Журнал фильтра правок

'[[Файл:Arbeitsweise Zweitakt.gif|thumb|Схема: [[Двухтактный двигатель]] внутреннего сгорания с резонаторной трубой.]] [[Файл:Displacement.gif|thumb|[[Рядный четырёхцилиндровый двигатель]] внутреннего сгорания]] '''Дви́гатель вну́треннего сгора́ния''' — [[тепловой двигатель|двигатель]], в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере ('''''внутри''''') двигателя. ДВС преобразует давление от [[Теплота сгорания|сгорания]] топлива в [[механическая работа|механическую работу]]. По сравнению с [[Двигатель внешнего сгорания|двигателями внешнего сгорания]] ДВС: * не имеет дополнительных элементов теплопередачи — топливо, сгорая, само образует рабочее тело. * компактнее, так как не имеет целого ряда дополнительных агрегатов * легче * экономичнее * потребляет [[Газообразное топливо|газообразное]] или жидкое [[топливо]], обладающее весьма жестко заданными параметрами (испаряемостью, температурой вспышки паров, плотностью, теплотой сгорания, октановым или цетановым числом), так как от этих свойств зависит сама работоспособность ДВС. == История создания == В 1807 г. французско-швейцарский изобретатель [https://en.wikipedia.org/wiki/François_Isaac_de_Rivaz Франсуа Исаак де Ривас] (François Isaac de Rivaz) построил первый поршневой двигатель, называемый часто машиной де Риваса ([https://en.wikipedia.org/wiki/De_Rivaz_engine De Rivaz engine]). Двигатель работал на газообразном водороде, имея элементы конструкции, с тех пор вошедшие в последующие прототипы ДВС: шатунно-поршневую группу и искровое зажигание. Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован французским механиком [[Ленуар, Жан Этьен|Этьеном Ленуаром]] (1822—1900) в 1860 году. Мощность составляла 8,8 [[Ватт|кВт]] (11,97 [[Лошадиная сила|л. с.]]). Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и [[светильный газ|светильного газа]] с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. [[Коэффициент полезного действия|КПД]] двигателя не превышал 4,65 %. Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара получил некоторое распространение. Использовался как лодочный двигатель. Познакомившись с двигателем Ленуара, выдающийся немецкий конструктор [[Отто Николаус|Николаус Аугуст Отто]] (1832—1891) создал в 1863 двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель имел вертикальное расположение цилиндра, зажигание открытым пламенем и [[Коэффициент полезного действия|КПД]] до 15 %. Вытеснил двигатель Ленуара. В 1876 г. Николаус Аугуст Отто построил более совершенный [[Четырёхтактный двигатель|четырёхтактный]] газовый двигатель внутреннего сгорания. В 1880-х годах [[Костович, Огнеслав Степанович|Огнеслав Степанович Костович]] в России построил первый [[Бензиновый двигатель внутреннего сгорания|бензиновый карбюраторный двигатель]]. [[Файл:Daimler First Motorcycle.jpg|thumb|Мотоцикл Даймлера с ДВС 1885 года ]] В 1885 году немецкие инженеры [[Даймлер, Готтлиб|Готтлиб Даймлер]] и [[Майбах, Вильгельм|Вильгельм Майбах]] разработали легкий бензиновый карбюраторный двигатель. Даймлер и Майбах использовали его для создания первого мотоцикла в 1885, а в 1886 году — на первом автомобиле. Немецкий инженер [[Дизель, Рудольф|Рудольф Дизель]] стремился повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и в 1897 предложил [[Дизельный двигатель|двигатель с воспламенением от сжатия]]. На заводе «Людвиг Нобель» [[Нобель, Эммануил Людвигович|Эммануила Людвиговича Нобеля]] в Петербурге в 1898—1899 [[Тринклер, Густав Васильевич|Густав Васильевич Тринклер]] усовершенствовал этот двигатель, использовав бескомпрессорное распыливание топлива, что позволило применить в качестве топлива нефть. В результате бескомпрессорный [[Дизельный двигатель|двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия с самовоспламенением]] стал наиболее экономичным стационарным [[тепловой двигатель|тепловым двигателем]]. В 1899 на заводе «Людвиг Нобель» построили первый дизель в России и развернули массовое производство дизелей. Этот первый дизель имел мощность 20 [[Лошадиная сила|л. с.]], один цилиндр диаметром 260 мм, ход [[Поршень|поршня]] 410 мм и частоту вращения 180 [[Оборот в минуту|об/мин]]. В Европе дизельный двигатель, усовершенствованный [[Тринклер, Густав Васильевич|Густавом Васильевичем Тринклером]], получил название «русский дизель» или «Тринклер-мотор». На [[Всемирная выставка (1900)|всемирной выставке в Париже в 1900]] двигатель Дизеля получил главный приз. В 1902 [[Коломенский завод]] купил у [[Нобель, Эммануил Людвигович|Эммануила Людвиговича Нобеля]] лицензию на производство дизелей и вскоре наладил массовое производство. В 1908 году главный инженер Коломенского завода [[Корейво, Раймонд Александрович|Р. А. Корейво]] строит и патентует во Франции двухтактный дизель с противоположно-движущимися поршнями и двумя коленвалами. Дизели Корейво стали широко использоваться на теплоходах Коломенского завода. Выпускались они и на заводах Нобелей. В 1896 году Чарльз В. Харт и Чарльз Парр разработали двухцилиндровый [[бензиновый двигатель внутреннего сгорания|бензиновый двигатель]]. В 1903 году их фирма построила 15 тракторов. Их шеститонный #3 является старейшим трактором с двигателем внутреннего сгорания в [[США|Соединенных Штатах]] и хранится в Смитсоновском Национальном музее американской истории в Вашингтоне, округ Колумбия. Бензиновый двухцилиндровый двигатель имел совершенно ненадежную систему зажигания и мощность 30 [[лошадиная сила|л. с.]] на холостом ходу и 18 л. с. под нагрузкой.<ref>[http://americanhistory.si.edu/collections/search/object/nmah_857022 Hart Parr #3 Tractor] на сайте Национального музея американской истории {{Ref-en}}</ref> [[Файл:Ivel Tractor 1902.JPG|thumb|Дэн Элбон с его прототипом сельскохозяйственного трактора Ivel]] Первым практически пригодным трактором с двигателем внутреннего сгорания был американский трехколесный трактор Ivel Дэна Элборна 1902 года. Было построено около 500 таких легких и мощных машин. [[Файл:Wright brothers engine 17.jpg|thumb|Двигатель, использованный [[Братья Райт|братьями Райт]] в 1910 году]] В 1903 году состоялся полёт [[Wright Flyer|первого самолёта]] [[Братья Райт|братьев Орвила и Уилбура Райт]]. Двигатель самолёта изготовил механик Чарли Тэйлор. Основные части двигателя сделали из алюминия. Двигатель Райт-Тэйлора был примитивным вариантом бензинового [[Инжекторная система подачи топлива|инжекторного]] двигателя. На первом в мире теплоходе — нефтеналивной барже [[Вандал (танкер)|«Вандал»]], построенной в 1903 году в России на [[Красное Сормово|Сормовском заводе]] для [[Товарищество нефтяного производства братьев Нобель|«Товарищества Братьев Нобель»]], были установлены три четырехтактных двигателя Дизеля мощностью по 120 л. с. каждый. В 1904 году был построен теплоход «Сармат». В 1924 по проекту [[Гаккель, Яков Модестович|Якова Модестовича Гаккеля]] на [[Балтийский завод|Балтийском судостроительном заводе]] в Ленинграде был создан тепловоз [[Щэл1|Ю^Э2 (Щ^ЭЛ1)]]. Практически одновременно в Германии по заказу СССР и по проекту профессора [[Ломоносов, Юрий Владимирович|Ю. В. Ломоносова]] по личному указанию [[Ленин, Владимир Ильич|В. И. Ленина]] в [[1924 год в истории железнодорожного транспорта|1924 году]] на немецком заводе [[Maschinenfabrik Esslingen|Эсслинген]] (бывш. Кесслер) близ Штутгарта построен тепловоз Ээл2 (первоначально Юэ001). == Типы двигателей внутреннего сгорания == [[Файл:Daimler-Benz DB 602.jpg|thumb|Поршневой ДВС]] [[Файл:Mazda rotary engine early.jpg|thumb|Роторный ДВС]] [[Файл:J85 ge 17a turbojet engine.jpg|thumb|Газотурбинный ДВС]] * [[Поршневой двигатель внутреннего сгорания|Поршневые двигатели]] — камера сгорания содержится в [[цилиндр (двигатель)|цилиндре]], тепловая энергия превращается в механическую с помощью [[кривошипно-шатунный механизм|кривошипно-шатунного механизма]]. * [[Газовая турбина]] — преобразование энергии осуществляется ротором с клиновидными лопатками. * [[Жидкостный ракетный двигатель]] и [[воздушно-реактивный двигатель]] преобразуют энергию сгорающего топлива непосредственно в энергию реактивной газовой струи. * Роторно-поршневые двигатели — в них преобразование энергии осуществляется за счет вращения рабочими газами ротора специального профиля ([[двигатель Ванкеля]]). ДВС классифицируют: а) По назначению — на транспортные, стационарные и специальные. б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты). в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор) и внутреннее (в цилиндре ДВС). г) По объему рабочих полостей и весогабаритным характеристикам — легкие, средние, тяжелые, специальные. Помимо приведенных выше общих для всех ДВС критериев классификации существуют критерии, по которым классифицируются отдельные типы двигателей. Так, поршневые двигатели можно классифицировать по количеству и расположению цилиндров, по количеству и расположению коленчатых и распределительных валов, по типу охлаждения, по наличию или отсутствию крейцкопфа, наддува (и по типу наддува), по способу смесеобразования и по типу зажигания, по количеству карбюраторов, по типу газораспределительного механизма. == Октановое число топлива == {{Main|Октановое число}} Энергия передается на коленчатый вал двигателя от расширяющихся газов во время рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до объёма камеры сгорания повышает эффективность работы двигателя и увеличивает его КПД, но увеличение [[степень сжатия|степени сжатия]] также увеличивает вызываемое сжатием нагревание рабочей смеси согласно [[закон Шарля|закону Шарля]]. Если топливо [[воспламеняемость|легковоспламеняемое]], вспышка происходит до достижения [[поршень|поршнем]] [[верхняя мёртвая точка|ВМТ]]. Это, в свою очередь, заставит поршень провернуть коленвал в обратном направлении — такое явление называют обратной вспышкой. '''Октановое число является мерой процентного содержания изооктана в гептан-октановой смеси и отражает способность топлива противостоять самовоспламенению под воздействием температуры.''' Топлива с более высокими октановыми числами позволяют двигателю с высокой [[степень сжатия|степенью сжатия]] работать без склонности к самовоспламенению и детонации и, стало быть, иметь более высокую степень сжатия и более высокий КПД. Работа [[Дизельный двигатель|дизельных двигателей]] обеспечивается самовоспламенением от сжатия в цилиндре чистого воздуха или бедной газовоздушной смеси, неспособной к самостоятельному горению (газодизель) и отсутствия в заряде топлива до последнего момента. == Отношение диаметра цилиндра к ходу поршня == Одним из основополагающих параметров ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра (или наоборот). Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, тем больше диаметра цилиндра, чем больше двигатель. Самым оптимальным с точки зрения газодинамики и охлаждения поршня является соотношение 1 : 1. Чем больше ход поршня, тем больший крутящий момент развивает двигатель и тем ниже его рабочий диапазон оборотов. Наоборот, чем больше диаметр цилиндра, тем выше рабочие обороты двигателя и тем ниже его крутящий момент. При большем диаметре цилиндра/поршня сложнее обеспечить должный теплоотвод от донышка поршня ввиду его больших линейных размеров. == Бензиновые == {{main|Бензиновый двигатель}} === Бензиновые карбюраторные === {{see|Карбюратор}} [[:en:Fuel mixture|Смесь топлива с воздухом]] готовится в [[карбюратор]]е, 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 — гомогенность. === Бензиновые инжекторные === {{see|Инжекторная система подачи топлива}} Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих [[форсунка|форсунок]] ([[Инжекторная система подачи топлива|инжектор]]). Существуют системы одноточечного (моновпрыск), и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно-рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется с помощью электронного блока управления (ЭБУ), управляющего электрическими бензиновыми форсунками. == Дизельные, с воспламенением от сжатия == {{main|Дизельный двигатель}} Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования [[Свеча зажигания|свечи зажигания]]. В разогретый в цилиндре воздух от [[Адиабатический процесс|адиабатического сжатия]] (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через [[Форсунка|форсунку]] впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыление, а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление рабочего процесса, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50 % в случае с крупными судовыми двигателями. Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим [[Момент силы|крутящим моментом]] на валу. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжелых топливах, например, [[мазут]]ах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счет пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо, в случае с [[Дизель-генератор|дизель-генераторными]] установками, от присоединённого [[Электрический генератор|электрического генератора]], который при запуске выполняет роль [[Пусковая система двигателя внутреннего сгорания|стартера]]. Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по [[Цикл Дизеля|циклу Дизеля]], а по [[Цикл Тринклера|циклу Тринклера-Сабатэ]] со смешанным подводом теплоты. Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряженностью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет [[Горение#Гетерогенное горение|гетерогенного сгорания]] характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием [[NOx (оксиды азота)|оксидов азота]] в выхлопных газах. == Газовые двигатели == {{main|Газовый двигатель}} Двигатель, сжигающий в качестве топлива [[углеводороды]], находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях: * смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 [[Атмосфера (единица измерения)|атм]]). Испарённая в [[испаритель|испарителе]] жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических [[форсунка|форсунок]]. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. * сжатые [[Природный газ|природные газы]] — хранятся в [[Газовый баллон|баллоне]] под давлением 150—200 [[атм]]. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие [[испаритель|испарителя]]. * [[генераторный газ]] — газ, полученный [[Автомобиль с газогенератором|превращением твёрдого топлива в газообразное]]. В качестве твёрдого топлива используются: ** [[ископаемый уголь|уголь]] ** [[торф]] ** [[древесина]] == Газодизельные == {{main|Газодизельный двигатель}} 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 == [[Файл:Wankel Cycle anim en.gif|thumb|right|200px|Схема цикла [[Роторно-поршневой двигатель|двигателя]] [[Ванкель, Феликс|Ванкеля]]: впуск (intake), сжатие (compression), рабочий ход (ignition), выпуск (exhaust); A — [[треугольник Рёло|треугольный]] [[Ротор (техника)|ротор]] (поршень), B — вал.]] {{main|Роторно-поршневой двигатель}} {{see|Роторно-цилиндро-клапанный двигатель}} Предложен изобретателем Ванкелем в начале ХХ века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный [[цикл Дизеля]], [[Двигатель Стирлинга|Стирлинга]] или [[Цикл Отто|Отто]] без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль [[NSU Ro 80|RO-80]]), [[АвтоВАЗ|ВАЗом]] в СССР (ВАЗ-21018 «Жигули», [[ВАЗ-416]], [[ВАЗ-426]], [[ВАЗ-526]]), [[Mazda|Маздой]] в Японии (Mazda RX-7 ,[[Mazda RX-8]]). При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки. В Германии в конце 70-х годов ХХ века существовал анекдот: «Продам НСУ, дам в придачу два колеса, фару и 18 запасных моторов в хорошем состоянии». * [[Роторно-цилиндро-клапанный двигатель|RCV]] — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок. == Комбинированный двигатель внутреннего сгорания == {{main|Комбинированный двигатель внутреннего сгорания}} *  — двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой и лопаточной машин (турбина, компрессор), в котором обе машины в соотносимой мере участвуют в осуществлении рабочего процесса. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув). Большой вклад в теорию комбинированных двигателей внес советский инженер, профессор А. Н. Шелест. === Турбонагнетание === Наиболее распространенным типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. [[Турбонагнетатель]] или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой [[нагнетатель]], который приводится в движение [[выхлопные газы|выхлопными газами]]. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором. На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха. Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна. Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры или при использованием турбины с изменяемой геометрией, в автоспорте также применяется принудительный разгон турбины с помощью системы рекуперации энергии<ref>{{cite web|url=http://www.f1news.ru/tech/93198.shtml|title=Red Bull Racing и Renault о новых силовых установках|author=Андрей Лось.|date=2014-03-25|work=F1News.Ru|accessdate=2014-12-25|archiveurl=http://web.archive.org/web/20140708125318/http://www.f1news.ru/tech/93198.shtml|archivedate=2014-07-08}}</ref>). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом). Как работает компрессор С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания автомобильные инженеры, любители скорости и проектировщики гоночных автомобилей все время находились в поисках путей увеличения мощности моторов. Один из способов увеличения мощности – построение двигателя большого внутреннего объема. Но большие двигатели, которые больше весят и обходятся существенно дороже в производстве и обслуживании, не всегда однозначно лучше. Другой путь добавления мощности – это создание двигателя нормального размера, но более эффективного. Вы можете достичь этого, нагнетая больше воздуха в камеру сгорания. Большее количество воздуха дает возможность подать в цилиндр дополнительное количество топлива, что обозначает, что будет произведен более сильный взрыв и будет достигнута большая мощность. Добавление компрессора к впускной системе является отличным способом достижения усиленной подачи воздуха. В этой статье мы объясним, что такое компрессоры (их также еще называют нагнетателями), как они работают и чем отличаются от турбокомпрессоров (турбонаддува). Компрессором является любое устройство, которое создает давление на выходе выше атмосферного. И компрессоры, и турбокомпрессоры способны это делать. На самом деле, турбокомпрессор является сокращенным названием от «турбонагнетателя» - его официального названия. Различие между данными агрегатами заключается в способе получения энергии. Турбокомпрессоры приводятся в действие за счет плотного потока выхлопных газов, вращающих турбину. Компрессоры работают за счет энергии, передаваемой механическим путем через ременный или цепной привод от коленчатого вала двигателя. В следующем разделе мы подробно рассмотрим, как компрессор выполняет свою работу. Основы компрессора Обычный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания использует один из тактов для впуска воздуха. Этот такт можно разделить на три шага: Поршень перемещается вниз Это создает разрежение Воздух под атмосферным давлением засасывается в камеру сгорания Как только воздух поступит в двигатель, он должен быть объединен с топливом для формирования заряда – пакета потенциальной энергии, которую можно превратить в полезную кинетическую энергию в результате химической реакции, известной как горение. Свеча зажигания инициирует эту реакцию путем воспламенения заряда. Как только топливо подвергается реакции окисления, сразу же высвобождается большое количество энергии. Сила этого взрыва, сконцентрированная над днищем поршня, толкает поршень вниз и создает возвратно-поступательное движение, которое в конечном итоге передается на колеса. Подача большего количества топливно-воздушной смеси в заряд будет порождать более сильные взрывы. Но вы не можете просто так подать больше топлива в двигатель, так как требуется строго определенное количество кислорода для сжигания определенного количества топлива. Химически-верная смесь – 14 частей воздуха к одной части топлива – имеет очень большое значение для эффективной работы двигателя. Итог – чтобы сжечь больше топлива, придется подать больше воздуха. Это работа компрессора. Компрессоры увеличивают давление на входе в двигатель путем сжатия воздуха выше атмосферного давления без образования вакуума. Это заставляет большему количеству воздуха попадать в двигатель, обеспечивая повышение давления. С дополнительным количеством воздуха больше топлива может быть добавлено, что вызывает увеличение мощности двигателя. Компрессор добавляет в среднем 46 процентов мощности и 31 процент крутящего момента. В условиях высокогорья, где мощность двигателя снижается за счет того, что воздух имеет меньшую плотность и давление, компрессор обеспечивает более высокое давление воздуха в двигателе, что позволяет ему работать в оптимальном режиме. Рис.1 ProCharger D1SC – центробежный компрессор В отличие от турбокомпрессоров, которые используют отработанные газы для вращения турбины, механические компрессоры приводятся в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Большинство из них приводятся в движение с помощью приводного ремня, который обернут вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня, в свою очередь, вращает шестерню компрессора. Ротор компрессора может быть по-разному спроектирован, но, не смотря на это, в любом случае его работа сводится к захвату воздуха, сжатию воздуха в меньшем пространстве и сбросу его во впускной коллектор. Для того чтобы создавать давление воздуха, компрессор должен вращаться быстрее, чем сам двигатель. Создание ведущей шестерни большей, чем шестерни компрессора, заставляет компрессор вращаться быстрее. Компрессоры способны вращаться со скоростью, превышающей 50,000-60,000 оборотов в минуту. Компрессор, вращающийся со скоростью 50,000 оборотов в минуту, способен повысить давление с шести до девяти дюймов на квадратный дюйм (PSI). Это дополнительная прибавка с шести до девяти фунтов на квадратный дюйм. Атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, так что типичный эффект от применения компрессора – это увеличение подачи воздуха в двигатель примерно на 50 процентов. Постольку поскольку воздух сжимается, он становится более горячим, а это значит, что он теряет свою плотность и не может столь сильно расширяться во время взрыва. Это обозначает, что он не может высвободить столько же энергии, сколько высвобождается при воспламенении свечой зажигания более холодной топливно-воздушной смеси. Для того чтобы компрессор работал на пике своей эффективности, сжатый воздух на выходе из компрессора должен быть охлажден перед подачей во впускной коллектор. Интеркулер несет ответственность за данный процесс охлаждения. Интеркуллеры бывают двух констуркций: «воздух-воздух» и «воздух-жидкость». Оба работают по принципу радиатора, с более холодным воздухом или жидкостью, циркулирующей по системе трубок или каналов. Горячий воздух, выходя из компрессора, попадает в трубки интеркулера и охлаждается там. Снижение температуры воздуха увеличивает его плотность, что делает плотнее заряд, поступающий в камеру сгорания. Далее мы рассмотрим различные типы компрессоров. Роторный компрессор Roots Существует три вида компрессоров: роторный, двухвинтовой и центробежный. Главное отличие между ними заключается в способе подачи воздуха во впускной коллектор двигателя. Роторный и двухвинтовой компрессоры используют различные типы кулачковых валов, а центробежный компрессор – крыльчатку, которая увлекает воздух внутрь. Хотя все эти конструкции обеспечивают прибавку мощности, они значительно отличаются по своей эффективности. Каждый из этих типов компрессоров может быть доступен в различных размерах, в зависимости от того, какого результата хотите вы достичь – просто повысить мощность автомобиля или подготовить его к участию в гонках. Конструкция роторного компрессора является самой древней. Братья Филандер и Фрэнсис Рутс в 1860 году запатентовали конструкцию своего компрессора в качестве машины, способной обеспечивать вентиляцию в шахтах. В 1900 году Готтлиб Вильгельм Даймлер включил роторный компрессор в конструкцию автомобильного двигателя. Рис.2  Роторный компрессор Так как кулачковые валы вращаются, воздух, находящийся в пространстве между кулачками, оказывается между стороной наполнения и напорной стороной. Большое количество воздуха перемещается во впускной коллектор и создает условия для образования положительного давления. По этой причине рассматриваемая конструкция является не чем иным, как объемным нагнетателем, а не компрессором, при этом термин «нагнетатель» по-прежнему часто используется для описания всех компрессоров. Роторные компрессоры, как правило, имеют довольно большие размеры и располагаются в верхней части двигателя. Они популярны в автомобилях дрэгстеров и роддеров, поскольку зачастую выступают за габариты капотов. Тем не менее, они являются наименее эффективными компрессорами по двум причинам: Они существенно увеличивают вес транспортного средства. Они создают дискретный прерывистый воздушный поток, а не сглаженный и непрерывный. Двухвинтовой компрессор Двухвинтовой компрессор работает, проталкивая воздух через два ротора, напоминающих набор червячных передач. Как и в роторном компрессоре, воздух внутри двухвинтового компрессора оказывается в полостях между лопастями роторов. Но двухвинтовой компрессор сжимает воздух внутри корпуса роторов. Это происходит за счет того, что роторы имеют коническую форму, при этом воздушные карманы уменьшаются в размерах по мере продвижения воздуха из стороны наполнения в напорную сторону. Воздушные полости сжимаются, и воздух выдавливается в меньшее пространство. Рис.3 Двухвинтовой компрессор Это делает двухвинтовой компрессор более эффективным, но они стоят дороже, потому что винтовые роторы требуют дополнительной точности в ходе процесса производства. Некоторые типы двухвинтовых компрессоров располагаются над двигателем, подобно роторному компрессору типа Roots. Они также порождают много шума. Сжатый воздух на выходе из компрессора издает сильный свист, который следует приглушить с помощью специальных методов поглощения шума. Центробежный компрессор Центробежный компрессор – это крыльчатка, напоминающая собой ротор, которая вращается с очень высокой скоростью и нагнетает воздух в небольшой корпус компрессора. Скорость вращения крыльчатки может достигать 50,000-60,000 оборотов в минуту. Воздух, попадающий в центральную часть крыльчатки, под действием центробежной силы увлекается к ее краю. Воздух покидает крыльчатку с высокой скоростью, но под низким давлением. Диффузор – множество стационарно расположенных вокруг крыльчатки лопаток, которое преобразует высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в поток воздуха с малой скоростью, но высоким давлением. Скорость молекул воздуха, встретивших на своем пути лопатки диффузора, уменьшается, что влечет за собой увеличение давления воздуха. Рис.4  Центробежный компрессор Центробежные компрессоры являются наиболее эффективными и самым распространенными устройствами из всех систем принудительного повышения давления. Они компактные, легкие и устанавливаются на передней части двигателя, а не сверху. Они также издают характерный свист по мере роста количества оборотов двигателя, способный заставить случайных прохожих на улице поворачивать головы в сторону вашего автомобиля. Monte Carlo и Mini-Cooper S – два автомобиля, которые доступны в версиях с компрессором. Любой из рассмотренных выше типов компрессоров может быть добавлен к транспортному средству как дополнительная опция. Несколько компаний предлагают комплекты, состоящие из всех необходимых частей для собственноручного дооснащения автомобилей компрессорами. Такие доработки также являются неотъемлемой частью культуры «машин для фана» (смешных машинок) и автомобилей из мира спорта «Fuel Racing». Некоторые производители даже включают компрессоры в оснащение своих серийных моделей автомобилей. Далее мы узнаем обо всех преимуществах компрессора, установленного в ваш автомобиль. Преимущества компрессора Самое главное преимущество компрессора – это увеличение мощности двигателя, измеряемой в лошадиных силах. Добавьте компрессор к любому обычному автомобилю или грузовику, и он станет вести себя как автомобиль с двигателем большего внутреннего объема или просто как с более мощным двигателем. Но как узнать, какой из нагнетателей выбрать – механический компрессор или турбокомпрессор? Этот вопрос горячо обсуждался авто инженерами и энтузиастами, но, в целом, механические компрессоры имеют несколько преимуществ над турбокомпрессорами. Механические компрессоры лишены такого недостатка как лага (отставания) двигателя – термина, используемого для описания времени, прошедшего с момента нажатия водителем педали газа до момента ответа двигателя на это внешнее воздействие. Турбокомпрессоры, к сожалению, подвержены явлению отставания, постольку поскольку требуется некоторое время, прежде чем выхлопные газы достигнут скорости, достаточной для полноценного раскручивания крыльчатки турбины. Механические компрессоры не имеют такого лага, так как они приводятся в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Одни компрессоры наиболее эффективны при работе в диапазоне низких скоростей вращения коленчатого вала, в то время как другие раскрывают весь свой потенциал лишь на высоких оборотах. Например, роторный и двухвинтовой компрессоры обеспечивают большую мощность на низких оборотах. Центробежные компрессоры, которые становятся все более эффективными по мере роста скорости вращения крыльчатки, обеспечивают большую мощность в диапазоне высоких оборотов. Установка турбокомпрессора требует обширной переделки выпускной системы двигателя, в том время как механические компрессоры могут быть легко привинчены к передней части двигателя или сверху. Это делает их дешевле в установке и проще в эксплуатации и обслуживании. Наконец, при использовании компрессора не требуется никакой специальной процедуры остановки двигателя. Это обусловлено тем, что они не смазываются моторным маслом и могут быть остановлены привычным образом. Турбокомпрессоры должны отработать на холостом ходу 30 секунд и более для того, чтобы дать возможность моторному маслу остыть. С учетом сказанного, для компрессоров имеет важное значение предварительный прогрев, так как они работают наиболее эффективно при нормальной рабочей температуре двигателя. Компрессоры являются характерной составляющей частью двигателей внутреннего сгорания самолетов. Это имеет смысл, если учесть, что самолеты проводят большую часть своего времени на больших высотах, где значительно меньше кислорода доступно для сгорания. Внедрение компрессоров позволило самолетам летать на большей высоте без снижения производительности двигателя. Компрессоры, установленные на авиационные двигатели, работают на основе тех же самых принципов, которые заложены в конструкцию автомобильных компрессоров. Компрессоры получают энергию непосредственно от вала двигателя и способствуют подаче в камеру сгорания смеси, находящейся под давлением. Далее рассмотрим некоторые недостатки компрессоров. Недостатки компрессоров Самый большой недостаток компрессоров является также и их определяющей характеристикой: постольку поскольку компрессор приводится в движение коленчатым валом двигателя, он отнимает несколько лошадиных сил у двигателя. Компрессор может потреблять до 20 процентов общей выходной мощностью двигателя. Но так как компрессор способен прибавить до 46 процентов мощности, большинство автолюбителей склоняется к тому, что игра стоит свеч. Компрессор дает дополнительную нагрузку на двигатель, который должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать дополнительный импульс и более сильные взрывы в камере сгорания. Большинство производителей учитывают это и создают усиленные узлы для двигателей, предназначенных для работы в паре с компрессором. Это в свою очередь удорожает автомобиль. Компрессоры также дороже в обслуживании, а большинство производителей предлагают использовать высокооктановое горючее премиум класса. Несмотря на свои недостатки, нагнетатели по-прежнему являются наиболее экономически эффективным способом увеличения количества лошадиных сил. Компрессор может дать от 50 до 100 процентов увеличения мощности, что делает его находкой для гоночных автомобилей, автомобилей, перевозящих тяжелые грузы, а также для водителей, желающих получить от вождения своего автомобиля новую порцию острых ощущений. == Циклы работы поршневых ДВС == [[Файл:Two-Stroke Engine.gif|thumb|right|250px|Двухтактный цикл]] [[Файл:4-Stroke-Engine.gif|thumb|right|250px|Схема работы четырёхтактного двигателя, [[цикл Отто]]<br />1. впуск<br />2. сжатие<br />3. рабочий ход<br />4. выпуск]] {{see|Двухтактный двигатель|Четырёхтактный двигатель}} {{Заготовка раздела}} Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на [[двухтактный двигатель|двухтактные]] и [[четырёхтактный двигатель|четырёхтактные]]. Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа или 720 градусов поворота коленчатого вала (ПКВ), состоящий из четырёх отдельных тактов: # впуска, # сжатия заряда, # рабочего хода и # выпуска (выхлопа). Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется ''перекрытием фаз газораспределения''. Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами ([[BMW]], [[Mazda]]). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия ([[SAAB AB]]), обладающие большей гибкостью характеристики. Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от [[Верхняя мёртвая точка|верхней мёртвой точки]] (''ВМТ'') до 20—30 градусов до нижней [[Мёртвая точка|мёртвой точки]] (''НМТ''), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20—30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает [[Коэффициент полезного действия|КПД]]. В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость [[ЦПГ]] требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями [[Лошадиная сила|лошадиных сил]], увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами. Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система [[Корейво, Раймонд Александрович|Корейво]], представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100 и танковыми дизелями ХЗТМ. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20—30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах [[Junkers|Юнкерс]] предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей. Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены [[Распределительный вал|распределительным валом]] и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом. В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки,, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала. == Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС == Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую [[мощность]] только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является [[трансмиссия]]. Лишь в отдельных случаях (например, в [[самолёт]]ах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея [[Гибридный автомобиль|гибридного автомобиля]], в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме. Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы [[система питания]] (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), [[выхлопная система]] (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки (предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения (для поддержания оптимального теплового режима двигателя), [[Пусковая система двигателя внутреннего сгорания|система запуска]] (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), [[система зажигания]] (для воспламенения топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением). == Технологические особенности изготовления == К обработке отверстий в различных деталях, в том числе в деталях двигателя (отверстий головки блоков цилиндров (ГБЦ), гильз цилиндров, отверстий кривошипной и поршневой головок шатунов, отверстий шестерен) и т. д., предъявляются высокие требования. Используются высокоточные технологии [[Шлифование|шлифования]] и [[Хонингование|хонингования]]. == См. также == {{Навигация}} * [[История создания двигателей внутреннего сгорания]] * [[Запуск двигателя внутреннего сгорания]] * [[Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания]] * [[Лебон, Филипп|Филипп Лебон]] — [[Франция|французский]] [[инженер]], получивший в [[1801 год]]у патент на двигатель внутреннего сгорания со сжатием смеси газа и воздуха. * [[Роторный двигатель: конструкции и классификация]] * [[Роторно-поршневой двигатель]] (двигатель Ванкеля) * [[Турбокомпаундный двигатель]] * [[Автомобиль с газогенератором]] * [[Синтетическое жидкое топливо]] == Примечания == {{примечания}} == Ссылки == * [http://tmm.spbstu.ru/motor-applet.html Анимация работы ДВС] * [http://icarbio.ru/articles/uvelichivaem_probeg.html Бен Найт «Увеличиваем пробег»]//Статья о технологиях, которые уменьшают расход топлива автомобильным ДВС * [http://autoscribe.ru/dvigatel-molchit/ Алгоритм действий если двигатель «молчит»] * [http://avtonews.info/8-princip-raboty-dvigateley.html Принцип работы двигателя внутреннего сгорания.] * [https://www.youtube.com/watch?v=AemcN02rm_k Описание работы ДВС.] {{Двигатели|state1=expanded}} [[Категория:Двигатель внутреннего сгорания|*]] [[Категория:Горение]]'