Статья «Т Е П Л О В Ы Е Д В И Г А Т Е Л И. РАБОТА ГАЗА И ПАРА ПРИ РАСШИРЕНИИ. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Статья «Т Е П Л О В Ы Е   Д В И Г А Т Е Л И. РАБОТА ГАЗА И ПАРА ПРИ РАСШИРЕНИИ. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. Информационные материалы и методические указания к уроку».

Мы уже говорили о том, что развитие техники зависит

от умения как можно более полно использовать

громадные запасы внутренней энергии, содержащиеся

в топливе.

Использовать внутреннюю энергию — значит

получить за счет нее полезную работу, например

поднять груз, перевезти вагоны и т. п. А это, в свою

очередь, означает, что для использования внутренней

энергии ее нужно сначала превратить в механическую

энергию.

Как это сделать?

В пробирку нальем немного воды, затем плотно

закроем ее пробкой и нагреем воду до кипения. Под

давлением пара пробка выскочит и поднимется

вверх. Здесь энергия топлива перешла во внутреннюю

энергию пара, а пар, расширяясь, совершил

работу — поднял пробку.

Заменим пробирку прочным металлическим цилиндром,

а пробку — плотно пригнанным поршнем,

который может двигаться вдоль цилиндра. Мы получим

простейший т е п л о в о й д в и г а т е л ь , в

котором внутренняя энергия топлива может превращаться

в механическую энергию. Такой двигатель

был изобретен в конце XVII в. и усовершенствован

в дальнейшем.

Тепловыми двигателями называют машины, в

которых внутренняя энергия топлива превращается

в механическую энергию.

Существует несколько видов тепловых двигателей:

паровая машина, двигатель внутреннего сгорания,

паровая и газовая турбины, реактивный двигатель.

Во всех этих двигателях энергия топлива сначала

переходит в энергию газа (или пара); без них не

может работать тепловой двигатель. Расширяясь,

газ совершает работу и при этом охлаждается, его

внутренняя энергия переходит в механическую энергию

движущегося поршня.

Из всех существующих тепловых двигателей мы

рассмотрим двигатель внутреннего сгорания и паровую

турбину.

Вопросы:

1.Какие двигатели называют тепловыми? 2. Как в тепловых

двигателях осуществляется процесс превращения энергии

топлива в механическую энергию? 3. Какие виды тепловых

двигателей вам известны?

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

Очень распространенным видом теплового двигателя

является двигатель внутреннего сгорания.

В этом двигателе топливо сгорает прямо в цилиндре,

внутри самого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на

жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на

горючем газе.

На рисунке 33 показан разрез простейшего двигателя

внутреннего сгорания.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается

поршень 3, соединенный при помощи шатуна

4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен

тяжелый маховик 6. В верхней части цилиндра

имеются два клапана / и 2, которые при работе

двигателя автоматически открываются и закрываются

в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр

поступает горючая смесь, а через клапан 2

выпускаются отработавшие газы. Маховик 6' предназначен

для уменьшения неравномерности вращения

вала, так как он обладает большой массой; 7 —

свеча для воспламенения горючей смеси.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит

сгорание горючей смеси, состоящей из паров

бензина и воздуха.

Температура газообразных продуктов сгорания

повышается до 1600— 1800° С. Давление на поршень

при этом резко возрастает. Расширяясь, газы

толкают поршень, совершая механическую работу.

При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней

энергии превращается в механическую

энергию.

Рассмотрим более подробно схему работы такого

двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре

называют мертвыми точками. Расстояние,

проходимое поршнем от одной мертвой точки до

другой, называют х о д о м п о ршня .

Один рабочий цикл в двигателе происходит за

четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре

т а к т а , а затем вновь повторяется. Поэтому такие

двигатели называют ч е т ы р е х т а к т н ы м и .

Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается

за пол-оборота коленчатого вала.

При повороте вала двигателя в начале первого

такта поршень движется вниз (рис. 34, а).

Объем над поршнем увеличивается. Вследствие

этого в цилиндре создается разрежение. В это время

открывается клапан и в цилиндр входит горючая

смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется

горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

При дальнейшем повороте вала поршень движется

вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь

(рис. 34, б). В конце второго такта, когда поршень

дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая

горючая смесь воспламеняется (от электрической

искры) и быстро сгорает.

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень

и толкают его вниз (рис. 34, в). Движение

поршня передается шатуну, а через него коленчатому

валу с маховиком.

Получив сильный толчок, маховик затем продолжает

вращаться по инерции и перемещает скрепленный

с ним поршень при последующих тактах.

Под действием расширяющихся горячих газов

(третий такт) двигатель совершает работу, поэтому

этот такт называют рабочим.

В конце третьего такта открывается клапан 2,

и через него продукты сгорания выходят из цилиндра

в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается

и в течение четвертого такта, когда поршень

движется вверх (рис. 34, г) . В конце четвертого

такта клапан 2 закрывается.

Затем циклы работы двигателя повторяются.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех

процессов: впуска, сжатия, рабочего хода,

выпуска.

В автомобильных двигателях пуск двигателя

обычно осуществляется вспомогательным электрическим

двигателем — стартером.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые

двигатели внутреннего сгорания. На

рисунке 35 изображен разрез такого двигателя.

Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из

них поочередно происходит рабочий ход и коленчатый

вал все время получает энергию от одного из

поршней.

Имеются и восьмицилиндровые автомобильные

двигатели.

Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени

обеспечивают равномерность вращения вала и

имеют большую мощность.

Применение двигателей внутреннего сгорания

чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение

автомобили, тракторы, тепловозы, теплоходы

и самолеты (рис. 31). Мощные двигатели внутреннего

сгорания устанавливают на речных и морских

судах.

Вопросы:

1. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

2. Из каких основных частей состоит простейший двигатель

внутреннего сгорания? 3. Какие физические явления происходят

при работе двигателя внутреннего сгорания? 4. За

сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл

двигателя? Сколько оборотов делает при этом вал двигателя?

5. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого

из четырех тактов? 6. Какую роль играет маховик в двигателе

внутреннего сгорания? 7. Какие двигатели внутреннего сгорания

чаще всего применяют в автомобилях? 8. Где еще, кроме

автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

Использованная литература: