Содержание:

Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает прямо внутри цилиндра или камеры сгорания, а не снаружи. Энергия, выделяющаяся при горении, превращается в механическую работу — ту самую, которая крутит колёса автомобиля или вал в бензопиле. Сокращённо такой двигатель называют ДВС, и именно он стоит почти в каждой машине с бензиновым или дизельным мотором.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Чем ДВС отличается от двигателя внешнего сгорания

Разница спрятана уже в названии. У двигателя внешнего сгорания — например, паровой машины — топливо горит отдельно, в топке, а полученное тепло передаётся рабочему телу (пару) через стенку котла. У ДВС всё проще и компактнее: бензин или дизельное топливо смешивается с воздухом прямо в цилиндре и там же поджигается. Никакого посредника вроде котла не нужно, поэтому такие двигатели меньше по размеру и легче при той же мощности.

Именно из-за этой особенности ДВС удалось поставить на автомобили, мотоциклы, самолёты с поршневыми моторами и даже на небольшую садовую технику. Внешнее сгорание в таких масштабах было бы громоздким.

Четыре такта работы двигателя

Самая распространённая схема — четырёхтактный двигатель. Название говорит само за себя: один полный цикл работы состоит из четырёх этапов, которые повторяются снова и снова, пока мотор работает.

Ещё по теме: Аскарида - внутреннее и внешнее строение, симптомы и лечение аскаридоза.

  • Впуск. Поршень движется вниз, клапан открывается, и в цилиндр засасывается смесь воздуха с топливом (или просто воздух, если топливо впрыскивается позже).
  • Сжатие. Клапаны закрыты, поршень идёт вверх и сжимает смесь. Чем сильнее сжатие, тем мощнее будет последующий взрыв.
  • Рабочий ход. Смесь поджигается — искрой от свечи в бензиновом двигателе или от сильного нагрева при сжатии в дизельном. Горячие газы резко расширяются и с силой толкают поршень вниз. Это и есть тот такт, во время которого двигатель совершает полезную работу.
  • Выпуск. Поршень снова идёт вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные горячие газы выходят наружу через выхлопную систему.

После выпуска цикл начинается заново со впуска. Пока двигатель работает, эти четыре такта повторяются десятки раз в секунду.

Что происходит внутри цилиндра с точки зрения физики

С точки зрения физики самое интересное происходит на такте рабочего хода. Смесь топлива с воздухом сгорает почти мгновенно, температура внутри цилиндра резко подскакивает, а вместе с ней растёт и давление образовавшихся газов. Горячий газ стремится занять больший объём — расширяется — и толкает поршень с большой силой.

Поршень через шатун связан с коленчатым валом, и поступательное движение поршня (вверх-вниз) превращается во вращательное движение вала. Именно вращение коленвала передаётся дальше — на коробку передач, а от неё на колёса. Так тепловая энергия сгоревшего топлива в итоге становится механической работой, которая двигает автомобиль.

Где применяют двигатели внутреннего сгорания

ДВС встречается гораздо шире, чем кажется на первый взгляд.

  • Легковые и грузовые автомобили — самый известный пример.
  • Мотоциклы и скутеры.
  • Поршневые авиационные двигатели, особенно в лёгкой авиации.
  • Бензопилы, газонокосилки, генераторы и другая небольшая техника.
  • Судовые двигатели на катерах и небольших кораблях.

Такое разнообразие объясняется главным преимуществом ДВС — компактностью и высокой удельной мощностью по сравнению с двигателями внешнего сгорания.

Бензиновый и дизельный ДВС — в чём разница

ПризнакБензиновый двигательДизельный двигатель
Как поджигается смесьискрой от свечи зажиганияот нагрева при сильном сжатии воздуха
Степень сжатиянижевыше
Топливобензиндизельное топливо

Оба типа работают по одной и той же схеме из четырёх тактов — впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Разница только в способе воспламенения смеси, но физика превращения тепла в работу одна и та же.

Вопросы и ответы про двигатель внутреннего сгорания

Почему двигатель называется двигателем внутреннего сгорания

Потому что топливо в нём сгорает не снаружи, в отдельной топке, как в паровой машине, а прямо внутри рабочего цилиндра. Это и отражено в названии — «внутреннего» сгорания, в отличие от «внешнего».

Какой такт двигателя совершает полезную работу

Полезную механическую работу двигатель совершает на такте рабочего хода. Именно тогда расширяющиеся горячие газы толкают поршень, и это движение через шатун и коленвал передаётся дальше по механизму.

Зачем нужен такт сжатия, если работу совершает только рабочий ход

Сжатие увеличивает эффективность горения смеси. Чем сильнее сжаты воздух и топливо перед воспламенением, тем больше энергии выделится при сгорании и тем сильнее газы толкнут поршень на следующем такте.

Чаще всего путают порядок тактов или забывают, что рабочий ход — только один из четырёх, а не единственный этап работы двигателя. Чтобы запомнить последовательность, можно выучить короткую фразу: впуск — сжал — сгорело — выпустил.

Читайте также