Двигун внутрішнього згорання

Двигун внутрішнього згоряння – один з найбільш поширених теплових двигунів. Його перевагою в порівнянні з іншими двигунами є те, що паливо згорає всередині циліндра двигуна. Це робить його більш дешевим, менш металоємність, більш економічним. Існує два типи двигунів внутрішнього згоряння: карбюраторні і дизельні. У карбюраторному двигуні горюча суміш (суміш палива з повітрям) готується поза двигуном в спеціальному пристрої і з нього надходить у двигун. У дизельному двигуні горюча суміш готується в самому двигуні.

Як вам відомо, двигун внутрішнього згоряння складається з циліндра І, в якому ходить поршень 2, з’єднаний з шатуном 3 (рис. 100). Шатун насаджений на колінчастий вал 4 і приводить його в обертання при поступальному русі поршня в циліндрі. У кришці циліндра є два отвори, в які вставлено клапани 5 і 6. Через один з них в циліндр поступає горюча суміш, через інший виходять відпрацьовані гази.

У чотиритактний двигун внутрішнього згоряння робочий цикл складається з наступних тактів: I – впуск; II – стиснення; III – робочий хід; IV – випуск. На малюнку 101 представлені графіки залежності тиску горючої суміші від обсягу для повного циклу роботи карбюраторного двигуна внутрішнього згоряння.

Під час першого такту відбувається рух поршня вниз від верхньої мертвої точки в нижню мертву точку. При цьому в циліндр через впускний клапан 5 поступає горюча суміш. Обсяг суміші збільшується при постійному тиску. На графіку цьому процесу відповідає лінія 1-2.

Під час другого такту відбувається адіабатне стиск горючої суміші (лінія 2-3 на графіку). При цьому температура горючої суміші різко зростає і досягає 300-350 ° С.

При наближенні поршня до верхньої мертвої точці в свічці запалювання 7 карбюраторного двигуна проскакує іскра і горюча суміш запалюється. Згоряння суміші відбувається настільки швидко, що поршень не встигає помітно переміститися і процес можна вважати ізохорним (V = const). На графіку цьому процесу відповідає лінія 3-4.

При згорянні суміші виділяється велика кількість теплоти, різко підвищуються тиск і температура газу, внаслідок чого відбувається його адіабатне розширення (робочий хід поршня). Розширюючись, газ штовхає поршень і з’єднаний з ним колінчастий вал, здійснює механічну роботу. При цьому газ охолоджується, тому що частина його внутрішньої енергії йде на здійснення роботи. На графіку цьому процесу відповідає лінія 4-5.

Після того як поршень прийде в нижню мертву точку, тиск в циліндрі зменшиться (лінія 5-6 на графіку). При русі поршня вгору відкривається випускний клапан 6 і починається випуск відпрацьованих газів (лінія 6-1). Потім цикл повторюється.

З чотирьох тактів тільки третій є робочим. Для того щоб поршень переходив нижню і верхню мертві точки, на колінчастий вал насаджують масивний маховик 8. Завдяки його інертності колінчастий вал відразу не припиняє обертання, і поршень проходить мертві точки.

Зазвичай двигун складається з чотирьох або восьми циліндрів. У чотирициліндровому двигуні в кожному з циліндрів по черзі здійснюється робочий хід, і колінчастий вал весь час отримує енергію від одного з поршнів, що забезпечує рівномірне його обертання.

В даний час чотиритактні карбюраторні двигуни встановлюються в основному на автомобілях. Потужність автомобільних карбюраторних двигунів становить десятки кіловат: автомобіля “Ока” – 22 кВт, автомобіля “Волга” – 77 кВт, а їх ККД не більше 30%. Невисокий ККД пояснюється тим, що ступінь стиснення горючої суміші не можна зробити дуже високою, так як при сильному стисненні її температура значно зростає і вона може самозайнятися. Для різних легкових автомобілів ступінь стиснення, тобто. Е. Ставлення початкового об’єму горючої суміші до її об’єму при стисненні, становить від 7,2 до 9.

Наприкінці такту стиснення в циліндр впорскується паливо, яке при такій температурі самозаймається і досить повільно згорає (на рис. 102 лінія 3-4). Цей процес можна вважати Ізобаричний. Потім слід адіабатне розширення (лінія 4-5) і ізохорно охолодження (лінія 5-6), після чого відкривається випускний клапан і продукти згоряння викидаються. Потім цикл повторюється.

Оскільки температура в циліндрі дизельного двигуна вище, ніж в циліндрі карбюраторного, то вище і його ККД. Він становить приблизно 40%.

Дизельні двигуни внутрішнього згоряння зважаючи на їх більшої економічності використовуються як в автомобілях, так і в тракторах, теплоходах і тепловозах. Потужність таких двигунів досягає декількох тисяч кіловат.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 2.50 out of 5)

Двигун внутрішнього згорання