Коротко
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, которая превращает химическую энергию сгорающего топлива в механическую работу непосредственно внутри своей рабочей камеры. Именно благодаря ДВС движется большинство автомобилей, мотоциклов, а также многие виды водного и воздушного транспорта. Принцип его работы основан на быстром расширении горячих газов, возникающих при сгорании топлива, которые толкают поршень.
Определение
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тип теплового двигателя, в котором топливо сгорает непосредственно внутри рабочей камеры, а образующиеся при этом горячие газы расширяются и совершают механическую работу.
Как ДВС превращает тепло в движение
Основная идея ДВС — использовать энергию, которая выделяется при сгорании топлива. Когда топливо (например, бензин или дизель) смешивается с воздухом и воспламеняется внутри цилиндра, происходит быстрый взрыв. Этот взрыв создает очень высокое давление и температуру. Горячие газы, стремясь расшириться, толкают подвижную часть двигателя — поршень. Поршень, в свою очередь, через шатун вращает коленчатый вал, который и передает крутящий момент на колеса или другие механизмы.
Устройство и основные части ДВС
Любой ДВС имеет несколько ключевых частей. Цилиндр — это камера, где происходит сгорание топлива. Внутри цилиндра движется поршень. Поршень соединен с шатуном, который передает его поступательное движение на коленчатый вал, превращая его во вращательное. Также в ДВС есть клапаны для впуска топливовоздушной смеси и выпуска отработавших газов, и свеча зажигания (в бензиновых двигателях) или форсунка (в дизельных) для воспламенения топлива.
Рабочий цикл ДВС: четыре такта
Чаще всего встречаются четырехтактные ДВС, их работа состоит из четырех этапов, или тактов, за два оборота коленчатого вала. Первый такт — впуск: поршень движется вниз, впуская топливовоздушную смесь. Второй — сжатие: поршень движется вверх, сжимая смесь. Третий — рабочий ход (сгорание и расширение): смесь воспламеняется, горячие газы толкают поршень вниз. Четвертый — выпуск: поршень движется вверх, выталкивая отработавшие газы. Затем цикл повторяется.
Где это встречается
- Автомобили и мотоциклы — ДВС является основным источником движения, приводя в действие колеса через трансмиссию.
- Водный транспорт (катера, лодки) — Моторы с ДВС вращают гребные винты, обеспечивая движение по воде.
- Электрогенераторы — ДВС вращает генератор, вырабатывая электричество там, где нет подключения к сети.
- Сельскохозяйственная техника (тракторы, комбайны) — Мощные дизельные ДВС приводят в движение машины для обработки полей и сбора урожая.
- Строительная техника (экскаваторы, бульдозеры) — ДВС обеспечивает работу гидравлических систем и перемещение тяжелых машин.
Типичные ошибки
| Неверно | Верно | Почему |
|---|---|---|
| Двигатель внутреннего сгорания производит электричество. | ДВС производит механическую работу (крутящий момент), которую затем можно преобразовать в электричество с помощью генератора. | Путают сам двигатель с электрогенераторной установкой, где ДВС является лишь частью. |
| В ДВС сгорает только бензин. | ДВС может работать на бензине, дизельном топливе, газе (пропан-бутан, метан) и других видах топлива. | Самый распространенный пример — бензиновые автомобили, поэтому люди часто забывают о других видах топлива. |
| КПД ДВС очень высокий. | Коэффициент полезного действия (КПД) ДВС относительно невысок, большая часть энергии топлива теряется в виде тепла (через выхлопные газы и систему охлаждения). | Недооценивают потери энергии, которые неизбежны при преобразовании тепловой энергии в механическую. |
Не путать
- Электродвигатель — ДВС работает за счет сгорания топлива внутри, а электродвигатель — за счет электрической энергии, создающей магнитное поле. Электродвигателю не нужны топливо, свечи и выхлопная труба.
- Паровая машина — ДВС сжигает топливо внутри двигателя. Паровая машина — это двигатель внешнего сгорания: топливо сжигается в отдельной топке, нагревая воду и производя пар, который затем приводит в движение поршни.
- Реактивный двигатель — ДВС обычно преобразует энергию в крутящий момент через поршни и вал. Реактивный двигатель создает тягу, выбрасывая высокоскоростной поток газов назад, без поршней и кривошипно-шатунного механизма.
Откуда взялось понятие
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания был предложен еще в XVII веке, но первые практические образцы появились в XIX веке. В 1860 году Этьен Ленуар создал первый коммерчески успешный двухтактный газовый двигатель, а в 1876 году Николаус Отто разработал более эффективный четырехтактный двигатель, который стал прототипом современных бензиновых ДВС.
Как запомнить
ДВС – это когда «взрыв внутри» толкает машину вперёд.
Проверь себя
4 задания-
Назовите основной процесс, который превращает энергию топлива в ДВС в механическую работу.
Ответ
Сгорание топлива, приводящее к расширению горячих газов. -
Сколько тактов у самого распространенного типа ДВС?
Ответ
Четыре такта. -
Какая деталь ДВС превращает поступательное движение поршня во вращательное?
Ответ
Коленчатый вал. -
Что происходит во время такта «выпуск»?
Ответ
Поршень движется вверх, выталкивая отработавшие газы через выпускной клапан.
Частые вопросы
Почему двигатель называется «внутреннего сгорания»?
Он так называется, потому что топливо сгорает непосредственно внутри рабочей камеры (цилиндра) самого двигателя, а не в отдельной топке, как, например, в паровых машинах.
Можно ли заправлять ДВС любым топливом?
Нет. Каждый тип ДВС (бензиновый, дизельный, газовый) рассчитан на определенный вид топлива и его свойства. Использование неподходящего топлива может привести к поломке двигателя.
Какие бывают виды ДВС?
ДВС различаются по типу топлива (бензиновые, дизельные, газовые), по числу тактов (двухтактные, четырехтактные), по способу воспламенения (от искры или от сжатия) и по компоновке цилиндров (рядные, V-образные, оппозитные).
Почему ДВС так широко распространены, если у них невысокий КПД?
ДВС получили широкое распространение благодаря своей относительной компактности, высокой мощности на единицу массы, способности работать автономно (без внешней электросети) и развитой инфраструктуре производства топлива.
Спросить про это понятие
Двигатель внутреннего сгорания
Где это изучается
5 параграфовОдна и та же тема разложена по разным учебникам — можно сравнить формулировки и выбрать более понятную.