В 1937 г. в институте химической физики АН СССР начаты работы по факельному зажиганию, а в начале 1960-х г. г. на Горьковском автозаводе создана конструкция двигателя с зажиганием такого типа. Это были первые двигатели с расслоением заряда. В 1954 г. появились двигатели с впрыском бензина, что позволило повысить мощность и улучшить экономичность бензиновых ДВС [10]. В 1995 г. мировой выпуск автомобильных двигателей с впрыском бензина составил 75 % от общего числа бензиновых ДВС. Применение наддува на этих двигателях, начавшееся с 1970 г., позволило повысить их мощность на 25…30 %.

     В середине 50-х годов в связи  с развитием реактивных двигателей авиация перешла на потребление  средних фракций нефти (керосин, реактивное топливо). Это привело  к возникновению избытка легких топлив. В 1954 г. появились многотопливные двигатели фирмы MAN с M-процессом, позволяющим сжигать бензины с малыми скоростями нарастания давлений.¹¹

     В 60-е годы возникает направление  комбинации поршневого двигателя с газовой турбиной – турбокомпаундные двигатели. Большегрузные автомобили «Скания» с такими двигателями имеют мощностные и экономические показатели, находящиеся в ряду наилучших для автомобильных двигателей.

     Значительным  шагом в развитии автомобильного двигателестроения стало появление первого работоспособного роторно-поршневого двигателя в 1957 г., созданного в Германии под руководством немецкого исследователя Ф.Ванкеля (1902…1988 г.г.). Имея малую удельную массу и габариты, высокую надёжность, РПД достаточно быстро получили широкое распространение главным образом на легковом автотранспорте, в авиации, на судах и стационарных установках. К 2000 г. было изготовлено более двух миллионов автомобилей с РПД.¹²

     В последние годы продолжается процесс  совершенствования и улучшения  показателей бензиновых двигателей и дизелей. 

3. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

     Цикл  Отто. Отто первым осуществил сжатие для поднятия максимальной температуры цикла. Сжатие (а-с на диаграмме) осуществлялось по адиабате (без изменения теплоты). Теплота подводится изохорно (с-z на диаграмме). Далее следовало адиабатическое расширение (z-b на диаграмме), после чего изохорный отвод теплоты (b-a на диаграмме)

     КПД автомобильных двигателей (в большинстве  своем они используются именно в  автомобилях, но также и в лодочных моторах и малой авиации) работающих по циклу Отто достигает 33-35%.¹³

     Степени сжатия достигают значения 8-9 (до10) у  карбюраторных двигателей, 10-11 у  двигателей с распределенным впрыском и до 12.5 у двигателей с непосредственным впрыском. У надувных двигателей степень  сжатия понижают, с целью избежания  детонации (т.к. наддувный мотор работает с большими давлениями и температурами  в конце такта сжатия). У двигателей с непосредственным впрыском есть возможность работы на обедненных смесях с α=1.15-1.3 этим достигается высокая экономия топлива и снижение выбросов (в основном СО). 

     Цикл  Дизеля. Дизель предложил сжимать в цилиндре не топливо-воздушную смесь, а воздух. В конце такта сжатия подавалось топливо в смеси с воздухом, от высокой температуры и давления в конце такта сжатия происходило самовоспламенение топлива.

     Сжатие (а-с на диаграмме) осуществлялось также  по адиабате. Теплота подводится изобарно (с-z на диаграмме). Далее следовало адиабатическое расширение (z-b на диаграмме), после чего изохорный отвод теплоты (b-a на диаграмме). Существенным преимуществом этого цикла является возможность применения высоких степеней сжатия (свыше 20, сам Дизель хотел около 100, но ее дальнейшее увеличение нецелесообразно из-за высокой механической и тепловой напряженности деталей двигателя).¹⁴ Теплота подводится изобарно, а отводится изохорически (изохорно).

     Впрыск  топлива происходил в конце такта  сжатия. Особенностью цикла Дизеля, в его первозданном виде было компрессорное  пневматическое распыливание топлива.

     Отказ от этого цикла был связан с  тем, что на привод компрессора (а у «настоящего» дизеля было компрессорное впрыскивание топливо – воздушной смеси) приходилось 10-15% работы двигателя, в связи, с чем расход топлива у таких дизелей был не совсем приемлемым, т.е. эффективные показатели были ниже чем у цикла Сабатэ – Тринклера, но в тоже время индикаторные показатели и экологические показатели были выше чем у двигателей работающих по циклу Сабатэ – Тринклера (о них речь пойдет ниже). Связанно это было с более лучшим смесеобазованием - подавалась топливовоздушная смесь, а нетопливо в жидкой фазе как у современных дизелей. Повсеместный переход от пневматического на механическое распыливание топлива и соответственно с цикла Дизеля на цикл Сабатэ - Тринклера начался в 30-х годах прошлого века. Практически сейчас двигателей работающих по циклу Дизеля не производятся (за исключением экспериментальных образцов). 

     Цикл  Сабатэ - Тринклера. Сжатие (а-с на диаграмме) осуществлялось по адиабате. Теплота подводится смешанно: изохорно (c-z на диаграмме) и далее изобарно (z'-z на диаграмме). Далее следовало адиабатическое расширение (z-b на диаграмме), после чего изохорный отвод теплоты (b-a на диаграмме).¹⁵

      Все выпускающиеся сейчас дизельные  двигатели на самом деле работают по циклу Сабатэ - Тринклера, циклу  со смешанным подводом теплоты (и  с механическим распыливанием топлива). Теплота подводится сначала изохорно, а затем, как и у цикла Дизеля изобарно.

     Степени сжатия у безнаддувных двигателей достигают  значения 18-22, и 13-15 у наддувных высокофорсированных  двигателей.¹⁶ Область применения этих двигателей очень широка: генераторы, автомобили как грузовые так и легковые, трактора, тепловозы, судна и корабли, самолеты, вспомогательные энергетические установки как на кораблях так и на электростанциях, приводы насосов и т.д. и т.п.

     Соблюдается тенденция, чем больше двигатель (а именно диаметр цилиндра и ход поршня) и чем менее он оборотистый – тем более он экономичен.

4.Сравнительный анализ идеальных циклов двигателей

внутреннего сгорания

     Как было изложено выше, в основу работы двигателей внутреннего сгорания положены три идеальных цикла, которые отличаются способом подвода теплоты, при одинаковом способе отвода тепла, а именно при V=const. Эти циклы в координатах p-V изображаются следующим образом.

Рис.1

     Необходимо  указать на неправильно существовавшую терминологию циклов двигателей внутреннего сгорания. Циклы раньше именовались: Отто, Дизеля, Сабатэ. Следует признать, что такая терминология должна быть отброшена как явно неправильная, на основании следующих соображений.

     Николай Отто построил в 1876-1878 годах четырехтактный газовый двигатель с предварительным сжатием смеси и сгоранием при постоянном объеме; но он не является автором такого цикла. Такой цикл много раньше, в 1826 г., предложил Бо-де-Роша и описал его в выпущенной им брошюре. Можно говорить о двигателе Отто, но нельзя говорить о цикле Отто.

     Цикл  сгорания топлива при постоянном давлении неправильно именовать циклом Дизеля, так как Дизель предлагал вести сгорание топлива по изотерме и запатентовал такой способ сгорания топлива. Но уже в самом начале опытов, было установлено, что цикл, предложенный Р. Дизелем, не имеет никакого практического и теоретического значения. Всякое приближение процессов горения к изотермическому вело к увеличению расхода топлива. В 1899 г. проф. Депп Г.П. провел испытания двух двигателей с самостоятельным воспламенением, один усовершенствованный русскими инженерами завода «Л. Нобеля» двигатель Дизеля, второй Аусбургского завода, построенного под наблюдением самого Дизеля. Анализ индикаторной диаграммы двигателя завода «Л.Нобеля» показал, что линия сгорания топлива протекает по изобаре.

     В то время, как индикаторная диаграмма  Аусбургского завода показала, что этот двигатель работал по циклу, не похожему ни на один цикл работы двигателя со сгоранием по изобаре. Таким образом, цикл работы двигателя со сгоранием по изобаре был впервые осуществлен в России.

     Что касается наименования цикла смешанного сгорания циклом Сабатэ, так это еще менее обосновано. Сабатэ в 1898 году получил в России патент №19155 не на цикл, а на особую конструкцию распылителя, который впрыскивал топливо в рабочий цилиндр в два последовательных отрезка времени с целью осуществить цикл смешанного сгорания. Между тем, уже в 1904 году проф.¹⁷ Майером был испытан двигатель, построенный Тринклером на Путиловском заводе в 1902 г. Снятая индикаторная диаграмма показала, что сгорание в двигателе происходило по смешанному циклу. Таким образом, доказано, что первым в мире двигателем с самовоспламенением, работающим по циклу смешанного сгорания, был двигатель конструкции Тринклера.

     Поэтому, чтобы избежать разноречий в наименовании циклов, циклы Отто, Дизеля, Сабатэ следует именовать, соответственно, циклами быстрого, постоянного и смешанного сгорания, которые положены в основу работы карбюраторного, компрессорного и бескомпрессорного двигателей.

Заключение

     В данной реферативной работе мы изучили историю развития, разновидности двигателей внутреннего сгорания с точки зрения истории философии науки и техники, получили дополнительные знания по данной теме.

     Анализируя техническое изобретение двигателя внутреннего сгорания, мы сможем предположить, что научная база, основные принципы изобретения двигателя внутреннего сгорания, к этому времени была уже построена. Начался процесс осуществления задачи, приведший к появлению собственно двигателя внутреннего сгорания, тех главных частей в конструкции и функционировании, которые сохранились до текущего момента.

     Современные идеи о возможности увеличения степени сжатия двигателей внутреннего сгорания до сверхвысоких величин на новом этапе времени, как выразился один из уважаемых профессоров, приводят теоретиков и конструкторов- практиков в ужас. В основе такого подхода и неадекватного восприятия фактов лежит не фантастичность идей, а консерватизм мышления. Идея после ее реализации в жизнь не может считаться фантастичной. История развития науки, в том числе и теории ДВС, фактически есть история борьбы и преодоления таких «ужасов». Если прочитать историю жизни Р.Дизеля, то его идеи вызывали у известных теоретиков и практиков того времени не меньший «ужас».

Список  использованной литературы

1. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях. – М.: Машиностроение, 1969. – 248 с.: ил.
2. Вибе И. И. Теория двигателей внутреннего сгорания. Конспект лекций. – Челябинск: ЧПИ, 1974.
3. Вибе И. И. Новое о рабочем цикле двигателя (скорость сгорания и рабочий цикл двигателя). – М. – Свердловск: Машгиз, 1962.
4. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов. – М.: Высшая школа. МАДИ (ГТУ), 2005.
5. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчёт  процессов / Б. А. Шароглазов, М. Ф. Фарафонтов, В. В. Клементьев // под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, профессора, доктора технических наук Б. А. Шароглазова. – Челябинск: ЮУрГУ, 2004. – 197 с.
6. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с. : ил.
7. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д. Н. Вырубов, В. И. Ивин и др. Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова, – М., Машиностроение, 1983.
8. Дьяченко Н. Х., Костин А. К., Мельников Г. В. и др. Теория двигателей внутреннего сгорания. – М. – Л.: Машиностроение, 1965.
9. Махалдиани В. В., Эджибия И. Ф., Леонидзе А. М. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия. – Тбилиси: Мецниереба, 1973. – 271 с.
10. Махалдиани В. В. О двигателях автоматическим регулированием степеней сжатия // Доклады семинара по двигателям внутреннего сгорания савтоматическом регулирования степеней сжатия. – Тбилиси: Мецниереба, 1976. – 76 с.
11. Орлин А. С., Вырубов Д. Н. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. – М.:, Машиностроение, 1971. –125 с.
12. Теория ДВС: Учебник / Под ред. Н.Х. Дьяченко. – Л.: Машиностроение, 1974. – 552 с.: ил.
13. Цветков В. Т. Двигатели внутреннего сгорания. – Харьков: Изд. ХГУ, 1960. – 343 с.
14. Чайнов Н., Косарев В., Панин В. Проблемы поршневого двигателестроения в России: Двигатель. – М., 2000. – № 3. – С.21-26.
15. Энгельс Ф. Диалектика природы. – Л.: Госполитиздат, 1952.