Будущее без бензина: как заработать на отказе от двигателей внутреннего сгорания

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания постепенно уйдут в прошлое. Их продажу Норвегия запретит с 2025 года, Япония — с 2035, Сингапур — с 2040 года. Резко ограничить или запретить продажу таких машин собираются в Великобритании, Германии и Канаде. А с 2040 года наступит полный запрет на продажу любых грузовиков с традиционными моторами по всей Европе.

В 2019 году доля электромобилей в мировых продажах машин составляла 2,5%, по итогам 2020-го она выросла почти в два раза — до 4,2%. Эти факторы указывают на сильный рост производства электрокаров в ближайшие годы, главным «узким горлом» которого станут аккумуляторы.

Один из главных компонентов аккумуляторов — литий, который также используется в производстве аккумуляторов для смартфонов, ноутбуков и другой техники. Рост спроса на электромобили может привести к нехватке лития (а также кобальта и палладия), так как на производство аккумулятора для электрокара необходимо в десятки раз больше металла, чем при изготовлении мелкой техники. Согласно недавнему исследованию Международного энергетического агентства (МЭА) «Роль критических минералов в переходе к чистой энергии», в 2040 году спрос на литий может вырасти в 50 раз.

Производители электрокаров и современных аккумуляторов, способных удерживать заряд на больших расстояниях, нуждаются также в кобальте, графите, марганце и редкоземельных элементах для их двигателей и батарей. Кобальт, например, входит в состав электродов литиевых аккумуляторов, которых в свете зеленых инициатив властей во всем мире требуется все больше и больше. Это означает, что спрос на кобальт начинает превышать предложение, и шансов изменить это очень мало. МЭА прогнозирует рост спроса на кобальт и графит в 30 раз в случае замены автомобилей с масляным приводом на электромобили.

Растущий спрос, конечно, будет стимулировать промышленность осваивать новые запасы полезных ископаемых, но их потенциальные источники ограничены, а процесс доставки — дорогостоящий и сложный. Другими словами, мир может столкнуться с серьезной нехваткой критически важных материалов и существенными колебаниями цен на них.

Вызывает опасения то, что добыча и производство этих металлов сконцентрированы на небольшой территории нескольких стран. По данным МЭА, 80% мирового кобальта поставляет Демократическая Республика Конго, 70% редкоземельных металлов — Китай (в этом сегменте работают China Rare Earth (0769 HK), MMG (1208 HK), Ganfeng Lithium (1772 HK), производство лития в основном осуществляется в Аргентине и Чили (вместе они дают почти 80% мировых поставок), в то время как четыре страны — Аргентина, Чили, ДРК и Перу — обеспечивают большую часть меди на рынке.

Инвестиционные возможности

В последние несколько лет поддерживать тренд перехода на электрокары стало проще благодаря IPO таких компаний, как Tesla, Nio, Nikola Motor и других разработчиков электрокаров. В то же время эти компании сейчас очень высоко оценены рынком и зависят от внешних вливаний. Кроме того, есть риск со стороны разработок традиционных автопроизводителей — можно ожидать сильную волатильность акций (вплоть до массового банкротства) в случае провала или неудачных запусков их пилотных проектов. Например, Tesla только в последней отчетности показала выход на безубыточность основного направления бизнеса без учета продажи налоговых кредитов традиционным автопроизводителям.

Еще одним вариантом поучаствовать в тренде на электрификацию автомобильного транспорта в будущем является покупка акций производителей традиционных автомобилей (General Motors, Ford, Toyota, BMW, Hyundai, Volkswagen и др.), которые также делают успехи в этом направлении, активно разрабатывают и даже уже производят собственные EV пока в небольших объемах. Это также ставка на будущее, но уже без взрывного роста. Эти компании более понятны инвестору, они давно на рынке и финансируют капитальные затраты из собственного денежного потока.

Производители аккумуляторов

Еще одна большая группа бенефициаров тренда — производители аккумуляторов, которых можно разделить на три группы: LFP-батареи, NMC-аккумуляторы и аккумуляторы с твердотельным электролитом.

LFP-батареи (аккумуляторы на основе фосфата железа) используются, в частности, в младших версиях электромобилей Tesla китайской сборки. Аккумуляторные ячейки на основе фосфата железа хуже переносят низкие температуры, но более устойчивы к перегреву и обладают более длительным сроком службы. Лидером на рынке является китайская компания Contemporary Amperex Techn (CATL) с долей в 31,5 %, акции доступны на Шэньчжэньской бирже. За ней следуют корейские игроки LG Energy Solution, Samsung SDI и SK Innovation. Две последние компании также публично торгуются.

Более дорогие NMC-аккумуляторы (литий-никель-марганец-кобальт-оксидные) имеют меньший ресурс и более подвержены воспламенению в результате механических повреждений, но компенсируют это лучшей отдачей в морозную погоду и большей плотностью хранения заряда. Ведущими производителями выступают LG Energy Solution и Panasonic (публичная компания).

На аккумуляторы с твердотельным электролитом делают ставку в том числе и крупнейшие автопроизводители мира: Toyota, Volkswagen, Ford, BMW, Hyundai и др. Volkswagen инвестирует в QuantumScape, Toyota разрабатывает такие аккумуляторы своими силами, а Ford и BMW недавно вложили $130 млн в американскую компанию Solid Power (работает с 2017 года). Уже в следующем году Solid Power начнет пилотное производство тяговых батарей с твердотельным электролитом. К серийному производству планируется приступить еще через несколько лет.

Корейская Hyundai начнет массовое производство таких батарей лишь к 2030 году, причем само производство будет поручено сторонним компаниям — сами корейцы лишь участвуют в разработке технологии. Еще одним серьезным игроком на рынке батарей с твердотельным аккумулятором может стать крупная тайваньская компания Foxconn, известный контрактный производитель мобильной и компьютерной техники, в частности, по заказу Apple. Коммерческое производство аккумуляторов Foxconn планирует запустить в 2024 году, а первые прототипы будут изготовлены уже в этом году. QuantumScape — единственная публичная компания, непосредственно занимающаяся разработкой. Сейчас нет готового продукта, и ожидается, что компания будет убыточна до 2023 года. Компания вышла на IPO в конце 2020 года. Ее аккумуляторы должны быть готовы к выходу на рынок в ближайшие пять лет.

Перспективы рынка

Перспективы рынка аккумуляторов для электромобилей очевидны: автомобильная индустрия активно отказывается от машин с двигателем внутреннего сгорания в пользу экологически чистого (условно) транспорта. Например, только на территории Китая и только в этом году было анонсировано строительство 22 новых предприятий по производству тяговых аккумуляторов для транспорта. Инвестиции в эти проекты насчитывают $24,9 млрд.

У Индонезии также есть амбициозные планы в отношении батарей для электрокаров. Страна хочет стать мировым центром производства литиевых аккумуляторов, и у нее есть к этому все предпосылки. Индонезия обладает 22% мировых запасов никеля, в год она производит до 30 % этого металла в мире. Руководство страны еще в 2019 году ввело ограничения на экспорт минеральной руды, что существенно повысило стоимость никеля на бирже. С тех пор ведутся переговоры с зарубежными компаниями о строительстве предприятий по производству аккумуляторов на территории Индонезии. Уже достигнуто соглашение с LG Energy Solution о создании предприятий, подразумевающих полный цикл производства батарей — от добычи никеля до получения готовых аккумуляторов. Корейцы собираются вложить в этот проект около $10 млрд. Также ведутся переговоры с компаниями Tesla, CATL, BASF, Eramet, так что, возможно, уже через пять лет индонезийские предприятия будут поставлять значительное число аккумуляторов на мировой рынок.

Читать еще: Toyota 4runner какой двигатель лучше

Американские автопроизводители также понимают перспективы рынка тяговых батарей: на территории США в ближайшее десятилетие появится не одно новое предприятие по производству таких товаров. К примеру, Ford и южнокорейская компания SK Innovation основали совместное предприятие под названием BlueOvalSK. Новая компания планирует уже к 2025 году выйти на мощность в 60 ГВт*ч суммарной емкости выпускаемых на производстве батарей, этого будет достаточно для комплектования 600 000 электромобилей. Компании вложат в новый проект не менее $5,3 млрд в ближайшие пять лет.

Еще одна южнокорейская компания LG Energy Solution инвестирует $4,5 млрд в производство аккумуляторов на территории США в ближайшие четыре года. Строительство первого завода в Огайо в партнерстве с General Motors уже близится к завершению. Планируемая мощность предприятия — 35 ГВт*ч. В планах LG Energy Solution также строительство второго завода — на территории Теннесси.

Курс на зеленую энергетику, поддерживаемый многими странами мира, меняет современную реальность. Появление новых индустриальных игроков с сопутствующей трансформацией существующих цепочек поставок открывает множество инвестиционных возможностей. Правильный выбор целей и момента для входа в них способны приумножить капитал инвесторов.

При участии Ольги Веретенниковой и Михаила Никитина (Borsell Research)

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора

Все о двигателях внутреннего сгорания: устройство, принцип работы и тюнинг

Двигатель внутреннего сгорания – это такой тип мотора, у которого топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних носителях. ДВС преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.

Из истории

Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.

Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.

Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.

В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.

Виды двигателей

Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип работы

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.

Устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

Порядок работы

При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

Читать еще: Что такое двигатель закипел

Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Тип топлива

Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.

Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.

Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.

Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.

Устройство и теория двигателей внутреннего сгорания

В данной статье разберем устройство и теорию двигателей внутреннего сгорания, рассмотрим из чего они состоят и как работают. Вы найдете основные понятия и термины, описывается конструкция и работа двигателя.

Автомобильные двигатели различают:

по способу приготовления горючей смеси — с внешним смесеобразованием (карбюраторные, инжекторные, газовые двигатели) и с внутренним смесеобразованием (дизели),
по роду применяемого топлива — бензиновые (работающие на бензине), газовые (на горючем газе) и дизели (работающие на дизельном топливе),
по способу охлаждения — с жидкостным и воздушным охлаждением,
расположению цилиндров — рядные и V-образные,

по способу воспламенения горючей (рабочей) смеси—с принудительным зажиганием от электрической искры (карбюраторные и инжекторные двигатели) или с самовоспламенением от сжатия (дизели).

Бензиновые – это двигатели, работающие на бензине, с принудительным зажиганием. Приготовление топливно-воздушной смеси, и её дозирование осуществляют карбюраторные и инжекторные системы питания. Смесь в цилиндре воспламеняется в конце такта сжатия, принудительно от электрической искры.

Дизельные — это двигатели, работающие на дизельном топливе с воспламенением от сжатия. В дизельных двигателях смесь приготавливается непосредственно в цилиндре из воздуха и топлива, подаваемых в цилиндр раздельно. Воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре происходит самопроизвольно от воздействия высокой температуры при сжатии. Исключением является система непосредственного впрыска бензина, где зажигание смеси осуществляется от электрической искры.

Газовые — это двигатели, которые работают на пропано-бутановом газе, с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, газ смешивается с воздухом. По принципу работы такие двигатели практически не отличаются от бензиновых и мы не будем их рассматривать. Однако, если вы переоборудовали свой автомобиль «на газ», то советую изучить статью Газобаллонное оборудование. Схема ГБО.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания:

кривошипно-шатунный механизм,
газораспределительный механизм,
система питания (топливная),
система выпуска отработавших газов,
система зажигания,
система охлаждения,

система смазки.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Для начала, возьмем простейший одноцилиндровый двигатель и разберемся с его устройством и работой. Рассмотрим протекающие в нем процессы, и выясним откуда все-таки берется тот самый крутящий момент, который в конечном итоге приходит на ведущие колеса автомобиля.

Одна из основных деталей двигателя — цилиндр 6, в котором находится поршень 7, соединенный через шатун 9 с коленчатым валом 12. При перемещении поршня в цилиндре вверх и вниз его прямолинейное движение шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик 10, который необходим для равномерности вращения вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой, в которой находятся впускной 5 и выпускной клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала 14 через передаточные детали 15. Распределительный вал приводится во вращение шестернями 13 от коленчатого вала. Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения.

Для нормальной работы двигателя в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Для уменьшения затрат работы на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Понятия и термины при работе двигателя

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — это крайнее верхнее положение поршня.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — это крайнее нижнее положение поршня.

Ход поршня — это расстояние, пройденное от одной мертвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернется на полоборота.

Камера сгорания (сжатия) — это пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — это пространство, освобождаемое поршнем при перемещение его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигателя — это сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя. При малых объемах (до 1 л.) его выражают в кубических сантиметрах, а при больших — в литрах.

Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и рабочего объема.

Степень сжатия — это число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. В бензиновых двигателях степень сжатия бывает от 8 до 12, а в дизелях — от 14 до 18. Степень сжатия не стоит путать с компрессией, т.к. это два разных понятия.

Такт — процесс (часть цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

При работе поршневого двигателя внутреннего сгорания поршень совместно с верхней головкой шатуна движется в цилиндре поступательно (вверх – вниз), при этом коленчатый вал совместно с нижней головкой шатуна совершает вращательные движения. У подавляющего большинства двигателей, если смотреть на двигатель со стороны шкива, вращение коленчатого вала осуществляется по часовой стрелке. За один оборот коленчатого вала (360°) поршень в цилиндре совершает два хода (один ход вверх и один вниз).

При постоянной скорости вращения коленчатого вала двигателя, поршень в цилиндре движется с ускорением – замедлением. Наименьшие скорости движения поршня будут наблюдаться при его «крайних» положениях в цилиндре — в верхней (ВМТ) и нижней части (НМТ). В верхней и нижней части цилиндра поршень «вынужден» сделать остановку, чтобы поменять направление движения.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя: а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск.
Работа двигателя складывается из совокупности процессов, протекающих в цилиндрах двигателя с определённой последовательностью. Эти процессы называют рабочим циклом и состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Подробнее в статье Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя.

Об устройстве двигателя также рассказано в данных статьях:

Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы

Как работает двигатель (из цикла передачи ‘как это устроено’)

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — распространенней вид теплового двигателя, в нем топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Такой тип теплового Двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. На рисунке 204 показан разрез простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен тяжелый маховик 6, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.

В верхней части цилиндра имеются два клапана 1 и 2, которые при работе, двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 7, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800°С. Давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Рассмотрим более подробно, схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными. Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рис. 205, а). Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 ив цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рис. 205, б). В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рис. 205, в). Под действием расширяющихся горячих газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах.

В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в, атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх (рис. 205, г). В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

Затем циклы работы двигателя повторяются.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска. В автомобильных двигателях пуск двигателя обычно осуществляется вспомогательным электрическим двигателем — стартером.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания, На рисунке 206 изображен разрез такого двигателя. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход, и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней.

Имеются и восьмицилиндровые автомобильные двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Необходимой частью всякого двигателя внутреннего сгорания является система охлаждения, так как возможны и преждевременные вспышки горючей смеси и даже ее взрыв. Охлаждение цилиндров производится проточной водой или воздухом, поэтому двигатели внутреннего сгорания бывают с жидкостным или воздушным охлаждением.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Вопросы.

1. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания? 2. Из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания? 3. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания? 4. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя? Сколько оборотов делает при этом вал двигателя? 5. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырех тактов? Как называют эти такты? 6. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания? 7. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях? 8. Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?