11. Циклы двигателей внутреннего сгорания

Идея использования в качестве рабочего тела продуктов сгорания органического топлива принадлежит Сади Карно. Он обосновал принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с предварительным сжатием воздуха в 1824 г., но по ограниченным техническим возможностям того времени создание такой машины реализовать было нельзя.

Первый поршневой ДВС без предварительного сжатия был создан в 1857 г. французским изобретателем Э. Ленуаром. Этот двигатель имел малый КПД по сравнению с паровыми машинами и не нашел дальнейшего распространения.

В 1862 г. во Франции был запатентован двигатель Бо-де-Роше со сжатием топливно-воздушной смеси и со сгоранием ее при постоянном объеме. Двигатель, работающий на таком принципе, впервые был построен в Германии инженером Отто. В таких двигателях топливно-воздушная смесь образуется вне цилиндра сжатия: для бензинового двигателя смешение происходит в карбюраторе, для газового – непосредственно перед цилиндром сжатия.

В 1895 г. в Германии инженер Р. Дизель построил двигатель с внутренним смешением воздуха и жидкого топлива. В таком двигателе сжимается только воздух, а потом в него через форсунку впрыскивается топливо. Благодаря раздельному сжатию воздуха в цилиндре такого двигателя получалось большое давление и температура, а впрыскиваемое туда топливо самовозгоралось. Такие двигатели получили название дизельных в честь их изобретателя.

В настоящее время поршневые ДВС получили большое распространени практически на всех видах транспорта и на передвижных энергетических установках.

Основными преимуществами поршневых ДВС по сравнению с ПТУ является их компактность и высокий температурный уровень подвода теплоты к рабочему телу. Компактность ДВС обусловлена совмещением в цилиндре двигателя трех элементов тепловой машины: горячего источника теплоты, цилиндров сжатия и расширения. Поскольку цикл ДВС разомкнутый, то в качестве холодного источника теплоты в нем используется внешняя среда (выхлоп продуктов сгорания). Малые размеры цилиндра ДВС практически снимают ограничения на максимальную температуру рабочего тела. Цилиндр ДВС имеет принудительное охлаждение, а процесс горения быстротечен, поэтому металл цилиндра имеет допустимую температуру. КПД таких двигателей весьма высок.

Основным недостатком поршневых ДВС является техническое ограничение их мощности, находящееся в прямой зависимости от объема цилиндра, о чем будет сказано ниже.

205