ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ тепловой
двигатель, в к-ром хим. энергия топлива, сгорающего в рабочей полости,
преобразуется в механич. работу. Первый практически пригодный газовый Д.
в. с. был сконструирован франц. механиком Э. Ленуаром (1860). В 1876 немецкий
изобретатель Н. Отто построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в.
с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более
прост, т. к. устранено одно звено энергетич. преобразования - пароко-тельный
агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с.,
меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для
него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).

В 1880-х гг. О. С. Костович в России
построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 нем. инж. Р.
Дизель,
работая
над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением
от сжатия. Усовершенствование этого Д. в. с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге
(ныне "Русский дизель") в 1898-99 позволило применить в качестве
топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным
стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор
с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям
О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с., начавший свои
полёты в 1903. В том же 1903 рус. инженеры установили Д. в. с. на судне
"Вандал", создав первый теплоход.
В 1924 по проекту Я. М. Гаккеля
в Ленинграде был создан первый удовлетворяющий практич. требованиям поездной
тепловоз.

По роду топлива Д. в. с. разделяются
на двигатели жидкого топлива и газовые. По способу заполнения цилиндра
свежим зарядом - на 4-тактные и 2-тактные. По способу приготовления горючей
смеси из топлива и воздуха - на двигатели с внеш. и внутр. смесеобразованием.
К двигателям с внеш. смесеобразованием относятся карбюраторные, в к-рых
горючая смесь из жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе,
и
газосмесительные, в к-рых горючая смесь из газа и воздуха образуется в
смесителе. В Д. в. с. с внеш. смесеобразованием зажигание рабочей смеси
в цилиндре производится электрич. искрой. В двигателях с внутр. смесеобразованием
(дизелях)
топливо
самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой
темп-ры.

Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного
Д. в. с. совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого
вала. При 1-м такте - впуске поршень движется от верхней мёртвой точки
(в. м. т.) к нижней мёртвой точке (н. м. т.). Впускной клапан при этом
открыт (рис. 1) и горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр. В течение
2-го такта - сжатия, когда поршень движется от н. м. т. к в. м. т., впускной
и выпускной клапаны закрыты и смесь сжимается до давления 0,8-2 Мн/м²
(8-20 кгс/см²). Темп-pa смеси в конце сжатия составляет
200-400°С. В конце сжатия смесь воспламеняется электрич. искрой и происходит
сгорание топлива. Сгорание име-

Рис. 1. Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного
двигателя.

ет место при положении поршня, близком
к в. м. т. В конце сгорания давление в цилиндре составляет 3-6 Мн/м²
(30-60
кгс/см²),
а темп-ра 1600-2200°С.3-й такт цикла - расширение наз. рабочим ходом;
в течение этого такта происходит преобразование тепла, полученного от сгорания
топлива, в механич. работу.4-й такт - выпуск происходит при движении поршня
от н. м. т. к в. м. т. при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы
вытесняются поршнем.

Рабочий цикл 2-тактного карбюраторного
Д. в. с. осуществляется за 2 хода поршня или за 1 оборот коленчатого вала
(рис. 2). Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны
соответствующим процессам 4-тактного Д. в. с. При прочих равных условиях
2-тактный двигатель должен быть в 2 раза более мощным, чем 4-такт-ный,
т. к. рабочий ход в 2-тактном двигателе происходит в 2 раза чаще, однако
на практике мощность 2-тактного карбюраторного Д. в. с. часто не только
не превышает мощность 4-тактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня,
но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значит. часть хода (20-35%)
поршень
совершает при открытых окнах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель
практически не производит работы; продувка цилиндра требует затрат мощности
на сжатие воздуха в продувочном насосе; очистка пространства цилиндра от
продуктов сгорания газов и наполнение его свежим зарядом значительно хуже,
чем в 4-тактном Д. в. с.

Рис. 2. Схема работы 2-тактногокарбюраторного
Д. в. с. скривошипно-камерной продувкой: вверху - сжатие и наполнение кривошипной
камеры; внизу - продувка и выпуск; 1 - свеча зажигания; 2 - поршень; 3
- продувочное окно; 4 - выпускное окно; 5 - кривошипная
камера; 6 - карбюратор; 7- впускное окно; 8- головка цилиндра; 9-
цилиндр.

Рабочий цикл карбюраторного Д. в. с.
может быть осуществлён при очень большой частоте вращения вала (3000- 7000
об/мин).
Двигатели
гоночных автомобилей и мотоциклов могут развивать 15 000
об/мин и
более. Нормальная горючая смесь состоит примерно из 15 частей воздуха (по
массе) и 1 части паров бензина. Двигатель может работать на обеднённой
смеси (18 : 1) или обогащённой смеси (12 : 1). Слишком богатая
или слишком бедная смесь вызывает сильное уменьшение скорости сгорания
и не может обеспечить нормального протекания процесса сгорания. Регулирование
мощности карбюраторного Д. в. с. осуществляется изменением количества смеси,
подаваемой в цилиндр (количественное регулирование). Большая частота вращения
и выгодные соотношения топлива и воздуха в смеси обеспечивают получение
большой мощности в единице объёма цилиндра карбюраторного двигателя, поэтому
эти двигатели имеют сравнительно небольшие габариты и массу [1-4 кг/квт
(0,75-3 кг/л. с.)]. Применение низких степеней сжатия
обусловливает умеренные давления в конце сгорания, вследствие чего
детали можно делать менее массивными, чем, напр., в дизелях. При увеличении
диаметра цилиндра карбюраторного Д. в. с. возрастает склонность двигателя
к детонации, поэтому карбюраторные Д. в. с. не делают с большими
диаметрами цилиндров (как правило, не более 150 мм). Примером карбюраторного
Д. в. с. может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга". Это 4-цилиндровый 4-тактный
двигатель, развивающий мощность 55 квт (75
л. с.) при 4000
об/мин и степени сжатия 6,7. Удельный расход топлива на наиболее
экономичном режиме составляет 290 г/(квт*ч).

Наибольшая мощность 4-тактного карбюраторного
Д. в. с. 600 квт (800 л. с.). Мотоциклетные карбюраторные
2-такт-ные и 4-тактные Д. в. с. имеют мощность от 3,5 до 45 квт (от
5 до 60 л.с.). Авиац. поршневые двигатели с непосредств. впрыском
бензина и искровым зажиганием развивают до 1100 квт (1500л.
с.)
и более.

Карбюраторные Д. в. с. представляют
собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.

Остов двигателя - группа неподвижных
деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову
относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников
коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный
поддон и ряд мелких деталей.

Механизм движения - группа движущихся
деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это
давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения
включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал
и маховик).

Механизм газораспределения служит для
своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов.
Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый
в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла,
открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.

Система смазки - система агрегатов
и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло,
находящееся
в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее
через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам
коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма
газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится
масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из
зазоров в подшипниках вращающихся деталей. Часть масла отводится по параллельным
каналам в фильтр тонкой очистки, откуда сливается обратно в поддон.

Система охлаждения может быть жидкостной
и воздушной. Жидкостная система состоит из рубашек цилиндров и головок,
заполненных охлаждающей жидкостью (водой, антифризом и т. п.), насоса,
радиатора, в к-ром жидкость охлаждается потоком воздуха,< создаваемым
вентилятором, и устройств, регулирующих темп-ру воды. Воздушное охлаждение
осуществляется обдувом цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха
(на мотоциклах).

Система питания осуществляет приготовление
горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму
работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система
состоит из топливного бака, топ-ливоподкачивающего насоса, топливного фильтра,
трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.

Система зажигания служит для образования
в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания
входят источники тока- генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от
к-рого зависит момент подачи искры. В систему включается распределитель
тока высокого напряжения по соответствующим цилиндрам. В одном агрегате
с прерывателем находятся конденсатор, улучшающий работу прерывателя, и
катушка зажигания, с к-рой снимается высокое напряжение (12- 20 кв).
В то время, когда Д. в. с. не имели электрич. зажигания, применялись запальные
калоризаторы.

Система пуска состоит из электрич.
стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора)
и
элементов дистанционного управления. В функции системы входит вращение
вала двигателя для пуска.

Система впуска и выпуска состоит из
трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на
выпуске.

Газовые Д. в. с. работают большей частью
на природном газе и газах, получаемых при производстве жидкого топлива.
Кроме того, могут быть использованы: газ, генерируемый в результате неполного
сгорания твёрдого топлива, металлургич. газы, канализационные
газы и пр. Применяются как 4-тактные, так и 2-тактные газовые Д.
в. с. По принципу смесеобразования и воспламенения газовые двигатели разделяются
на: Д. в. с. с внеш. смесеобразованием и искровым зажиганием, в
к-рых рабочий процесс аналогичен процессу карбюраторного двигателя; Д.
в. с. с внеш. смесеобразованием и зажиганием струёй жидкого топлива, воспламеняющегося
от сжатия; Д. в. с. с внутр. смесеобразованием и искровым зажиганием. Газовые
двигатели, использующие природные газы, применяются. на стационарных электростанциях,
компрессорных газоперекачивающих установках и т. п. Сжиженные бутано-пропановые
смеси используются для автомобильного транспорта (см. Газобаллонный
автомобиль).

Экономичность работы Д. в. с. характеризуется
эффективным кпд, к-рый представляет собой отношение полезной работы к количеству
тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, затраченного на
получение этой работы. Максимальный эффективный кпд наиболее совершенных
Д. в. с. ок. 44%.

Осн. преимуществом Д. в. с., так
же как и др. тепловых двигателей (напр., реактивных двигателей), перед
двигателями гидравлич. и электрич. является независимость от постоянных
источниковэнергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи
с чем установки, оборудованные Д. в. с., могут свободно перемещаться и
располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Д. в. с.
на транспортных средствах (автомобилях, с.-х. и строительно-дорожных машинах,
самоходной воен. технике и т. п.).

Совершенствование Д. в. с. идёт по
пути повышения их мощности, надёжности и долговечности, уменьшения
массы и габаритов, создания новых конструкций (см., напр., Ванкеля двигатель).
Можно
наметить также такие тенденции в развитии Д. в. с., как постепенное замещение
карбюраторных Д. в. с. дизелями на автомобильном транспорте, применение
многотопливных
двигателей, увеличение частоты вращения и др.

Лит.: Двигатели внутреннего
сгорания, т. 1 - 3, М., 1957-62; Двигатели внутреннего сгорания, М., 1968.

Д. Н. Вырубов, В. П. Алексеев.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я