Энциклопедия техники - двигатель внутреннего сгорания

(ДВС), тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые ДВС; по рабочему циклу – непрерывного действия, двух – и четырёхтактные; по способу приготовления горючей смеси – с внешним (напр., карбюраторные) и внутренним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии – поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0.4–0.5.

Первый поршневой двигатель внутреннего сгорания сконструирован французским изобретателем Э. Ленуаром в 1860 г. Традиционно термин «двигатели внутреннего сгорания» применяют преимущественно к поршневым двигателям. Во всех тепловых двигателях сжигают топливо и преобразуют выделившееся тепло в механическую работу. Для сжигания топлива необходим окислитель – кислород. Поставщиком кислорода во всех двигателях внутреннего сгорания, кроме ракетных, служит сжатый воздух. Рабочим телом в них являются продукты сгорания топлива. Для сжигания топлива в двигателе готовят рабочую смесь, смешивая топливо с воздухом. В двигателях с внешним смесеобразованием рабочую смесь готовят в смесителе и подают в цилиндр, где её принудительно поджигают электрической искрой. Такие двигатели работают с низкой степенью сжатия рабочей смеси. В двигателях с внутренним смесеобразованием топливо и воздух не смешивают заранее, а отдельно подают в рабочий цилиндр. Там они смешиваются и образуют рабочую смесь.

В четырёхтактных двигателях каждый рабочий цикл совершается один раз за четыре такта (или за два оборота вала), а в двухтактных – один раз за два такта (или за один оборот вала).Рис. 1. Четырёхтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания:

1 – коленчатый вал; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – впускной клапан; 4 – свеча зажигания; 5 – выпускной клапан; 6 – поршень; 7 – цилиндр

Главная деталь четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания (рис. 1) – цилиндр 7, в головке которого расположены впускной 3 и выпускной 5 клапаны и свеча 4 для зажигания рабочей смеси. В цилиндре движется поршень 6. Его возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 1 с помощью кривошипно-шатунного механизма 2. Для обеспечения наиболее полного сгорания топлива его перемешивают с воздухом в пропорции 1: 15 (на одну часть паров бензина должно приходиться 15 частей воздуха). В такте I рабочего цикла происходит всасывание рабочей смеси в цилиндр (рис. 2). В такте II рабочая смесь сжимается. В такте III сгорает рабочая смесь и образующиеся при этом газы давят на поршень и совершают механическую работу, перемещая его сверху вниз. Движение поршня передаётся валу двигателя через кривошипно-шатунный механизм. В такте IV продукты сгорания выталкиваются в атмосферу через выпускной клапан. Работу четырёхтактного карбюраторного двигателя обеспечивает система газораспределения, состоящая из впускных и выпускных клапанов, открывающих их кулачков и закрывающих пружин.Рис. 2. Работа четырёхтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания:

I – всасывание; II – сжатие; III – зажигание, рабочий ход; IV – выпуск

Двухтактные двигатели устроены проще (рис. 3). В них всасывание горючей смеси и предварительное её сжатие до небольшого давления происходит вне цилиндра двигателя.Рис. 3. Двухтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания:

1 – коленчатый вал; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – цилиндр; 4 – насос; 5 – топливо, воздух; 6 – впускные окна; 7 – свеча зажигания; 8 – продувочные окна; 9 – продукты сгорания; 10 – поршень

Сложную систему газораспределения в этих двигателях заменяют три ряда окон 6.8 на боковой поверхности цилиндра 3. Через эти окна выпускаются отработанные газы, всасывается рабочая смесь в картер двигателя и продувается цилиндр от остатков продуктов сгорания. Окна открывает и закрывает сам поршень 10 (своей образующей поверхностью) при движении в цилиндре. В такте I (рис. 4) при движении поршня снизу вверх сначала происходит сжатие порции горючей смеси в цилиндре, а затем и засасывание свежей порции горючей смеси из карбюратора в картер двигателя. Когда сжатие рабочей смеси заканчивается, её воспламеняют электрической искрой. В такте II происходит расширение продуктов сгорания 9. Они толкают поршень вниз, т. е. происходит рабочий ход. В конце хода поршня сверху вниз отработанные газы выпускают в атмосферу. В карбюраторных двигателях, работающих на лёгком жидком топливе (бензине), смесеобразование осуществляется в специальном устройстве – карбюраторе. Двигатели внутреннего сгорания широко применяются в промышленности, на автомобильном, авиационном, морском и железнодорожном транспорте.Рис. 4. Работа двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания:

I – сжатие; II – зажигание, рабочий ход Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн

2006