Двигатели внутреннего сгорания. Общие сведения

До 70-80 годов 19 века единственным источником механической работы являлась паровая машина, в которой применялся пар низких температур и малых давлений. Продукты сгорания топлива, имеющие высокие температуры, сначала направлялись в паровые котлы для получения водяного пара. Такое использование теплоты топлива приводило к низким к.п.д. паровых установок. Поиски учёных и изобретателей многих стран были направлены на создание нового типа двигателей, в которых продукты сгорания топлива непосредственно воздействовали бы на поршень машины.

В 1860 году французский механик Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания, работающий на светильном газе, но без предварительного сжатия рабочего тела. Он не получил широкого распространения, т.к. имел к.п.д. не выше, чем у паровой машины. В 1877 году немецкий инженер Отто сконструировал бензиновый двигатель, положив в основу запатентованный двигатель французским инженером Бо-де-Роша. В 1897 году немецкий инженер Дизель разработал двигатель высокого сжатия, в котором керосин распылялся в цилиндре воздухом высокого давления от компрессора. Российские инженеры в значительной степени усовершенствовали и улучшили двигатель Дизеля. Так инженер Мамин в 1893 году создал двигатель высокого сжатия, работающий на сырой нефти. В нём обеспечивалось бескомпрессорное механическое распыление топлива. В 1898 году на заводе Нобеля в Петербурге был построен первый двигатель, работающий на сырой нефти с распыливанием её сжатым воздухом от компрессора. В 1904 году российским инженером Тринклером был построен бескомпрессорный двигатель, в котором сгорание части топлива происходило при постоянном объёме, а оставшейся части – при постоянном давлении, который нашёл самое широкое распространение.

Все современные поршневые двигатели внутреннего сгорания разделяют на три группы:

1 - с быстрым сгоранием топлива при постоянном объёме;

2 - с постепенным сгоранием топлива при постоянном давлении;

3 - со смешанным сгоранием топлива частично при постоянном объёме и частично при постоянном давлении.

Реальные ДВС подразделяют ещё на два вида:

1 - двухтактные;

2 - четырёхтактные.

В двухтактных ДВС рабочий процесс совершается за два хода (такта) поршня или – за один оборот коленчатого вала. В четырёхтактных рабочий процесс завершается за четыре хода поршня или – за два оборота коленчатого вала. Эти двигатели нашли более широкое применение, чем двухтактные.

Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Термодинамический цикл ДВС представляет собой повторяющуюся замкнутую последовательность обратимых термодинамических процессов. Каждый из этих процессов приближенно отражает известные из практики особенности реальных процессов, происходящих в работающем двигателе.

Задача термодинамического исследования ДВС заключается в получении выражений термического к.п.д. и среднего давления цикла, а также в выявлении характера зависимости этих показателей от параметров цикла.

Разработаны три идеальных цикла ДВС:

1 - с подводом теплоты при постоянном объёме (цикл Отто);

2 - с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля);

3 - со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера).

При разработке циклов были приняты допущения:

1 - рабочее тело – идеальный газ;

2 - свойства рабочего тела в цикле не изменяются;

3 - рабочее тело не покидает цилиндр двигателя.