Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Английский язык Русский язык Геометрия Физика Всеобщая история Обществознание География Биология
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга История

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.

    В 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
    5Количество энергии, полученное за урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Вопросы
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение