Підручник Фізика 8 клас - М. I. Шут - Перун 2016 рік

Частина I ТЕПЛОВІ ЯВИЩА.

РОЗДІЛ 3. ТЕПЛОВА ЕНЕРГІЯ. ТЕПЛОКОРИСТУВАННЯ

§ 17. ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

1. Двигун внутрішнього згоряння — один з найпоширеніших теплових двигунів.

Уперше двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), який випускався серійно, був побудований у 1859 р. французьким механіком Жаном Ленуаром (1822-1900 рр.). Свою назву цей двигун отримав тому, що паливо в ньому спалюється не ззовні, а всередині циліндра двигуна. З часом ідея спалювання палива безпосередньо всередині циліндра з поршнем знайшла своє втілення у винайденні чотирьохтактного двигуна внутрішнього згоряння. Такий двигун був сконструйований німецьким винахідником Ніколаусом Отто (1832-1891рр.) у 1878 р. Двигун внутрішнього згоряння такого типу став найбільш поширеним у світі тепловим двигуном (рис. 76, а, б).

Двигуни внутрішнього згоряння встановлюють на автомобілях і літаках, мотоциклах, річкових і морських суднах, тракторах тощо. У світі нараховуються сотні мільйонів таких двигунів. Існують два типи двигунів внутрішнього згоряння - карбюраторний (бензиновий) та дизельний.

2. Принцип дії чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння. Основною частиною двигуна внутрішнього згоряння є один або декілька циліндрів, у яких відбувається згоряння палива.

Всередині циліндра рухається поршень, забезпечений металевим стержнем, який з’єднує поршень з шатуном (рис. 76). Шатун передає рух поршня на колінчастий вал. Верхня частина циліндра з’єднана з двома клапанами. Через один з них - впускний - подається паливна суміш, через другий - випускний - видаляються продукти згоряння. Між клапанами розміщена свічка - пристрій для запалення паливної суміші через електричну іскру.

б)

Рис. 76. Двигуни внутрішнього згоряння широко використовуються в різних транспортних засобах, зокрема, в автомобілях: а) зовнішній вигляд двигуна внутрішнього згоряння; б) двигун внутрішнього згоряння розміщується зазвичай у передній частині автомобіля під капотом, у деяких автомобілях передбачено розміщення двигуна у задній частині (вентилятор призначений для охолодження двигуна)

Найбільшого поширення у техніці набув чотиритактний двигун внутрішнього згоряння. Його робота - це неперервна сукупність так званих робочих циклів, які послідовно і неперервно слідують один за одним. Кожний робочий цикл складається із чотирьох взаємозв’язаних техніко-технологічних процесів (тактів).

1- й такт - впуск суміші. Впускний клапан відкривається. Поршень, рухаючись вниз, всмоктує паливну суміш (рис. 77, а).

2- й такт - стискання суміші. Впускний клапан закривається. Поршень, рухаючись вгору, стискає паливну суміш, яка при цьому нагрівається (рис. 77, б).

3- й такт - робочий хід. Суміш запалюється від електричною іскрою від свічки. Сила тиску газів (розжарених продуктів згоряння) рухає поршень вниз. Рух поршня передається на колінчастий вал, вал обертається і виконується корисна робота. У процесі виконання роботи і розширення продукти згоряння охолоджуються і тиск в циліндрі знижується майже до атмосферного (рис. 76, в).

1-й такт (впуск)

2-й такт (стискання)

3-й такт (робочий хід)

4-й такт (випуск)

Рис. 77. Схема чотиритактного циклу роботи двигуна внутрішнього згоряння

4-й такт - випуск (вихлоп). Відкривається випускний клапан. Відпрацьовані продукти згоряння через глушник викидаються в атмосферу. Поршень повертається у вихідний стан (рис. 76, г).

Цілком очевидно, що з чотирьох тактів роботи теплового двигуна внутрішнього згоряння лише один (третій) такт є робочим, тому колінчастий вал обертається нерівномірно. З урахуванням цього, одноциліндровий двигун забезпечують масивним маховиком (він запасає енергію), за рахунок якого колінчастий вал рухається впродовж решта тактів. Одноциліндрові двигуни встановлюються в основному на мотоциклах. На автомобілях, тракторах, суднах встановлюють два, чотири, шість або вісім циліндрів (є навіть десяти-, і дванадцятициліндрові двигуни). У багатоциліндровому двигуні (рис. 78, д, е) робочих ходів буде стільки, скільки є циліндрів, і вони не співпадають один з одним. Внаслідок цього обертання колінчастого валу є більш рівномірним (плавним).

Двигуни внутрішнього згоряння мають значні переваги порівняно з паровими машинами: їх ККД є майже в 10 разів вищим від ККД парової машини, а потужність в сотні разів перевищує потужність навіть найбільш потужних парових машин.

Рис. 78. У багатоциліндровому двигуні забезпечується майже постійну дія на передавальний механізм (наприклад, на карданний вал, що через спеціальні пристрої передає рух від двигуна до коробки передач та до коліс автомобіля): д) шестициліндровий дизельний двигун - один з найкращих двигунів BMW; е) восьмициліндровий двигун, встановлюється на гоночних автомобілях

Подумайте і дайте відповідь

1. Які двигуни називають двигунами внутрішнього згоряння?

2. Що є основною частиною двигуна внутрішнього згоряння?

3. Поясніть принцип дії двигуна внутрішнього згоряння.

4. Назвіть основні такти робочого циклу двигуна внутрішнього згоряння.

5. З якою метою двигун внутрішнього згоряння забезпечується маховиком?

6. Які переваги багатоциліндрових двигунів внутрішнього згоряння?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 17.

1. Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна дорівнює 32%. Поясніть, що означає це число. Яка робота теплового двигуна є корисною?

2. Чому при згорянні паливної суміші тиск у циліндрі двигуна сильно зростає?

3. Чи можна використовувати двигун внутрішнього згоряння на підводному човні, який перебуває у підводному режимі плавання?

4. Яку роботу можна виконати, якщо у двигуні з ККД 20% витратити 0,5 кг бензину?

5. Двигун внутрішнього згоряння витрачає за 1 год 25,3 кг нафти. ККД двигуна 25%. Визначте потужність двигуна.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити