Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловой двигатель, где химическая энергия топлива, сгорающего непосредственно внутри рабочей камеры, преобразуется в полезную механическую работу.
Исторический путь к изобретению
Научно-техническая революция XVIII–XIX веков остро поставила вопрос о поиске более эффективного, чем паровая машина, источника энергии для промышленности. Множество учёных работало над этой задачей, но первым практический успех достиг бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар, создавший в 1860 году работоспособный аппарат, который и получил название «двигатель внутреннего сгорания». Однако его изобретению предшествовали важные открытия других исследователей.
Ключевым шагом стало открытие французским инженером Филиппом Лебоном в конце XVIII века светильного газа. Получив патент на его производство и использование, Лебон заложил основу для газового освещения, составившего конкуренцию свечам. Интересно, что движущей силой для учёного, по некоторым сведениям, была его личная фобия — патологическая боязнь темноты. В 1801 году Лебон запатентовал идею газового двигателя, принцип работы которого основывался на воспламенении смеси воздуха и светильного газа. Энергия расширяющихся при взрыве газов, по его замыслу, должна была совершать полезную работу. По сути, это был первый прототип ДВС, но довести разработку до конца Лебону не удалось из-за ранней смерти.
В последующие десятилетия многие изобретатели пытались создать двигатель на светильном газе, но их модели не могли сравниться с паровыми машинами. Прорыв совершил Ленуар, который в своей конструкции впервые применил электрическую искру для поджига топливной смеси. Дополнив двигатель системами охлаждения и смазки, он сделал его достаточно надёжным и коммерчески успешным. Однако, остановив дальнейшие разработки, Ленуар уступил патентные права немецкому конструктору Августу Отто.
Именно Отто разработал и запатентовал принцип четырёхтактного цикла (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), который лежит в основе большинства современных ДВС. Однако его монополия была оспорена в суде: французские учёные представили доказательства, что аналогичный принцип был ранее описан другим инженером — Бо де Рошем. Независимо от мотивов судьи (существуют разные версии), решение было вынесено в пользу французской стороны. Это лишило Отто эксклюзивных прав и, что важно для истории техники, предотвратило монополию одной страны на производство двигателей, ускорив их всемирное распространение и развитие.
Классификация и виды ДВС
Современные двигатели внутреннего сгорания классифицируются по нескольким ключевым признакам:
1. По виду топлива:
• Газовые (работают на природном газе, пропане и т.д.).
• Жидкостные (используют бензин, дизельное топливо).
2. По рабочему циклу:
• Двухтактные (цикл завершается за один оборот коленчатого вала).
• Четырёхтактные (цикл требует двух оборотов вала — наиболее распространённый тип).
• Двигатели непрерывного действия (например, газовые турбины).
3. По способу преобразования энергии:
• Поршневые (классические, с кривошипно-шатунным механизмом).
• Роторно-поршневые (двигатель Ванкеля).
• Турбинные (газотурбинные двигатели).
• Реактивные.
• Комбинированные (например, турбопоршневые).
4. По типу смесеобразования:
• С внешним смесеобразованием (топливо смешивается с воздухом вне цилиндра — карбюраторные и некоторые инжекторные двигатели).
• С внутренним смесеобразованием (топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр — дизели).
Устройство и принцип работы поршневого ДВС
Чтобы понять основы работы, удобнее всего рассмотреть классический поршневой двигатель. Его конструкция включает несколько основных систем:
• Кривошипно-шатунный механизм: преобразует возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре во вращение коленчатого вала через шатун. Расширяющиеся при сгорании газы давят на поршень, заставляя его двигаться.
• Механизм газораспределения: отвечает за своевременный впуск топливовоздушной смеси и выпуск отработавших газов.
• Система питания: готовит и подаёт горючую смесь в цилиндр.
• Система зажигания (в бензиновых двигателях): создаёт искру для воспламенения смеси.
• Система смазки: уменьшает трение и износ движущихся деталей.
• Система охлаждения: отводит избыточное тепло для поддержания оптимального температурного режима.
Таким образом, изобретение и совершенствование двигателя внутреннего сгорания стало одной из ключевых вех технического прогресса, кардинально изменившей транспорт, промышленность и всю современную цивилизацию.
