Личный кабинет Кабинет родителя Кабинет учителя Настройки Выйти Войти Регистрация
ТРЕНАЖЁРЫ
КУРСЫ
НАЗНАЧИТЬ

Двигатель внутреннего сгорания

Содержание

    Тепловым двигателем называют машину, в ходе работы которой внутренняя энергия переходит в механическую. Самую простую модель такой машины можно представить в виде металлического цилиндра и плотно пригнанного поршня, который может двигаться вдоль цилиндра.

    Одним из самых распространённых видов теплового двигателя, который мы встречаем в жизни, является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Легко догадаться, что отсюда и пошло его название.

    На данном уроке мы рассмотрим устройство двигателя внутреннего сгорания и схему его работы.

    Устройство двигателя внутреннего сгорания

    Тепловые двигатели такого типа работают на жидком и газообразном топливе. Этим топливом могут быть нефть, бензин, керосин, различные горючие газы.

    На рисунке 1 изображена схема простейшего двигателя внутреннего сгорания в разрезе.

    Рисунок 1. Устройство двигателя внутреннего сгорания

     

    Двигатель представляет собой прочный металлический цилиндр. Внутри этого цилиндра имеется подвижный поршень 3. Поршень соединения шатуном 4 с коленчатым валом 5.

    В верхней части двигателя расположены два клапана 1 и 2. Когда двигатель работает, они автоматически открываются и закрываются в определенные нужные моменты. 

    Через клапан 1 в цилиндр двигателя поступает горючая смесь. Она воспламеняется с помощью свечи 6

    Горючая смесь — это смесь горючих газов, частиц жидкого топлива и паров топлива  с воздухом (кислородом).

    Отработавшие газы выпускаются через клапан 2.

    Периодически в цилиндре происходит сгорание горючей смеси. Например, сгорает смесь паров бензина и воздуха. Образуются газообразные продукты сгорания. Их температура при этом достигает высоких значений — $1600-1800 \degree C$. В результате этого резко увеличивается давление на поршень.

    Эти газы (продукты сгорания) толкают поршень. При движении поршня двигается и коленчатый вал. Таким образом газы совершают механическую работу. Т. е., часть внутренней энергии газов перешла в механическую энергию. Следовательно, внутренняя энергия газов уменьшилась — они начинают охлаждаться

    Мертвые точки, ход поршня и такты двигателя

    Для того чтобы более подробно рассмотреть схему работы данного двигателя, нам понадобятся новые определения.

    Поршень может двигаться внутри цилиндра. В устройстве самого простого вида, который мы рассматриваем, он может двигаться вверх и вниз.

    Мёртвые точки — это крайние точки положения поршня в цилиндре.

    Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень от одной мертвой точки до другой.

    Рассматриваемые нами двигатели внутреннего сгорания называют четырехтактными.

    Четырехтактный двигатель — это двигатель, в котором один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (за четыре такта).

    Один такой такт двигателя или ход поршня происходит за половину оборота коленчатого вала.

    Схема работы двигателя внутреннего сгорания: четыре такта

    Теперь давайте подробно рассмотрим все четыре такта работы двигателя (рисунок 2).

    Рисунок 2. Схематическое изображение работы двигателя внутреннего сгорания

    Первый такт (рисунок 2, а):

    • При повороте коленчатого вала в самом начале такта поршень начинает двигаться вниз 
    • Объем над поршнем увеличивается 
    • В цилиндре образуется разрежение 
    • Открывается клапан 1. В цилиндр поступает горючая смесь
    • Цилиндр заполняется горючей смесью. Клапан 1 закрывается 

    Второй такт (рисунок 2, б):

    • Вал продолжает поворачиваться, поршень теперь двигается вверх
    • Таким образом поршень сжимает горючую смесь
    • Поршень доходит до верхней мертвой точки
    • Сжатая горючая смесь воспламеняется от электрической искры (свеча 6) и сгорает

    Третий такт (рисунок 2, в):

    • При сгорания смеси образуются газы. Они давят на поршень — толкают его вниз
    • Под действием этих расширяющихся нагретых газов двигатель совершает работу. Поэтому,

    Третий такт двигателя — это рабочий ход.

    • Поршень двигается вниз. Его движение передается шатуну и коленчатому валу
    • Получив сильный толчок, коленчатый вал с маховиком продолжают вращение по инерции. При этом они приводят в движение поршень при последующих тактах

    Заметьте, что на втором и третьем тактах двигателя клапаны закрыты. 

    • В конце такта открывается клапан 2. Продукты сгорания начинают выходить из цилиндра в окружающую среду

    Четвертый такт (рисунок 2, г):

    • Идет выход продуктов сгорания из цилиндра (клапан 2 открыт)
    • Поршень движется вверх
    • В конце этого такта клапан 2 закрывается

    Итак,

    Цикл двигателя состоит из четырех тактов:
    впуск
    сжатие
    рабочий ход
    выпуск

    Создание и применение двигателя внутреннего сгорания

    Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания рассмотренного нами вида изобрел немецкий инженер Рудольф Дизель (рисунок 3).

    Рисунок 3. Рудольф Кристиан Карл Дизель (1858 — 1913)

    В 1893 году он получил патент на свой тепловой двигатель. В 1897 году, на «Аугсбургском машиностроительном заводе» был построен первый двигатель Рудольфа Дизеля . Его мощность составляла 20 лошадиных сил при 172 оборотах в минуту. Весил этот двигатель пять тонн. Двигатель Дизеля был четырехтактным. 

    В 1900 году, на «Всемирной выставке», Рудольф Дизель продемонстрировал двигатель работающий на арахисовом масле (биодизель).

    Двигатели внутреннего сгорания имеют очень широкое применение. В ходе их усовершенствования, в мире появлялись новые средства передвижения. Например, автомобили, мотоциклы, самолеты, вертолеты, космические корабли, ракеты, суда на воздушной подушке.

    В автомобилях чаще всего стоят четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания. В каждом цилиндре по очереди происходит рабочий ход. Поэтому коленчатый вал постоянно получает энергию от одного из поршней.

    Существуют и двигатели с другим количеством цилиндров. Многоцилиндровые двигатели лучше обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

    Огнестрельное оружие является простейшим примером ДВС. Цилиндром является ствол оружия, а поршнем — выбрасываемые из оружия пули или снаряды.

    Использование ДВС обеспечило быстрый прогресс в военной индустрии: были разработаны танки, истребители, подводные лодки. 

    В настоящее время двигатели внутреннего сгорания установлены практически на каждом виде транспорта, которым мы пользуемся. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

    5
    5
    1
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Следующий урок

    Паровая турбина
    Комментарии

    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение

    НАЗНАЧИТЬ