Двигун внутрішнього згорання

Внутрішню енергію мають усі тіла - земля, вода, хмари. Проте використати їх внутрішню енергію досить важко, а іноді і неможливо. Найлегше на потреби людини може бути використана внутрішня енергія лише деяких, образно кажучи, "горючих" і "гарячих" тіл. До них відносяться: нафта, вугілля, гарячі джерела поблизу вулканів, теплі морські течії і тому подібне. Розглянемо один з прикладів використання перетворення внутрішньої енергії названих тіл в механічну енергію.

У двигунах використовуються різні кругові процеси. На рисунку 2.43 зображені цикли, використовувані в бензиновому карбюраторному двигуні і в дизельному двигуні. У обох випадках робочим тілом є суміш пари бензину або дизельного палива з повітрям. Цикл карбюраторного двигуна внутрішнього згорання складається з двох ізохор (1-2, 3-4) і двох адіабат (2-3, 4-1). Дизельний двигун внутрішнього згорання працює по циклу, що складається з двох адіабат (1-2, 3-4), однієї ізобари (2-3) і однієї ізохори (4-1). Реальний коефіцієнт корисної дії у карбюраторного двигуна близько 30%, у дизельного - 40%

Рисунок 2.43.

Цикли карбюраторного двигуна внутрішнього згорання (1) і дизельного двигуна (2).

Карбюраторний двигун. Цей двигун - один з різновидів двигунів внутрішнього згорання. Ця назва підкреслює, що, по-перше, згорання палива відбувається усередині двигуна, а по-друге, істотною його деталлю є карбюратор - пристрій для змішування бензину з повітрям в потрібних пропорціях.

Рисунок 2.44.

Основні частини двигуна наступні (рис 2.44): 1 - фільтр для всмоктуваного повітря, 2 - карбюратор, 3 - бензобак, 4 - паливопровід, 5 - бензин, що розпилюється, 6 - впускний клапан, 7 - запальна свічка, 8 - камера згорання, 9 - випускний клапан, 10 - циліндр, 11 - поршень.

Робота цього двигуна циклічна, тобто складається з декількох етапів, що повторюються, або, як кажуть, тактів. Всього їх чотири. Відлік тактів починається з моменту, коли поршень знаходиться в крайній верхній точці, і обидва клапани закриті. Перший такт називається впускання (див. рисунок 2.45 а). Впускний клапан відкривається, і поршень, що опускається, засмоктує бензино-повітряну суміш всередину камери згорання. Після цього впускний клапан закривається. Другий такт - стискання (рис. 2.45б). Поршень, піднімаючись вгору, стискає бензиново-повітряну суміш.

Третій такт - робочий хід поршня (рис. 2.45в). На кінці запальної свічки спалахує електрична іскра. Бензиново-повітряна суміш майже миттєво згорає, і в циліндрі виникає температура 1000-2000°С. Різке підвищення температури призводить до сильного зростання тиску, і гарячий газ здійснює корисну роботу - штовхає поршень вниз. Згідно з першим законом термодинаміки в результаті здійснення роботи внутрішня енергія газу зменшується, і він охолоджується до 100-200°С.

Четвертий такт - випуск (рис 2.45г). Випускний клапан відкривається, і поршень, рухаючись вгору, виштовхує відпрацьований газ з камери згорання у вихлопну трубу. Потім клапан закривається.

Рисунок. 2.45.

Дизельний двигун. У 1892 р. німецький інженер Р. Дизель отримав патент на двигун, згодом названий його прізвищем.

У циліндри двигуна Дизеля потрапляє не суміш бензину і повітря, як в карбюраторних двигунах, а тільки повітря. Поршень, стискуючи це повітря, здійснює над ним роботу і, згідно з першим законом термодинаміки, внутрішня енергія повітря зростає. Температура в циліндрі зростає настільки, що паливо, яке вприскується туди, відразу ж займається. Гази, що утворюються при цьому, виштовхують поршень назад, здійснюючи робочий хід. Отже, робота двигуна Дизеля також складається з чотирьох тактів: а) всмоктування повітря; б) стискання повітря; в) уприскування і згорання палива - робочий хід поршня; г) випуск відпрацьованих газів.

Дизельні двигуни, можуть працювати на менш якісному, а, означає, на дешевшому паливі, ніж карбюраторні двигуни. Дизелі також здатні розвивати велику потужність. Крім того, ККД дизелів досягає 35-40 %, що помітно вище, ніж ККД карбюраторних двигунів : 25-30 %.