§ 24. Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что топливо сгорает непосредственно внутри устройства, где образовавшиеся горячие газы выполняют работу. В поршневом двигателе газ расширяется в цилиндре и перемещает поршень. Шатун передаёт его движение коленчатому валу, превращая возвратно-поступательное движение во вращательное. Впускные и выпускные клапаны управляют поступлением свежего заряда и удалением отработавших газов, а маховик помогает поддерживать более равномерное вращение.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя включает впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время впуска поршень движется так, что цилиндр заполняется смесью или воздухом. Затем клапаны закрываются и содержимое цилиндра сжимается. При сгорании топлива температура и давление резко возрастают. Расширяющийся газ толкает поршень и совершает полезную работу. На последнем такте отработавшие газы вытесняются через открытый выпускной клапан.

В бензиновом двигателе смесь обычно воспламеняется электрической искрой. В дизельном двигателе сначала сильно сжимается воздух и его температура повышается; впрыснутое топливо воспламеняется в горячем воздухе. Конкретные системы подачи топлива могут различаться. Важно понимать не устройство каждой современной модели, а общий принцип: энергия химического превращения топлива передаётся газу, затем преобразуется в движение поршня и вращение вала, часть которого используют для нужной работы.

Из четырёх тактов непосредственно рабочим является один, а остальные требуют энергии, запасённой вращающимися частями или полученной от других цилиндров. Поэтому многоцилиндровые двигатели работают равномернее: рабочие ходы происходят последовательно. Часть энергии неизбежно уходит с выхлопом, через охлаждение и трение деталей. Двигатель нуждается в смазке и охлаждении, а его применение связано с расходом топлива и воздействием выхлопных газов на окружающую среду. Эти особенности ограничивают эффективность реального устройства.