Двигатель внутреннего сгорания

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.  В этом типе  двигателя химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу. Несмотря на то, что ДВС относятся к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и т.д.), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.

Типы ДВС

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Бензиновые карбюраторные

Смесь топлива с воздухом готовится  в карбюраторе и далее во впускном коллекторе при помощи распыляющих  форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается  при помощи искры, проскакивающей между  электродами свечи. Основная характерная  особенность топливо-воздушной смеси в этом случае - её гомогенизированность.

Бензиновые инжекторные

Также, существует способ смесеобразования путем  непосредственного впрыска бензина  в цилиндр при помощи распыляющих  форсунок (инжектор). Горючая смесь  в этом случае образуется уже непосредственно  в цилиндре.

Дизельные

Специальное дизельное  топливо впрыскивается в цилиндр  под высоким давлением. Горючая  смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в цилиндре.

Газовые

Двигатель, сжигающий в  качестве топлива углеводороды, находящиеся  в газообразном состоянии.

Газодизельные

Основная порция топлива  приготавливается, как в одной  из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Роторно-поршневой

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания — двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой (роторно-поршневой) и лопаточной машины (турбина, компрессор), в котором в осуществлении рабочего процесса участвуют обе машины. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув).

RCV - двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт вращения цилиндра. Цилиндр совершает вращательное движение попеременно проходя впускной и выпускной патрубок, поршень при этом совершает возвратно-поступательные движения.

Циклы работы поршневых ДВС

Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.

Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего  сгорания состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и  выпуска. В двигателе рабочий  цикл может быть осуществлен по следующей  широко применяемой схеме:

1. В процессе впуска поршень  перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), а освобождающееся надпоршневое пространство цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом. Из-за разности давлений во впускном коллекторе и внутри цилиндра двигателя при открытии впускного клапана смесь поступает (всасывается) в цилиндр в момент времени, называемый углом открытия впускного клапана φа.

Воздушно-топливная  смесь и продукты сгорания (всегда остающиеся в объеме пространства сжатия от предыдущего цикла), смешиваясь между  собой, образуют рабочую смесь. Тщательно  приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому ее подготовке уделяется большое внимание во всех типах поршневых двигателей.

Количество  воздушно-топливной смеси, поступающее  в цилиндр за один рабочий цикл, называется свежим зарядом, а продукты сгорания, остающиеся в цилиндре к  моменту поступления в него свежего  заряда — остаточными газами.

Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его  весовую долю в рабочей смеси.

2. В процессе сжатия оба клапана  закрыты и поршень, перемещаясь  от н.м.т. к в.м.т. и уменьшая  объем надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело). Сжатие рабочего тела ускоряет процесс сгорания и этим предопределяет возможную полноту использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива в цилиндре.

Двигатели внутреннего сгорания строятся с  возможно большей степенью сжатия, которая в случаях принудительного  зажигания смеси достигает значения 10—12, а при использовании принципа самовоспламенения топлива выбирается в пределах 14—22.₌

3. В процессе сгорания происходит  окисление топлива кислородом  воздуха, входящего в состав  рабочей смеси, вследствие чего  давление в надпоршневой полости резко возрастает.

В рассматриваемой схеме рабочая  смесь в нужный момент вблизи в.м.т. поджигается от постороннего источника  с помощью электрической искры  высокого напряжения (порядка 15 кв). Для подачи искры в цилиндр служит свеча зажигания, которая ввертывается в головку цилиндра.

Для двигателей с воспламенением топлива  от тепла, выделяющегося от предварительно сжатого воздуха, запальная свеча  не нужна. Такие двигатели снабжаются специальной форсункой, через которую  в нужный момент в цилиндр впрыскивается  топливо под давлением в 100 ÷ 300 кГ/см² (≈ 10—30 Мн/м²) и более.

4. В процессе расширения раскаленные  газы, стремясь расшириться, перемещают  поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и проворачивает его.

5. В процессе выпуска поршень  перемещается от н.м.т. к в.м.т.  и через второй открывающийся к этому времени клапан, выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объеме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.

Процессы, связанные с подготовкой рабочей  смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгорания, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счет энергии маховика, которую он накапливает в процессе рабочего хода.

В многоцилиндровых двигателях вспомогательные  ходы каждого из цилиндров выполняются  за счет работы других (соседних) цилиндров. Поэтому эти двигатели в принципе могут работать без маховика.

Для удобства изучения рабочий цикл различных  двигателей расчленяют на процессы или, наоборот, группируют процессы рабочего цикла с учетом положения поршня относительно мертвых точек в  цилиндре. Это позволяет все процессы в поршневых двигателях рассматривать  в зависимости от перемещения  поршня, что более удобно.

Часть рабочего цикла, осуществляемая в интервале  перемещения поршня между двумя  смежными мертвыми точками, называется тактом.

Такту, а следовательно, и соответствующему ходу поршня присваивается название процесса, который является основным при данном перемещении поршня между двумя его мертвыми точками (положениями).

В двигателе каждому такту (ходу поршня) соответствуют, например, вполне определенные основные для них процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Поэтому в таких двигателях различают такты: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Каждое из этих четырех названий соответственно присваивается ходам поршня.

В любых поршневых двигателях внутреннего  сгорания рабочий цикл складывается из рассмотренных выше пяти процессов по разобранной выше схеме за четыре хода поршня или всего за два хода поршня. В соответствии с этим поршневые двигатели подразделяют на двух- и четырехтактны

 

 

 

Картинки.

 Поршневой ДВС

 Роторный ДВС

 

 Газотурбинный ДВС