Во время какого из тактов двигатель внутреннего сгорания: Во время какого из тактов двигатель внутреннего сгорания совершает полезную работу?

Во время какого из тактов двигатель внутреннего

Главная » Разное » Во время какого из тактов двигатель внутреннего

Перышкин Физика ГДЗ § 22. – Рамблер/класс

Хай, там же в параграфе все написано, как вы читаете? или ленитесь? 
§ 22. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
1. Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, топливо в котором сгорает прямо в цилиндре внутри самого двигателя. 
2. Простейший двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединенный внизу шатуном с коленчатым валом. Два клапана в верхней части цилиндра открываются и закрываются автоматически в нужные моменты. Один клапан служит для подачи в цилиндр горючей смеси, воспламеняющейся от свечи, другой клапан выпускает отработавшие газы.
3. При сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания сначала значительно повышается температура до 1600°C-l800°C и давление на поршень возрастает, газы, расширяясь, толкают поршень и коленчатый вал, совершая механиче­скую работу. Газы при этом охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

4. Рабочий цикл двигателя происходит за четыре хода (такта) поршня, при этом коленчатый вал делает два оборота.
5. Такты поршня имеют названия в соответствии с происходящими в них процессами: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Впуск — поршень движется вниз, в цилиндре создается разряжение, открывается клапан и в цилиндр поступает горючая смесь, клапан закрывается, коленчатый вал совершает пол-оборота. Сжатие — коленчатый вал продолжает поворот, поршень движется вверх и сжимает горючую смесь, она воспламеняется от искры и быстро сгорает. Рабочий ход — поршень под давлением газов опускается вниз, передавая толчок шатуну и коленчатому валу с маховиком при закрытых клапанах. В конце третьего такта открывается другой клапан для выпуска продуктов сгорания в атмосферу. Выпуск — поршень движется вверх, продукты сгорания выходят через клапан, в конце такта клапан закрывается.
6. Маховик, обладая значительной инерционностью, необходим для передачи движения поршню в следующих тактах.

Рабочий процесс в четырехтактном двигателе — DRIVE2

В четырехтактном двигателе рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, или четыре хода поршня. В течение одного хода поршня совершается один основной процесс — впуск, сжатие, расширение (рабочий ход) или выпуск.


Такт впуска. При такте впуска впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Поршень движется от верхней мертвой точки (в. м. т.) к нижней мертвой точке (н. м. т.), в результате чего в цилиндре создается разрежение и горючая смесь под давлением наружного воздуха устремляется в цилиндр двигателя.

Такт сжатия. Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т., в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. Чем больше сжата рабочая смесь, тем более эффективно она сгорает.

Такт расширения, или рабочий ход. Оба клапана закрыты. В конце такта сжатия электрической искрой, возникающей в свече, поджигается рабочая смесь — происходит ее сгорание с выделением большого количества тепла, за счет чего в цилиндре значительно возрастает давление расширившихся газов, которое заставляет поршень двигаться от в.м.т. к н.м.т.

Такт выпуска. Впускной клапан закрыт, выпускной открыт. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. — происходит удаление наружу отработавших газов из цилиндра двигателя.

На этом рабочий цикл в одном цилиндре четырехтактного двигателя заканчивается и затем снова повторяется с такта впуска.

Как видно, основным тактом является такт расширения, в течение которого газы давят на поршень и через шатун поворачивают коленчатый вал. Все остальные такты, или ходы поршня, служат вспомогательными. Во время них происходит подготовка к основному такту, рабочему ходу, а именно: очистка цилиндра от отработавших газов, впуск свежей горючей смеси и сжатие ее.

Если двигатель имеет не один, а два или несколько цилиндров, то рабочий цикл в каждом цилиндре происходит в указанной последовательности, а чередование тактов по цилиндрам будет зависеть от ряда факторов (количества цилиндров, их расположения и др. ). Так, например, если два цилиндра двигателя расположены горизонтально, чередование тактов будет следующее.

43. Тепловые двигатели » ГДЗ (решебник) по физике 7-11 классов

1126. Объясните причину вращения колеса (рис. 277). Какие преобразования энергии происходят при этом?
Колесо вращается за счет давления истекающего из трубки пара на его лопасти. Внутренняя энергия пара идет на работу по его расширению, которая, в свою очередь, идет на совершение работы по вращению колеса.

1127. Относится ли огнестрельное оружие к тепловым двигателям?
Да, поскольку при выстреле часть внутренней энергии топлива превращается в тепловую энергию снаряда.

1128. Какой вид энергии используется в установке, изображенной на рисунке 277; при выстреле из пушки?
В установке на рис. 277 используется энергия пара. При выстреле из пушки используется тепловая (внутренняя) энергия сгорающего взрывчатого вещества.

1129. Почему доливать воду в радиатор перегревшегося двигателя трактора следует очень медленно и только при работающем двигателе?
При быстром доливании воды в радиатор происходит процесс интенсивного парообразования, выделяется большое количество энергии. Двигатель выходит из строя.

1130. Выполняя домашнее задание, ученик записал: «К машинам с тепловыми двигателями относятся: реактивный самолет, паровая турбина, мопед». Дополните эту запись другими примерами.
К машинам с тепловым двигателем относятся: автомобиль, тепловоз.

1131. Выполняя задание, ученик записал: «Двигатель внутреннего сгорания применяется в мотосанях, бензопилах». Дополните эту запись другими примерами.
Двигатель внутреннего сгорания применяют в автомобилях, дизельных тепловозах.

1132. Почему двигатели внутреннего сгорания не используются в подводной лодке при подводном плавании?
В подводных лодках не используют двигатели внутреннего сгорания из-за недостатка воздуха для создания рабочей смеси двигателя.

1133. В каком случае газообразная горючая смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в начале такта «рабочий ход» или в конце его?
Горючая смесь обладает большей внутренней энергией в начале такта «рабочий ход».

1134. В каком случае жидкое распыленное топливо в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: к концу такта всасывания или к концу такта сжатия?
Горючая смесь обладает большей внутренней энергией в конце такта сжатия.

1135. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта?
Во время такта «рабочий ход» расширяющийся газ совершает работу за счет внутренней энергии смеси. Ее температура понижается.

1136. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопаткам турбины?
Часть внутренней энергии поступающего в турбину пара идет на совершение механической работы по ее вращению.

1137. Зачем в цилиндры дизельного двигателя (двигателя с воспламенением топлива от сжатия) жидкое топливо подается в распыленном состоянии?
Распыленное топливо обладает большей поверхностью. Это способствует более полному сгоранию топлива.

1138. Во время каких тактов закрыты оба клапана в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания?
Во втором и третьем такте.

1139. Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД; на окружающей среде?
КПД уменьшается; окружающая среда сильнее загрязняется.

1140. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 10 6 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

1141. В одной из паровых турбин для совершения полезной работы используется 1/5 часть энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в другой — 1/4 часть. КПД какой турбины больше? Ответ обоснуйте.
КПД тем больше, чем больше часть полезной работы по отношению к затраченной. Поэтому КПД второй турбины больше.

1142. Вычислите КПД турбин, описанных в предыдущей задаче.

1143. Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 1,89 • 107 Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 • 10 6 Дж/кг.

1144. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 2,3 • 10 4 кДж, и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.

1145. За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?

1146. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя — Студопедия

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом,по которому они работают.

Рабочий цикл –это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс,происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов,составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

– четырехтактные,в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

– двухтактные,в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактныедвигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные.О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– рабочий ход,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси(рис. 8а).

Горючей смесьюназывается смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючаясмесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси(рис. 8б).

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Степень сжатияпоказывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc –см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. От начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт – рабочий ход(рис. 8в).

Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал.

Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.

В самом конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов(рис. 8г).

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск… и так далее.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода!Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик(рис. 9)–это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком:1 –шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

6-тактный двигатель Кроуэра — DRIVE2

В шеститактном двигателе Брюса Кроуэра сгоревшее топливо повторно совершает работу, возвращаясь к жизни в виде горячего пара

Рассматривать современные моторы под капотами автомобилей – сплошное удовольствие. Какие они мощные, компактные, тихие и экономичные: современный дизель потребляет менее 6 л топлива на 100 км при рабочем объеме 2 л и бешеном крутящем моменте. И все же КПД даже самых технологичных дизельных моторов с технологией Twinturbo не превышает 33%! Атмосферные бензиновые ДВС еще менее эффективны – их КПД с трудом дотягивает до 25%.

Температура газов в камере сгорания четырехтактного ДВС Отто достигает 2000˚С. Внутренние стенки цилиндра и рабочая поверхность поршня нагреваются до 1500˚С. Часть тепловой энергии уходит из камеры сгорания на четвертом такте вместе с выхлопными газами. Чтобы быстро отвести тепло и охладить камеру сгорания до оптимальной температуры, применяется мощная система охлаждения, неисправность которой грозит поломкой двигателя. Перегрев – проклятие автомехаников, работающих с высокооборотными спортивными моторами. Температура внутри кокпита гоночного болида во время заездов достигает 70˚С, а некоторые узлы двигателя раскаляются докрасна. Выходит, что автомобиль куда более эффективен в качестве калорифера, нежели в качестве транспортного средства.

Можно ли заставить избыточное тепло совершать полезную работу, вместо того чтобы отводить его от мотора и рассеивать в атмосфере? 75-летний изобретатель Брюс Кроуэр на практике доказал, что это возможно.

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов.

Остатки сладки

По признанию самого Брюса, последние 30 лет он постоянно думал о том, как превратить тепло двигателя во вращение коленчатого вала. Озарение, как это часто бывает, пришло к нему во сне. Брюс решил, что в концепции Отто не хватает еще двух тактов – рабочего и холостого. Но источником энергии для них должна служить не очередная порция топливовоздушной смеси, а избыточная температура! В качестве рабочего тела он применил простую воду. При атмосферном давлении вода, превращаясь в пар, увеличивает свой объем в 1600 раз и обладает колоссальной энергией. В двигателе Кроуэра вода впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капелек под давлением около 150 атм., когда заканчивается четвертый такт цикла Отто и поршень возвращается в исходное положение. Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания через выпускной клапан. Таким образом Кроуэр заставляет уже сгоревшее топливо еще раз совершить полезную работу, используя его «тепловой фантом». Эту концепцию изобретатель назвал Steam-o-Lene.

Цикл Кроуэра отличается от традиционного цикла Отто не только количеством тактов, но и отношением количества рабочих тактов к их общему числу. Так, у Отто это отношение составляет 1:4, а у Кроуэра – 1:3, дополнительные 40% полезной работы совершаются на неизменном количестве топлива. На четвертом такте раскаленные выхлопные газы не удаляются из камеры сгорания полностью, а сжимаются поршнем, создавая очень высокое давление. Вода в такой среде испаряется быстрее и равномернее. Далее отработанный пар поступает в конденсатор, где охлаждается и снова превращается в воду. Часть остаточного тепла используется для обогрева салона автомобиля.

Шесть тактов двигателя внутреннего сгорания цикла Кроуэра

Снег – знак победы

Брюсу не терпелось проверить свою идею на практике. В его домашнем гараже давно стоял одноцилиндровый дизельный мотор, переделанный под бензин. Его-то он и решил использовать для проверки гипотезы. Мотор получил новый распределительный вал под два «лишних» такта и модернизированную систему впрыска. Ненужная дизельная форсунка была приспособлена под впрыск воды, а вентилятор системы охлаждения для «чистоты» эксперимента отсоединен. Когда, наконец, все было готово, Брюс присоединил к топливному тракту два бачка – с бензином и чистой дождевой водой, рванул тросик стартера, и двигатель заработал. Через пару секунд на ошарашенного Брюса откуда-то сверху начал падать «снег». Это были кусочки белой краски, отвалившиеся от потолка из-за направленного вверх открытого выпускного коллектора, извергавшего горячий пар вперемежку с выхлопными газами. Мотор нормально работал больше часа, но его можно было спокойно касаться руками – он был едва теплым!

Целый год после этого Брюс Кроуэр экспериментировал с различными настройками газораспределения и впрыска воды. И только наверняка убедившись, что концепция Steam-o-Lene работоспособна, он приступил к оформлению патента. Любопытно, что идея шеститактного ДВС с впрыском воды в цилиндры еще за 90 лет до Брюса Кроуэра пришла в голову некоему Леонарду Дайеру из штата Коннектикут. Дайер даже запатентовал свое изобретение в 1920 году, но за все эти годы никто из автопроизводителей им так и не заинтересовался. В 2007 году патентное ведомство США признало приоритет за Брюсом Кроуэром.

Паровые перспективы

Преимущества Steam-o-Lene перед традиционными четырехтактными ДВС очевидны. Во-первых, радикально решается проблема эффективного охлаждения внутренних стенок камеры сгорания и специальная система охлаждения весом более 100 кг оказывается не у дел. Отсутствие радиатора позволяет дизайнерам уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления кузова автомобиля за счет отказа от воздухозаборников и решетки радиатора. А это один из самых существенных факторов, влияющих на расход топлива при скоростях выше 60 км/ч.

Во-вторых, внутреннее охлаждение позволяет существенно, на 30–50%, форсировать двигатели по степени сжатия, избежав при этом детонации. Степень сжатия для бензиновых модификаций может быть увеличена до 14–16:1, а для дизельных – до 25–35:1. Это резко повышает эффективность сгорания топливовоздушной смеси (на 40% по сравнению с циклом Отто), тем самым улучшая экологические характеристики двигателя. Размеры и масса мотора могут быть снижены без ущерба для динамики авто.

Два рабочих такта из шести в цикле Кроуэра позволяют значительно снизить скорость вращения коленвала и получить ровную и насыщенную «полку» крутящего момента с самых низких оборотов. Steam-o-Lene может отлично работать на низкокачественном дешевом топливе без антидетонационных присадок. Топливом могут служить биоэтанол, дизель, природный газ и даже топочный мазут. Относительно низкий температурный режим в камере сгорания резко снижает образование вредной двуокиси азота. А между тем системы фильтрации и нейтрализации двуокиси азота в современных автомобилях весьма дорогостоящи. Брюс также предполагает, что горячий пар может предотвращать появление нагара на клапанах и стенках камеры сгорания, очищая их во время «парового» такта подобно пароочистителю. Но для подтверждения этого эффекта требуются длительные испытания прототипа.

Концепция 6-тактного Steam-o-Lene с «паровым» рабочим тактом может быть модифицирована и дополнена за счет углубленного исследования термодинамики процесса. Брюсу кажется перспективной установка на двигатель турбокомпаунда – системы, в которой вслед за турбиной нагнетателя в выпускном тракте следует силовая турбина, сообщающая дополнительный крутящий момент коленчатому валу двигателя посредством гидромуфты. Турбокомпаунд мог бы повысить эффективность работы двигателя еще на 10–15%. Некоторые специалисты, анализировавшие концепцию 6-тактного ДВС с впрыском воды, отмечают, что теоретически возможны даже два последовательных паровых такта. Если это подтвердится в ходе испытаний, то Steam-o-Lene может стать уже 8-тактным и еще более экономичным.

Ложка дегтя

Разумеется, концепция Кроуэра не лишена недостатков. Основная проблема – это замерзание воды зимой. Добавление антифриза может негативно сказаться на эффективности испарения и экологических параметрах двигателя. Проблему могла бы решить термоизоляция водяного резервуара и его предварительный подогрев от аккумулятора. Но как быть, если автомобиль длительное время находится на открытом воздухе?

Другая проблема – необходимость установки на автомобиле дополнительного оборудования для хранения и конденсации воды. Правда, масса его обещает быть незначительной: в рабочем контуре пар и вода будут находиться при атмосферном давлении и максимальной температуре чуть более 100˚С, что позволяет использовать вместо металла легкие пластмассы. Не исключено, что часть воды будет попадать в моторное масло и это потребует установки специального сепаратора для ее отделения. Впрочем, давно отработанные технологии смазки паровых турбин для нужд энергетики имеют целый ряд готовых решений этой проблемы. Для изготовления клапанов, поршня и гильзы цилиндра, скорее всего, потребуются нержавеющие материалы, в частности керамика.

Steam-o-Lene не может работать полноценно сразу после запуска – ему нужно время для разогрева рабочих поверхностей камеры сгорания до 450–500˚С. Несколько минут он работает как обычный 4-тактный ДВС, а затем переходит на полный рабочий цикл. Перед остановкой мотор тоже должен некоторое время поработать в 4-тактном режиме для полного удаления пара из цилиндра. Разумеется, вода должна быть дистиллированной: при использовании обычной на седле клапана со временем образуется твердая накипь, обладающая высокими абразивными свойствами. При серийном производстве двигателей цикла Кроуэра придется наладить целую инфраструктуру производства и реализации дистиллированной воды.

***
Историческая справка

Теплоэнергетика и сельское хозяйство

Технология получила широкое применение в теплоэнергетике и эксплуатации корабельных силовых установок. А на Харьковском тракторном заводе в 1930-х годах выпускал

Смотрите также

  • Почему щелкает стартер но не крутит
  • Почему масло в двигателе быстро расходуется
  • Тахометр на уаз хантер змз 409
  • Жидкость для снятия старой краски с металла
  • Ниссан альмера или хендай солярис
  • Рено бизнес класса
  • Грузовик обогнал самолет
  • Виды парковок автомобиля
  • Зимняя резина фирмы
  • Что такое изофикс в машине
  • Рено логан задние тормоза устройство

Двигатель внутреннего сгорания | Физика

Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г. французским механиком Э. Ленуаром. Свое название он получил из-за того, что топливо в нем сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя. Аппарат Ленуара имел несовершенную конструкцию, низкий КПД (около 3 %) и через несколько лет был вытеснен более совершенными двигателями.

Наибольшее распространение среди них получил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н. Отто. Каждый рабочий цикл этого двигателя включал в себя четыре такта: впуск горючей смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск продуктов сгорания. Отсюда и название двигателя — четырехтактный.

Двигатели Ленуара и Отто работали на смеси воздуха со светильным газом. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1885 г. немецким изобретателем Г. Даймлером. Примерно в это же время бензиновый двигатель был разработан и О. С. Костовичем в России. Горючая смесь (смесь бензина с воздухом) приготовлялась в этом двигателе с помощью специального устройства, называемого карбюратором.

Современный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания изображен на рисунке 88. Поршни, находящиеся внутри цилиндров двигателя, соединены с коленчатым валом 1. На этом валу укреплен тяжелый маховик 2. В верхней части каждого цилиндра имеется два клапана: один из них называется впускным, другой — выпускным. Через первый из них горючая смесь попадает в цилиндр, а через второй продукты сгорания топлива уходят наружу.

Принцип действия одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания иллюстрирует рисунок 89.

1-й    такт — впуск. Открывается клапан 1. Клапан 2 закрыт. Движущийся вниз поршень 3 засасывает в цилиндр горючую смесь.
2-й    такт — сжатие. Оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь. Смесь при сжатии нагревается.
3-й    такт — рабочий ход. Оба клапана закрыты. Когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи 4. В результате сгорания смеси образуются раскаленные газы, давление которых составляет 3—6 МПа, а температура достигает 1600—2200 °С. Сила давления этих газов толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик будет вращаться дальше по инерции, обеспечивая тем самым перемещение поршня и при последующих тактах.
4-й    такт — выпуск. Открывается клапан 2. Клапан 1 закрыт. Поршень движется вверх. Продукты сгорания топлива уходят из цилиндра и через глушитель (на рисунке не показан) выбрасываются в атмосферу.

Мы видим, что в одноцилиндровом двигателе полезная работа совершается лишь во время третьего такта. В четырехцилиндровом двигателе (см. рис. 88) поршни укреплены таким образом, что во время каждого из четырех тактов один из них находится в стадии рабочего хода. Благодаря этому коленчатый вал получает энергию в 4 раза чаще. При этом увеличивается мощность двигателя и в лучшей степени обеспечивается равномерность вращения вала.

Частота вращения вала у большинства двигателей внутреннего сгорания лежит в пределах от 3000 до 7000 оборотов в минуту, а в некоторых случаях достигает 15 000 оборотов в минуту и более.

В 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель сконструировал двигатель внутреннего сгорания, в котором сжималась не горючая смесь, а воздух. В процессе этого сжатия температура воздуха поднималась настолько, что при попадании в него топлива оно самовозгоралось. Специального устройства для воспламенения топлива в этом двигателе уже не требовалось; не нужен был и карбюратор. Новые двигатели стали называть дизелями.

Двигатели Дизеля являются наиболее экономичными тепловыми двигателями: они работают на дешевых видах топлива и имеют КПД 31—44 % (в то время как КПД карбюраторных двигателей составляет обычно 25-30 %). В настоящее время они применяются на тракторах, тепловозах, теплоходах, танках, грузовиках, передвижных электростанциях.

Судьба самого изобретателя нового двигателя оказалась трагической. 29 сентября 1913 г. он сел на пароход, отправлявшийся в Лондон. Наутро его в каюте не нашли. Талантливый инженер бесследно исчез. Считается, что он покончил с собой, бросившись ночью в воды Ла-Манша.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания сыграло огромную роль в автомобилестроении. Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в 1886 г. Г. Даймлером. Одновременно с этим Даймлер запатентовал установку своего двигателя на моторной лодке и мотоцикле. В том же году, но чуть позже появился трехколесный автомобиль К- Бенца. Громоздкие и трудноуправляемые паровые автомобили стали вытесняться новыми машинами. Последующие годы явились началом промышленного производства автомобилей.
В 1892 г. свой первый автомобиль построил Г. Форд (США). Через 11 лет его автомобили (рис. 90) были запущены в массовое производство.

В 1908 г. автомобили начали производить на Русско-Балтийском заводе в Риге. Один из первых русских автомобилей «Руссо-Балт» показан на рисунке 91.

Важную роль в развитии и распространении нового вида транспорта сыграли автомобильные гонки, которые стали устраиваться с 1894 г. В первой из них средняя скорость автомобилей составляла лишь 24 км/ч. Однако уже через пять лет она достигла 70 км/ч, а еще через пять лет— 100 км/ч.

После 1900 г. началось производство специальных гоночных автомобилей. С каждым годом их скорость возрастала. В 60-х гг. скорость автомобилей с поршневым двигателем превысила 600 км/ч, а после установки на автомобиле газотурбинного двигателя она перевалила за 900 км/ч. Наконец, в 1997 г. Э. Грин (Великобритания) на своем ракетном автомобиле «Траст SSC» достиг скорости 1227,985 км/ч, что превысило скорость звука в воздухе!

1. Опишите принцип действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Из каких тактов состоит каждый его рабочий цикл? 2. Какую роль в двигателе играет маховик? 3. Чем отличается дизельный двигатель внутреннего сгорания от карбюраторного? 4. Кто создал первые автомобили с двигателем внутреннего сгорания?

Цикл Отто — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Цикл Отто описывает, как тепловые двигатели превращают бензин в движение. Как и другие термодинамические циклы, этот цикл превращает химическую энергию в тепловую, а затем в движение. Цикл Отто описывает, как работают двигатели внутреннего сгорания (работающие на бензине), такие как автомобили и газонокосилки.

Заявка

Цикл Отто обеспечивает энергию для большинства видов транспорта и имеет важное значение для современного мира. В частности, подавляющее большинство автомобилей, которые сегодня можно увидеть на дорогах, используют цикл Отто для преобразования бензина в движение. Любая машина (список [1] можно продолжать и продолжать), использующая бензин, будет разделена на две категории двигателей, как показано ниже.

Страницы двигателей содержат подробную информацию об их уникальных механизмах и объяснение того, как они используют Цикл Отто, который немного изменен.

Идеальный цикл Отто

Рис. 3. Диаграмма давление-объем идеального процесса цикла Отто. Он состоит из двух изохорных, двух адиабатических и двух изобарических процессов (для впуска и выпуска) [4]

Диаграмма PV (диаграмма давление-объем) идеального цикла Отто показана на рисунке 3. Эта диаграмма моделирует, как изменения давления и объема рабочей жидкости (бензина и авиационного топлива) изменяются из-за сгорания углеводородов, которые приводят в движение поршень, создавая тепло, обеспечивающее движение транспортного средства. Существуют движения поршня с расширением (камера увеличенного объема), возникающие при высвобождении тепловой энергии при сгорании, вызывающие совершение работы на газ и на поршень. Напротив, когда поршень совершает работу над газом , камера двигателя сжимается (уменьшается в объеме). [5]

Важно отметить, что на рис. 3 изображен идеальный процесс для любого двигателя, использующего цикл Отто. В нем описаны основные этапы работы с бензиновым двигателем. Небольшая модификация, которая изображает более реалистичную ситуацию на диаграмме PV цикла Отто для двухтактного и четырехтактного двигателей, объясняется на соответствующих страницах. Работу, совершаемую двигателем, можно рассчитать, решив площадь замкнутого цикла.

Ниже описано, что происходит на каждом шаге диаграммы PV, на котором сгорание рабочего тела — бензина и воздуха (кислорода) изменяет движение поршня:

Зеленая линия: Называемая фазой впуска , поршень опускается вниз, чтобы позволить увеличить объем в камере, чтобы он мог «всасывать» топливно-воздушную смесь. С точки зрения термодинамики это называется изобарным процессом.

Процесс 1-2: Во время этой фазы поршень будет выдвинут вверх, чтобы он мог сжимать топливно-воздушную смесь, поступившую в камеру. Сжатие вызывает небольшое повышение давления и температуры смеси, однако теплообмена не происходит. С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, то есть когда топливо встречается со свечой зажигания для воспламенения.

Процесс 2-3: Здесь происходит сгорание за счет воспламенения топлива от свечи зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, в результате чего камера находится под высоким давлением и имеет много тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорным процессом.

Процесс с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы поршня, который толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры. Это также известно как силовой ход , потому что это когда тепловая энергия превращается в движение для питания машины или транспортного средства.

Фиолетовая линия (процессы с 4 по 1 и фаза выхлопа ): В процессе с 4 по 1 все отработанное тепло удаляется из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. [6] Затем происходит фаза выпуска , когда оставшаяся в камере смесь сжимается поршнем для «выпуска» наружу без изменения давления.

Для дополнительной информации

  • Двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель
  • Тепловая машина
  • Диаграмма PV
  • Горение
  • Бензин
  • Дизель против бензинового двигателя
  • Или выберите случайную страницу!

Каталожные номера

  1. ↑ Неполный список включает мотоциклы, пикапы, фургоны, внедорожники, газонокосилки, автомобили, многие лодки и даже некоторые портативные генераторы.
  2. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif
  3. ↑ «Файл: 4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif — Wikimedia Commons», Commons.wikimedia.org, 2018. [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif. [Доступ: 17 мая 2018 г.]
  4. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
  5. ↑ Основы двигателей внутреннего сгорания», Energy.gov, 2018. [Онлайн]. Доступно: https://www.energy.gov/eere/vehicles/articles/internal-combustion-engine-basics. [Доступ: 28 мая. — 2018].
  6. ↑ И. Динчер и К. Замфиреску, Усовершенствованные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press является выходным изданием Elsevier, 2014, с. 266.

двигатель внутреннего сгорания | Определение и факты

двигатель внутреннего сгорания

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:
Нисефор Ньепс
Готлиб Даймлер
Этьен Ленуар
Карл Бенц
Оле Эвинруд
Похожие темы:
бензиновый двигатель
реактивный двигатель
дизельный двигатель
система контроля выбросов
система зажигания

Просмотреть весь связанный контент →

двигатель внутреннего сгорания , любое из группы устройств, в которых рабочими телами двигателя служат реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания. Такой двигатель получает энергию за счет тепла, выделяющегося при сгорании непрореагировавших рабочих тел, окислительно-топливной смеси. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезная работа, производимая двигателем внутреннего сгорания (ВС), является результатом действия горячих газообразных продуктов сгорания на движущиеся поверхности двигателя, такие как поверхность поршня, лопатка турбины или сопло.

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергетическими устройствами, существующими в настоящее время. Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетные двигательные установки.

Britannica Quiz

Изобретатели и изобретения

Наши первые человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение при вращении? Пусть крутятся колеса в вашей голове, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на две группы: двигатели непрерывного сгорания и двигатели периодического сгорания. Двигатель непрерывного сгорания характеризуется постоянным поступлением топлива и окислителя в двигатель. В двигателе (например, реактивном двигателе) поддерживается стабильное пламя. Двигатель прерывистого сгорания характеризуется периодическим воспламенением воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем. Дискретные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели являются примерами этой второй группы.

Двигатели внутреннего сгорания можно охарактеризовать с точки зрения серии термодинамических явлений. В двигателе непрерывного сгорания термодинамические явления происходят одновременно, так как окислитель и топливо и продукты сгорания равномерно протекают через двигатель. Напротив, в двигателе с прерывистым сгоранием события происходят последовательно и повторяются для каждого полного цикла.

За исключением ракет (как твердотопливных, так и жидкостных ракетных двигателей), двигатели внутреннего сгорания всасывают воздух, затем либо сжимают воздух и вводят топливо в воздух, либо вводят топливо и сжимают воздушно-топливную смесь. Затем, как и во всех двигателях внутреннего сгорания, происходит сжигание топливно-воздушной смеси, извлечение работы за счет расширения горячих газообразных продуктов сгорания и, в конечном счете, продукты сгорания выбрасываются через выхлопную систему. Их работу можно противопоставить работе двигателей внешнего сгорания (например, паровых машин), в которых рабочее тело не вступает в химическую реакцию, а прирост энергии достигается исключительно за счет передачи тепла рабочему телу через теплообменник.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный бензиновый двигатель с однородным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающимися характеристиками в качестве основного двигателя в отрасли наземного транспорта.