Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Более современные двигатели с внешним сгоранием, это, скорее всего, модификации двигателя Стирлинга. Стирлинг предложил не выбрасывать рабочее тело (для паровоза это пар), а нагревать его внутри цилиндра. Это рабочее тело разогреется, увеличится в объеме, или если объем замкнут, увеличится давление. Это давление и произведет работу. Затем этот самый цилиндр нужно охладить. Воздух, или другой газ, уменьшится в объеме и поршень опуститься вниз. Это теоретически, на практике нагревается и остывает сам газ, перемещаясь по специальным каналам. Но принцип остается тот же, газ не покидает пределы замкнутого пространства, а тепло подводится и отводится через стенки цилиндра.

Самые современные двигатели Стирлинга, работающие на солнечной энергии, дают КПД в 31,25%. Однако, они пока не устанавливаются на автомобили из-за сложности конструкции и малой надежности.

Двигатель внутреннего сгорания, потому так и называется, что нагрев рабочего тела (не важно, газ это или пар) происходит внутри замкнутого объема (чаще всего цилиндра). Первым таким двигателем, как не странно это будет звучать, была пушка.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Во всех современных двигателях внутреннего сгорания происходит почти то-же самое – внутри замкнутого объема зажигается некая горючая смесь. Этот «пожар» или «взрыв» нагревает воздух, а он (горячий воздух) производит необходимую работу. Просто поршень в двигателе не выбрасывается наружу, а совершает движения вперед и назад внутри цилиндра.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Изобретатели двигателя, который сейчас установлен на автомобиле

Итак, в связи с тем, что первым двигателем внутреннего сгорания была пушка, необходимо было бы узнать имя изобретателя, но оно, к сожалению, потерялось в веках. Известно, только,что в Европе пушка появилась в 14-м веке, а в восточных странах еще в 13-м.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Христиан Гюйгенс

Христиан Гюйгенс (портрет слева) в начале 17-го века предложил внутрь цилиндра с поршнем насыпать немного пороха. Если этот порох поджечь, то поршень поднимется вверх и шток прикрепленный к поршеню может совершить некоторую работу. Затем аппарат необходимо было разобрать, засыпать новую порцию пороха и продолжить. Шток останавливался в верхнем положении при помощи специального фиксатора.

Конечно, на это сейчас мы смотрим с удивлением, но для 17-го века это был прорыв.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Дени Папен

В 1690 году (конец 17-го века) Дени Папен (портрет справа) усовершенствовал эту конструкцию предложив вместо пороха залить на дно цилиндра воду. Если нагреть цилиндр вода испарится превратившись в пар и этот пар совершит работу подняв поршень. Затем поршень можно остудить пар внутри превратится в воду и процесс можно повторить.

Через 15 лет, в 1705 году английский кузнец Томас Ньюкомен предложил машину для откачки воды из шахт. Его аппарат состоял из котла, который производил пар.  Пар подавался в цилиндр и там совершал работу.

Для быстрого охлаждения цилиндра он применил форсунку, которая впрыскивала холодную воду в этот цилиндр, тем самым охлаждая его. Конечно, периодически приходилось скопившуюся в цилиндре воду выливать, но машина его работала эффективно.

Назвать такую машину двигателем внутреннего сгорания сложно, ведь нагрев воды происходит вне цилиндра, но такова история. Весь 18-й век посвящен изобретению конструкций работающих на использовании энергии пара.

Только в 1801 году французский изобретатель Филип Лебон придумал подавать в цилиндр светильный газ в смеси с воздухом и поджигать его там. Он даже получил патент на этот газовый двигатель. Но в связи с тем, что Лебон рано умер (в 1804 году в возрасте 35 лет), довести свое детище до практической модели не успел.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Этьен Ленуар

Этьен Ленуар (француз с бельгийскими корнями), придумывал различные механические конструкции, работая на гальваническом заводе. Именно он считается изобретателем первого работающего двигателя внутреннего сгорания.

Доработав идею Лебона, в 1860 году он взял за основу двухходовой поршень, который совершал работу двигаясь как вправо, так и влево. А смесь светильного газа и воздуха он поджигал в отдельной камере при помощи электрической искры. Направляя продукты сгорания (в зависимости от положения поршня) либо в правую, либо в левую полость, как пар у паровоза.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Николаус Отто

Как видим это опять не совсем похож на современный двигатель в нашем его понимании, но прародитель его это уж точно. Выпустив более 300 таких двигателей, он разбогател и перестал заниматься изобретательством. Изобретенный Августом Николаусом Отто двигатель вытеснил с рынка двигатели Ленуара.

Именно Отто предложил и построил четырехтактный двигатель. КПД его двигателя достигал 15%, это почти в 3 раза выше чем у двигателей Ленуара. Кстати сказать современные бензиновые двигатели имеют КПД не выше 36%, это все чего мы достигли за 150 лет работы над двигателями внутреннего сгорания.

На этом четырехтактном цикле работают сейчас большинство двигателей.

Только после изобретения двигателей работающих на жидком топливе (керосине и бензине), их вполне уже можно было устанавливать на повозки, что и сделал Карл Бенс в 1886 году.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Готлиб Даймлер

В компании у Отто работали  Готлиб Даймлер (слева) и Вильгельм Майбах ( на фото слева).  И хотя предприятие работало прибыльно (двигателей Отто было продано более 42 тысяч штук), применение светильного газа резко сужало сферу применения.

Даймлер и Майбах впоследствии организовали производство автомобилей постоянно их совершенствуя. Их имена знают практически все. Ведь именно они придумали автомобиль «Мерседес».

Сын Вильгельма Майбаха – Карл (на фото справа),  занимался авиационными двигателями, а затем и выпуском знаменитых автомобилей «Майбах».

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Вильгельм и его сын Карл Майбах

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Рудольф Дизель

В 1893 году Рудольф Дизель запатентовал двигатель работающий на отходах производства бензина – солярке.В его двигателе смесь не нужно было воспламенять, она загоралась сама от высокой температуры в цилиндре. Но и смесь воздуха с топливом готовилась несколько по-другому.

В его двигателе топливо (солярка) подавалась в цилиндр в конце цикла сжатия специальным насосом. Это было революционным прорывом. Многие современные бензиновые двигатели используют этот метод образования воздушно-топливной смеси.

Дизельный же двигатель не претерпел особых изменений.

Теперь на вопрос кто изобретал двигатели внутреннего сгорания Вы точно знаете ответ.

Предтеча дизельпанка. Первые двигатели внутреннего сгорания — Альтернативная История

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Предтеча дизельпанка. Первые двигатели внутреннего сгорания

160 лет назад, 19 октября 1860 года, было зарегистрировано первое в мире предприятие по производству двигателей внутреннего сгорания. Интересно, что произошло это не в «кузнице мира» Англии и не во Франции, занимавшей тогда второе место в Европе по уровню промышленного развития, а в итальянском городе Флоренция.

Предприятие зарегистрировали изобретатели мотора — католический священник (!) Эженио Барсанти и инженер-гидравлик граф Феличе Матеуччи. Их силовая установка представляла собой стационарный двухцилиндровый промышленный двигатель с вертикальными цилиндрами, работавший на водороде или светильном газе и развивавший мощность пять лошадиных сил, — неплохой показатель по тем временам.

Над своим мотором они работали весьма неторопливо. Первый (одноцилиндровый) образец был изготовлен еще в 1853 году, но лишь через семь лет изобретатели решили, что конструкция стала пригодной для практического применения.

Однако коммерческого успеха их предприятие не достигло.

Газовые моторы спросом не пользовались и не выдержали конкуренции с широко распространенными и отлаженными в производстве паровыми машинами, работавшими на более дешевом и безопасном топливе.

Поэтому в 1864 году, после ранней смерти Барсанти от брюшного тифа, «Акционерное общество новых моторов Барсанти и Матеуччи» было закрыто, а выпуск двигателей — прекращен. Как это нередко бывает, первая ласточка весну не принесла. Гораздо более успешным оказался газовый мотор другой конструкции, изобретенный бельгийским инженером Жаном Ленуаром. Но это уже другая история.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

образец мотора Барсанти-Матеуччи, сохранившийся до наших дней

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

акция их компании

В дополнение к заметке о первом в мире работоспособном двигателе внутреннего сгорания не лишним будем вспомнить о другом подобном моторе, появившемся чуть позже, но зато гораздо более массовом и коммерчески успешном. Кто-то, наверное уже догадался, что речь пойдет о двигателе бельгийского изобретателя Жана-Этьена Ленуара, которому в нынешнем году тоже исполнилось 160 лет.

Читайте также:  Как и когда появился кузов седан

Мотор Ленуара, как и двигатель Барсанти-Матеуччи, работал на водороде или светильном газе, но он был одноцилиндровым, с горизонтальным расположением цилиндра, а по конструкции он очень сильно напоминал паровую машину двойного действия, в которой пар, распределяемый золотником, попеременно подается в цилиндр по обе стороны поршня.

Так же работал и мотор Ленуара, только вместо пара в нем использовалась газовоздушная смесь, которая воспламенялась двумя электрическими свечами.

Из-за отсутствия сжатия смеси перед воспламенением мотор обладал довольно низким КПД, лишь ненамного превышавшим КПД паровой машины, а также — малой литровой мощностью.

Движок с внушительным объемом цилиндра 18 литров развивал на полных оборотах всего 12 л.с.

Зато он легко и быстро запускался, был легче и компактнее паровой машины с котлом и топкой, а также мог длительное время работать в автоматическом режиме, не требуя постоянного обслуживания кочегаром и машинистом. Благодаря этому мотор Ленуара в течение нескольких лет пользовался спросом в качестве стационарной промышленной силовой установки.

В 1860-е годы изобретателю удалось продать около 500 своих двигателей, которые работали на бельгийских, французских, немецких и даже американских заводах и фабриках, приводя в действие станки, насосы и другие устройства.

Но появление в 1864 году двигателя немецкого изобретателя Николауса Отто, обладавшего более высокой удельной мощностью и топливной эффективностью, помешало более широкому распространению двигателей Ленуара.

Постепенно «оттомоторы» вытеснили ленуаровские силовые установки, однако, полностью заместить паровые машины им так и не удалось.

Надо упомянуть, что Ленуар в 1862 году установил портативный вариант своего мотора мощностью в полторы лошадиные силы на трехколесную самоходную повозку, которую некоторые считают первым в мире автомобилем с двигателем внутреннего сгорания. Изобретатель назвал его «иппомобилем» (от греческого ἵππος — лошадь).

Экипаж получился весьма примитивным, в нем не было ни коробки передач, ни дифференциала, ни нормального тормоза (тормозной башмак прижимался рычагом снаружи к ободу правого заднего колеса). К тому же, сжатый горючий газ оказался крайне непрактичным топливом для транспортного средства.

Баллона хватало всего на 18-20 километров, а заправить его потом было негде. Вдобавок, скорость экипажа не превышала 6-7 км/ч. Поэтому «иппомобиль» спросом не пользовался. Ленуар сумел продать лишь несколько экземпляров любителям технических курьезов. По слухам, один из них купил русский царь Александр-II.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Жан-Этьен Ленуар и один из серийных вариантов его двигателя

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Гравюра XIX века с изображением двигателя Ленуара, на которой хорошо видно его устройство. Отличительной особенностью этого мотора являлся огромный маховик, прокрутка которого «съедала» изрядную часть рабочей мощности.

Под станиной видна катушка зажигания и аккумуляторные банки. Над кривошипно-шатунным механизмом — центробежный ограничитель скорости, позаимствованный от паровой машины.

Вверху — труба подачи газа с резиновым баллоном-ресивером

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Один из двигателей Ленуара, сохранившихся до наших дней

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Разрез «иппомобиля»

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

современный макет «иппомобиля». К сожалению, оригинальных фотографий машины не сохранилось

Наконец — самое зрелищное: двигатель Ленуара в работе:

Рассказ о ранних «добензиновых» двигателях внутреннего сгорания стоит дополнить описанием самого успешного из них — «гравитационно-атмосферного» газового мотора немецкого изобретателя Николауса Отто, запатентованного в 1864 году. Он оказался в пять раз экономичнее двигателя Ленуара, а потому впервые смог составить серьезную конкуренцию паровым машинам.

«Отто-мотор» представлял собой высокую изящную колонну, она же — цилиндр. Это было время красивых, а не просто утилитарных машин, поэтому ее нередко оформляли в «архитектурном» стиле. Поршень внутри нее двигался вверх-вниз на метр-полтора, в зависимости от размеров двигателя. Вверху крепился массивный маховик, на который движение поршня передавалось с помощью шестерни и зубчатой рейки.

Характерной особенностью мотора было то, что рабочий ход поршня осуществлялся не при его движении вверх под напором топливных газов, а при падении вниз под действием собственного веса. При «скачке» поршня вверх специальный храповой механизм расцеплял рейку с маховиком.

Двигатели Отто выпускались полтора десятилетия. Их было продано около пяти тысяч, то есть, примерно в 10 раз больше, чем двигателей Ленуара. Многие из них сохранились до сих пор, в том числе и в исправном состоянии (жаль только, что не у нас). Работа одного из них показана в видеоролике:

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

подборка музейных фотографий и снимок передаточного механизма крупным планом. Не правда ли, замечательная конструкция?

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

подборка музейных фотографий и снимок передаточного механизма крупным планом. Не правда ли, замечательная конструкция?

источники:

Двигатель внутреннего сгорания Отто

В первом тепловом двигателе — паровой машине — тепло производилось в топке и в паровом котле, вне цилиндра — рабочего органа машины.

Топка и котёл делали двигатель громоздким и тяжёлым, годным только для стационарного использования или для установки на большие пароходы и паровозы.

В поисках идеи компактного и лёгкого двигателя конструкторы пришли к мысли сжигать топливо внутри рабочего цилиндра — так появились прототипы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Первый ДВС, схожий с современным, создал в 1876 г. немецкий конструктор Николаус Отто.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Двигатель де Риваса на самодвижущейся тележке. Сдавливая баллон (1), в рабочий цилиндр (2) впрыскивали сжатый водород. Одновременно через открывавшийся рычагом (3) клапан (4) в цилиндр впускали воздух. Водородно — воздушную смесь (5) поджигала электрическая искра от батареи Вольта (6).

Взорванная смесь расширялась, и её давление поднимало поршень (7). Обратным движением рычага открывался клапан отработанного газа, и тяжёлый поршень падал.

Движения поршня через цепь (9) передавались валу (10), но лишь при обратном ходе поршня трещотка (11) на кривозубой шестерёнке (12) позволяла крутиться валу, который через ременную передачу (13) раскручивал ось передних колёс (14) тележки.

Пробный вариант

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) создал французский изобретатель Ф.И. де Ривас в 1807 г.

Смесь воздуха и водорода в рабочем цилиндре зажигалась электрической искрой от батареи Вольта, после подрыва смесь расширялась, создавая высокое давление в цилиндре и подбрасывая поршень. Отработанные газы выпускались, образуя под поршнем вакуум. Под воздействием давления атмосферы и своего веса поршень падал, возвращаясь в исходное положение, чтобы повторить цикл. Де Ривас использовал свой ДВС как привод передних колёс повозки. Но из-за низкой эффективности его двигатель не нашёл спроса. Впоследствии идеи де Риваса легли в основу дальнейших разработок ДВС.

Двигатель Ленуара

В 1860 г. другой француз, механик Э. Ленуар, сделал ДВС, похожий на горизонтальную паровую машину, но работающий на смеси воздуха со светильным газом (содержащим углеводороды).

ДВС Ленуара был двойного действия — рабочий ход поршень совершал при движении в обе стороны.

Это обеспечивалось тем, что смесь поджигалась искрой от двух электрических свечей по обе стороны от поршня, и впуск и выпуск газов проводился также с двух концов цилиндра с помощью золотников (таких же, как в паровых машинах).

Цикл работы ДВС Ленуара состоял из двух тактов (из двух ходов поршня — вперёд и назад). Оба хода обеспечивались расширением газовой смеси при сжигании, что требовало большого расхода топлива.

Работа ДВС Ленуара обходилась в 7 раз дороже работы паровой машины той же мощности.

Зато из-за отсутствия котла и топки ДВС был компактнее, и его, например, ставили на лодки, где не было места для паровой машины.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Цикл двухтактного ДВС Ленуара. 1864 г. Первый такт. Поршень (1) двигается вперёд. Тяга (2) впускного золотника (3), связанная через эксцентрик (4) вала (5), открывает заднее отверстие (6) в цилиндре (7) для впуска смеси светильного газа и воздуха.

Читайте также:  Предохранитель прикуривателя на Приоре: как заменить своими руками

Поршень немного продвигается, впускной золотник перекрывает задний впуск, а выпускной золотник (8) открывает переднее отверстие выпуска (9), через которое поршень выталкивает газы, отработанные в прошлом такте. На заднюю свечу зажигания (10) подаётся высоковольтный разряд от электрической батареи (11). Смесь зажигается, расширяется и толкает поршень дальше вперёд до крайнего положения.

Шток (12) поршня через кривошипно — шатунный механизм (13) раскручивает вал и маховик (14). Второй такт. Инерция крутящегося маховика тянет поршень назад.

Впускной золотник открывает переднее отверстие впуска газов (15), поршень продолжает двигаться, впуск закрывается, смесь в цилиндре поджигается передней свечой зажигания (16), давление газов толкает поршень назад, золотник выпуска открывает заднее отверстие (17), и отработанные в первом такте газы выходят. Поршень занимает исходное крайне заднее положение. Цикл повторяется.

Первая победа Отто

Недостатки ДВС Ленуара учёл немецкий конструктор Н.А. Отто при создании своего двухтактного двигателя. Сделанный им в 1864 г. ДВС тоже работал на смеси воздуха со светильным газом.

Отто поджигал смесь не электрической искрой, а пламенем газовой горелки, что было надёжнее при тогдашнем уровне развития электротехники. ДВС Отто совершал один рабочий ход.

Сделав цилиндр вертикальным, Отто заставил поршень двигаться вниз без помощи давления газов, только под воздействием своего веса и давления атмосферы. Это позволило его ДВС при вдвое меньшем расходе топлива развивать мощность как у ДВС двойного действия.

ДВС Отто оказался в 4-5 раз экономичнее двигателя Ленуара. Первые ДВС Отто широко использовались как приводы для типографских машин, грузовых лифтов-подъёмников, токарных и ткацких станков, прядильных машин и прочего оборудования.

Двухтактные ДВС, работающие по принципу ДВС Отто 1864 г., и сейчас используются как приводы сенокосилок и бензопил, в лодочных и мотоциклетных моторах.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Николаус Аугуст Отто

Четыре такта успеха

Настоящий прорыв в создании ДВС Отто совершил в 1876 г. В новом двигателе Отто вернулся к горизонтальной конструкции. Для увеличения мощности ДВС Отто решил перед воспламенением сжать топливную смесь, а для этого цикл работы ДВС пришлось увеличить до 4 тактов — 4 ходов поршня, и этот двигатель стал называться четырёхтактным ДВС.

Мощный четырёхтактный ДВС Отто вытеснил все предыдущие модели ДВС — его схема стала образцом для создания всех последующих ДВС вплоть до нашего времени и открыла возможность применения ДВС на транспорте.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Четырёхтактный цикл работы ДВС Отто 1876 г. I такт. Впуск топлива: поршень (1) идёт вперёд (первый ход), создавая низкое давление в цилиндре. Вращение главного вала (2) через червячную передачу (3) передаётся вспомогательному валу (4), управляющему газораспределительными клапанами.

В I такте вал открывает впускной клапан (5), и горючая смесь из топливного бака (6) поступает в цилиндр (7). Клапан закрывается. II такт. Сжатие смеси: поршень идёт назад (второй ход) и сжимает топливную смесь.

При запуске ДВС первый и второй ходы поршня осуществлялись вручную, затем это происходило автоматически — инерция маховика (8) поддерживала вращение главного вала. III такт.

Расширение смеси (рабочий ход): вспомогательный вал кратковременно открывает клапан (9), подающий порцию смеси в газовую горелку (10), где она воспламеняется (11) и, поступая в цилиндр, воспламеняет в нём основную порцию горючего. Газы в цилиндре расширяются и выталкивают поршень вперёд (третий ход).

На этом такте поршень производит полезную работу: через шток (12) передаёт толчок кривошипно — шатунному механизму (13), раскручивающему маховик. IV такт. Выпуск отработанных газов: через выпускной клапан (14) отработавшие газы, быстро сжимающиеся благодаря рубашке охлаждения (15) в корпусе цилиндра, удаляются из цилиндра. Создаётся разряжение (низкое давление), и поршень идёт назад (четвёртый ход).

Развитие идеи

Производством всех ДВС Отто занималась компания «Ланген, Отто и Розен», созданная в 1869 г. Отто совместно с немецкими предпринимателями Э. Лангеном и Л. Розеном. Современные четырёхтактные ДВС сохранили принципиальную схему Отто, но топливо в них поджигается искрой от электрической свечи.

Для увеличения мощности ДВС повышали объём его цилиндра, чтобы большим объёмом топлива усилить мощь его расширения. Но увеличение цилиндра не могло быть бесконечным, и тогда придумали усиливать двигатель путём увеличения числа цилиндров, поршни которых крутили один рабочий вал двигателя.

Первые двухцилиндровые ДВС появились в конце XIX в., а четырёхцилиндровые — в начале XX в. Сейчас встречаются шести — , восьми — и 20 — цилиндровые ДВС. Светильный газ был довольно дорогим топливом, и в Европе, и в России его производили не так много.

В поисках нового вида топлива для ДВС обратили внимание на другие вещества, содержащие углеводороды — продукты нефтепереработки.

Сотрудники компании Отто Г. Даймлер и В. Майбах в 1883 г. создали первый бензиновый ДВС, который в 1885 г. установили на первом мотоцикле, а в 1886 г. — на первом автомобиле.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Четырёхтактный цикл работы современного одноцилиндрового ДВС. Такт — это один ход поршня (1), т. е. прохождение поршня от крайнего верхнего положения, верхней мёртвой точки (ВМТ), до крайнего нижнего положения, нижней мёртвой точки (НМТ). I такт. Впуск. Поршень идёт вниз, создавая в цилиндре (2) разряжение.

Открывается впускной клапан (3), и под воздействием атмосферного давления из впускного трубопровода (4) в цилиндр засасывается горючая смесь — распылённый в воздухе бензин (5). II такт. Сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень идёт вверх, сжимая горючую смесь (6). III такт. Рабочий ход (расширение).

Между электродами свечи зажигания (7) проскакивает электрическая искра, поджигающая смесь. Газы расширяются (8), под их давлением поршень идёт вниз и передаёт усилие через кривошипно — шатунный механизм (9) на коленчатый вал (10), проворачивая его. IV такт. Выпуск. Поршень по инерции идёт вверх.

Открывается выпускной клапан (11), и под давлением поршня отработанные газы (12) вытесняются в атмосферу.

Однако бензин при испарении плохо смешивался с воздухом, реакция при возгорании протекала неравномерно, и бензиновые ДВС, работая ненадёжно, не могли вытеснить газовые ДВС. Выход нашёл венгерский инженер Д. Банки — в 1893 г. он придумал устройство для распыления бензина в воздухе — карбюратор с жиклёром.

Бензиновая взвесь, равномерно смешанная с воздухом, поступала в цилиндр, где при зажигании быстро превращалась в газовую смесь, обеспечивая хорошее протекание реакции и мощное расширение при взрыве. В России первый бензиновый двигатель с карбюратором сконструировал в 1880-х гг. О. С. Костович. В 1897 г.

немецкий инженер Р Дизель придумал дизельный двигатель, в котором топливо воспламенялось не от огня или электрической искры, а от высокой температуры, которая возникает при сильном сжатии воздуха. В России производство дизельных двигателей, усовершенствованных российским инженером Г. В. Тринклером, началось в 1899 г.

Эти дизели устанавливали на стационарных машинах (станках и пр.).

Поделиться ссылкой

Все о двигателях внутреннего сгорания: устройство, принцип работы и тюнинг

Двигатель внутреннего сгорания — это тип двигателя, в котором топливо воспламеняется во внутренней рабочей камере, а не в дополнительных внешних средствах. Двигатель внутреннего сгорания преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Этот двигатель уже имел искровое зажигание, это был шатун, с поршневой системой, то есть это своего рода прототип современных двигателей.

57 лет спустя соотечественник де Риваса Этьен Ленуар изобрел двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, был доступен с искровым зажиганием и работал на смеси осветительного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время было уже достаточно для небольших лодок.

Читайте также:  Какие сайлентблоки лучше? факты и мнения

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, идеей которого уже был атмосферный четырехтактный двигатель с вертикальным цилиндром. КПД при этом увеличился на 11%, в отличие от КПД двигателя внутреннего сгорания Риваз он стал 15.

Чуть позже, в 80-х годах того же века, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил в производство агрегат карбюраторного типа, а немецкие инженеры Daimler и Maybach усовершенствовали его до облегченного вида, который начали устанавливать на легковые автомобили и автотранспорт.

В 1897 году Рудольф Дизель представил двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, в котором в качестве топлива использовалось масло. Этот тип двигателя стал предком дизельных двигателей, которые используются до сих пор.

Виды двигателей

  • Бензиновые двигатели карбюраторного типа работают на топливе, смешанном с воздухом. Эта смесь предварительно готовится в карбюраторе, затем поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи.
  • Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается непосредственно от форсунок во впускной коллектор. Этот тип имеет две системы впрыска: одиночный впрыск и многоточечный впрыск.
  • В дизельном двигателе зажигание происходит без свечей зажигания. В цилиндре этой системы находится воздух, нагретый до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива. В этот воздух через сопло подается топливо, и вся смесь воспламеняется в виде факела.
  • Газовый двигатель внутреннего сгорания работает по принципу теплового цикла, топливом может быть как природный газ, так и углеводород. Газ поступает в редуктор, где его давление стабилизируется на уровне рабочего давления. Затем он попадает в смеситель и в конечном итоге воспламеняется в цилиндре.
  • Газодизельные ДВС работают по газовому принципу, только в отличие от них смесь воспламеняется не свечой зажигания, а дизельным топливом, впрыск которого происходит так же, как и с обычным дизельным двигателем.
  • Типы двигателей внутреннего сгорания с роторными поршнями принципиально отличаются от других наличием ротора, вращающегося в камере в форме восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, необходимо понимать, что в данном случае ротор играет роль поршня, ремня ГРМ и коленчатого вала, то есть особый механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. На одном обороте одновременно происходят три рабочих цикла, что сопоставимо с работой шестицилиндрового двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

  1. Первый ход: поршень при опускании всасывает топливную смесь. В этом случае впускной клапан открыт.
  2. Когда поршень достигает нижнего уровня, он движется вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, занимает объем камеры сгорания. Эта фаза, входящая в принцип работы ДВС, вторая по счету. Клапаны при этом находятся в закрытом состоянии и чем они плотнее, тем лучше сжатие.
  3. В третьем такте срабатывает система зажигания, так как здесь воспламеняется топливная смесь. В обозначении режима работы двигателя он называется «рабочий», так как при этом запускается процесс привода в работе агрегата. Поршень взрыва топлива начинает двигаться вниз. Как и во втором такте, клапаны закрыты.
  4. Последняя мера — четвертая, степень, которая проясняет, что такое завершение полного цикла. Поршень отводит выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан. Затем все снова циклически повторяется, чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представить циклическую работу часов.

Устройство ДВС

логично рассмотреть устройство ДВС от поршня, так как это основной элемент работы. Это своего рода «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет пазы, в которых фиксируются кольца. Эти же кольца предназначены для предотвращения выхода горючей смеси из-под поршня (сжатие), а также для предотвращения попадания масла в пространство над самим поршнем (маслосъемник).

Порядок работы

  • Когда топливная смесь поступает в цилиндр, поршень совершает четыре хода, описанных выше, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
  • Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закрепляется на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленчатого вала удерживает шатун. Когда поршень движется, он вращает коленчатый вал, и последний со временем передает крутящий момент на трансмиссионную систему, оттуда на зубчатую передачу, а затем на ведущие колеса. В расположении двигателей автомобилей с задним приводом карданный вал также выступает из колес.

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Газораспределительный механизм (синхронизация) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива и выпуск газа.

Распределительный механизм состоит из верхнего клапана и нижнего клапана, может быть двух типов: ременный или цепной.

Шатун часто изготавливают из стали методом штамповки или ковки. Есть типы титановых шатунов. Шатун передает усилия поршня на коленчатый вал.

Коленчатый вал из чугуна или стали представляет собой комбинацию коренных и шатунных штифтов. Внутри этих горловин есть отверстия, которые отвечают за подачу масла под давлением.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленчатого вала.

Головка блока цилиндров (головка блока цилиндров) большинства двигателей внутреннего сгорания, например, блок цилиндров, часто изготавливается из чугуна и реже из различных алюминиевых сплавов.

Головка блока цилиндров содержит камеры сгорания, впускной и выпускной каналы, свечные отверстия.

Между блоком цилиндров и головкой блока цилиндров имеется прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

Система смазки, в которую входит двигатель внутреннего сгорания, включает поддон, масляный патрубок, масляный насос, масляный фильтр и маслоохладитель.

Все это связано сложными каналами и автомагистралями.

Система смазки отвечает не только за снижение трения между деталями двигателя, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа и увеличение ресурса двигателя внутреннего сгорания.

Устройство двигателя в зависимости от его типа, типа, страны-производителя может быть чем-то дополнено или, наоборот, некоторые элементы могут отсутствовать из-за морального износа некоторых моделей, но общая конструкция двигателя остается неизменной, так как а также стандартный принцип работы ДВС.

Дополнительные агрегаты

Конечно, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска проворачивает двигатель, дает ему возможность работать. В зависимости от типа двигателя существуют разные принципы работы пуска: пусковой, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развивать мощность на крутых оборотах. Топливная система снабжает двигатель внутреннего сгорания небольшим количеством электроэнергии. Он включает в себя аккумулятор и генератор, которые обеспечивают постоянный поток электричества и заряжают аккумулятор.

Выхлопная система позволяет выпускать газы. Любое устройство в двигателе автомобиля включает в себя: выпускной коллектор, который собирает газы в одну трубку, каталитический нейтрализатор, который снижает токсичность газов за счет уменьшения оксида азота и использует образовавшийся кислород для сжигания вредных веществ.

Глушитель в этой системе служит для уменьшения шума, исходящего от двигателя. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать правовым нормам.

Тип топлива

Также следует помнить об октановом числе топлива, используемого в различных типах двигателей внутреннего сгорания.

Чем выше октановое число топлива, тем выше степень сжатия, что приводит к увеличению КПД двигателя внутреннего сгорания.

Но есть и двигатели, для которых повышение октанового числа выше установленного производителем приведет к преждевременному выходу из строя. Это может произойти при сгорании поршней, разрушении колец и закопченных камерах сгорания.

Система имеет собственное минимальное и максимальное октановое число, для чего требуется двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Двигатель внутреннего сгорания: что это, как работает, история появления

Компрессор на холостом ходу производит небольшую мощность, сохраняя при этом стабильную скорость. Турбина же выжимает максимальную мощность при включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации мастеров, имеющих опыт работы в узком направлении, так как ремонт, замена агрегатов или добавление ДВС с дополнительными опциями является отклонением от предназначения двигателя и снижает ресурс ДВС и неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа ДВС может быть остановлена ​​безвозвратно.

Ссылка на основную публикацию