§ 17. Двигун внутрішнього згоряння

Яке призначення в тепловому двигуні робочого тіла; нагрівана; холодильника?

Розглянемо будову і роботу двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ). Перевагою ДВЗ перед іншими двигунами є те, що паливо згорає всередині циліндра двигуна. Це робить їх більш дешевими і економічними, менш металомісткими.

Існують два типи двигунів внутрішнього згоряння: карбюраторні і дизельні. У карбюраторному' двигуні горюча суміш (суміш палива з повітрям)

готується поза двигуном у спеціальному пристрої і з нього надходить у двигун. У дизельному двигуні горюча суміш готується в самому двигуні.

Двигун внутрішнього згоряння (рис. 37) складається з циліндра 1, в якому переміщається поршень 2, з’єднаний з шатуном 3. Шатун насаджений на колінчастий вал 4 і приводить його в обертання при поступальному русі поршня в циліндрі. У верхній частині циліндра є два отвори, в які вставлено клапани 5 (впускний) і 6 (випускний). Через них у циліндр надходить горюча суміш і виходять відпрацьовані гази.

У чотиритактному двигуні внутрішнього згоряння робочий цикл складається з наступних чотирьох тактів (рис. 38).

І такт — впуск. Під час цього такту відбувається рух поршня вниз від верхньої мертвої точки в нижню мертву точку. Мертвими точками називають крайнє верхнє і крайнє нижнє положення поршня в циліндрі двигуна. Тиск газу в циліндрі над поршнем при його русі вниз зменшується, і в нього через клапан 5 надходить горюча суміш (в карбюраторному двигуні) або повітря (в дизельному двигуні). Другий клапан 6 при цьому закритий.

Коли поршень прийде в нижню мертву точку, закриється і впускний клапан.

II    такт — стиск. Поршень рухається з нижньої точки вгору, клапани залишаються закритими, і робоча суміш або повітря стискається. В результаті стиснення температура горючої суміші в карбюраторних двигунах досягає 300 °С — 350 °С, а температура повітря в дизельних двигунах — 500 °С — 600 °С.

При наближенні поршня до верхньої мертвої точки в свічці запалювання 7 карбюраторного двигуна проскакує іскра, і горюча суміш запалюється. У дизельних двигунах у сильно нагріте повітря впорскується паливо, і суміш, що утворилася, самозаймається.

III    такт—робочий хід. При згорянні горючої суміші виділяється велика кількість теплоти, різко підвищуються тиск і температура газу. Оскільки цей процес здійснюється дуже швидко, то можна вважати, що зміна тиску і температури газу відбувається при сталому об’ємі. Потім газ розширюється: його об’єм збільшується, а тиск зменшується за незмінної температури. Розширюючись, газ штовхає поршень і з’єднаний з ним колінчастий вал, здійснюючи механічну роботу. При цьому газ охолоджується, оскільки частина його внутрішньої енергії перетворюється в механічну енергію.

IV    такт — випуск. Після того, як поршень прийде в нижню мертву точку, тиск у циліндрі зменшується. При русі поршня вгору відкривається клапан 6, і починається випуск відпрацьованих газів. В кінці четвертого такту клапан 6 закривається. Потім цикл повторюється.

З чотирьох тактів тільки один — третій — є робочим. Для того, щоб поршень проходив нижню і верхню мертві точки, на колінчастий вал насаджують масивний маховик 8. Завдяки його інертності колінчастий вал відразу не притіняє обертання, і поршень проходить мертві точки.

Двигуни внутрішнього згоряння використовують в автомобілях, комбайнах, тракторах, тепловозах, теплоходах тощо. Зазвичай двигун складається з чотирьох (рис. 39) або восьми циліндрів. У чотирициліндровому двигуні в кожному з циліндрів почергово здійснюється робочий хід, і колінчастий вал увесь час отримує енергію від одного з поршнів, тому

його обертання відбувається безперервно, без зугшнок.

У даний час чотиритактні карбюраторні двигуни встановлюються тільки на автомобілях. На сучасних марках тракторів, теплоходів і тепловозів їхнє місце зайняли дизельні двигуни через більшу економічність останніх. Потужність таких двигунів досягає декількох тисяч кіловат.

Карбюраторні двигуни внутрішнього згоряння мають досить низький ККД — від 21%; ККД дизельних двигунів вищий — до 42%.

Запитання для самоперевірки

1. Як влаштований двигун внутрішнього згоряння?

Q. З яких тактів складається робота двигуна внутрішнього згоряння?

3.    Який з тактів називають робочим ходом?

4.    Чим відрізняється карбюраторний двигун внутрішнього згоряння від дизельного?

5.    Що є робочим тілом, нагрівачем і холодильником у двигуні внутрішнього згоряння?

6.    Які перетворення енергії відбуваються при роботі двигуна внутрішнього згоряння? У яких видах транспорту застосовують двигуни внутрішнього згоряння?

8. Навіщо на вісь колінчастого вала двигуна внутрішнього згоряння насаджують маховик?

Завдання 17

1. Чому між поршнем і стінкою циліндра двигуна внутрішнього згоряння залишають зазор?

Q. Коли внутрішня енергія газу в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння більша — при проскакуванні іскри чи в кінці робочого ходу?

3.    Розмір махового колеса залежить від числа циліндрів двигуна внутрішнього згоряння. Яка ця залежність? Чим вона зумовлена?

4.    Двигун внутрішнього згоряння виконав роботу, рівну 55,2 МДж, і витратив при цьому 6 кг бензину. Чому дорівнює коефіцієнт корисної дії цього двигуна?

5.    Подумайте, як впливає робота двигуна внутрішнього згоряння на стан навколишнього середовища.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун