развития их конструкций направлены на повышение их экономичности, увеличение срока службы, снижение токсичности, уровня шума, расширение границ регулирования и улучшение ряда других параметров.
Принцип работы бензинового двигателя
- Принцип работы бензинового силового агрегата состоит в следующем: небольшой объем топливной смеси поступает в камеру сгорания, там происходит ее воспламенение и взрыв, в результате которого высвобождается определенная энергия.
- В двигателе внутреннего сгорания таких взрывов происходит несколько сотен за минуту.
- Расширяющийся в камере сгорания газ давит на поршень , который при помощи шатуна вращает коленвал .
Цикл работы бензинового ДВС
Впуск- поршень движется вниз, впускной клапан открывается, смесь поступает в камеру
Сжатие-Поршень движется вверх и сжимает смесь для более эффективного воспламенения
Рабочий ход- После достижением поршня ВМТ происходит поджигание смеси при помощи свечи зажигания, после чего поршень начинает двигаться вниз
Выпуск- после достижения НМТ открывается выпускной клапан и выхлопные газы выходят из камеры сгорания
- Результат работы силового агрегата – получение вращательного движения, которое оптимально подходит для проворота колес машины. Достигается это за счет использования коленчатого вала, который и преобразует линейную энергию во вращение.
Конструкция дизельного двигателя
- Конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового).
- Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень.
Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень
- Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.
Цикл работы дизеля
- Работа дизельного двигателя будет выглядеть так:
- во время движения поршня в нижнее положение осуществляется приток чистых воздушных масс в цилиндры;
- при движении поршня вверх происходит нагрев этого воздуха;
- в высочайшей точке создается большая степень сжатия, вследствие чего температура может доходить до 800-900 градусов Цельсия;
- при прохождении самой верхней точки осуществляется впрыск топлива в камеры под сильнейшим давлением. В итоге оно соприкасается с раскаленными воздушными массами и происходит воспламенение.
- под действием горения происходит рост давления в цилиндре, передающего момент, что и создает шум такого двигателя.
- Благодаря указанной схеме дизельному мотору вполне достаточно небогатой смеси топлива. Стоимость подобного топлива невероятно низка, что объясняет его неприхотливость, а также экономичность. К тому же коэффициент полезного действия, а также крутящий момент выше, чем у мотора на бензине.
Сравнение бензинового и дизельного двигателей
- Что бензиновый, что дизельный — они оба являются двигателями внутреннего сгорания.
- В бензиновом двигателе устройство такое, что ТВС (топливовоздушная смесь) формируется перед цилиндром, а точнее во впускном коллекторе. В окончании такта сжатия смешиваются пары воздуха и бензина.
- Эта смесь распределяется по всему объёму равномерно и в результате сжатия температура повышается до 500˚С, что гораздо ниже температуры воспламенения бензина. Тут на помощь приходит свеча зажигания, которая и даёт искру и помогает зажечь смесь.
- Дизельный мотор отличается тем, что в самом цилиндре сжимается воздух, и не просто сжимается, а под давлением 30-50 бар. Итогом такого сжатия будет повышение температуры воздуха до 900˚С. В это же время перед верхней мёртвой точкой из форсунки распыляется дизельное топливо. При взаимодействии с воздухом и повышающейся температурой капли топлива испаряются и получается топливовоздушная смесь, которая в последующем самовоспламеняется и сгорает.