§ 22. Двигун внутрішнього згорання

Парові машини та турбіни були першими тепловими двигунами. Проте інженери та винахідники пропонували інші моделі теплових двигунів. Одні вдосконалювали окремі вузли, а інші

знаходили принципово нові рішення в конструкції робочого механізму.

У 1876 році німецький інженер Ніколаус Отто сконструював перший двигун внутрішнього згорання (двигун Отто).

Будова двигуна (сучасна) показана на мал. 43. Повний цикл роботи такого двигуна розбитий на чотири етапи — такти. Через це двигун Отто називають 4-тактним.

На мал. 44 ви бачите схему процесів, що відбуваються під час кожного з тактів.

1 Такт. Впуск. Поршень рухається вниз, лівий клапан відкритий, правий закритий. У циліндр засмоктується робоча суміш — повітря з парами бензину.

2    Такт. Стиск. Поршень рухається вгору. Обидва клапани закриті.

Робоча суміш стискається.

3    Такт. Робочий хід. Від іскри, яка утворюється у спеціальному пристрої (свічці), суміш згорає і, розширюючись, штовхає поршень вниз.

4    Такт. Випуск газів. Лівий клапан закритий, правий відкритий.

Поршень рухається вгору і виштовхує гази (продукти згорання) у навколишнє середовище.

Otto сконструював також двохтагстний двигун. У цьому двигуні під час першого такту (поршень рухається вниз) відбувається робочий хід. У кінці такту через спеціальний отвір вдувається робоча суміш і виштовхуються гази. При другому такті (поршень рухається вгору) закінчується продування циліндра і здійснюється стиск робочої суміші. Внаслідок своїх конструктивних особливостей двохтактні двигуни, при однакових розмірах, більш потужні, ніж 4-тактні. Тому такі двигуни часто встановлюють на мопедах, скутерах, мотоциклах.

У 1892 році німецький інженер Рудольф Дізель отримав патент на двигун нової конструкції (дизель).

Його відмінності сформульовані у патенті наступним чином.

Повітря і горюча речовина перед впуском у циліндр не змішуються.

Повітря стискується в циліндрі настільки сильно, що нагрівається до високої температури. Температура повинна перевищувати температуру запалювання горючої речовини.

У дизелі (мал. 45) під час першого такту в циліндр

засмоктується повітря через лівий клапан. При другому такті поршень рухається вгору, обидва клапани закриті. Повітря стискається і нагрівається. Третій такт — робочий хід. У циліндр із стиснутим повітрям через спеціальний пристрій (форсунку) вприскують паливо. Від високої температури воно загоряється і гази штовхають поршень вниз. Четвертий такт — випуск газів. Відкривається правий клапан. Поршень рухається вгору і виштовхує гази назовні.

Порівнюючи двигуни внутрішнього згорання з іншими тепловими машинами, слід відмітити, що KKД їх не надто сильно відрізняються. Так, KKД парових машин становить -10%, а парових турбін -40%. Двигуни внутрішнього згорання мають ККД: Otto -25%, Дизель -35% .

Проте двигуни внутрішнього згорання мають суттєву перевагу у своїй компактності та розмірах при однаковій потужності.

З цих причин парові установки встановлюють там, де потрібна стаціонарна велика потужність і є можливість користуватися твердими видами палива. Двигуни ж внутрішнього згорання використовують на транспорті та в компактних пристроях.

На сучасних автомобілях основна частина двигунів — це двигуни внутрішнього згорання. Паливо у них згорає безпосередньо в циліндрі — у середині самого двигуна. Внутрішня енергія палива перетворюється у механічну енергію.

1. Що таке двигун внутрішнього згорання? 2. Наведіть приклади використання двигунів внутрішнього згорання.

3. З яких процесів (тактів) складається цикл роботи двигуна внутрішнього згорання? 4. У яку енергію перетворюється внутрішня енергія палива, що згоряє у двигуні?

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз