Двигатели внутреннего сгорания
Один из самых распространенных тепловых двигате-
дизеля.
Бензиновый ДВС работает на жидком горючем
(бензине, керосине и т. п.) или на горючем газе
(сохраняемом в усатом виде в стальных баллонах).
Сегодня проектируются ДВС, в которых в качестве
горючего будет использоваться водород.
Основная часть ДВС - один или несколько цилиндров,
внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда, к
слову сказать, и название двигателя.
Внутри цилиндра движется поршень - металлический
Итакан, опоясанный пружинящими кольцами, которые не
дпромежутки между поршнем и стенками цилиндра. Пордвень
снабжен металлическим стержнем - пальцем, который
соединяет поршень с шатуном. Последний передает
движение поршня коленчатому валу. Верхняя часть
клапанов - впускной - подается горючая смесь, через
горючей смеси посредством электрической искры.
Наибольшее распространение в технике получил
четырехтактный ДВС.
1-ый такт - впуск (всасывание). Открывается
впускной клапан. Поршень, двигаясь вниз, засасывает в
2-ой такт - сжатие. Впускной клапан закрывается.
Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, которая
при сжатии нагревается.
электрической искрой свечи. Сила давления газов
Движение поршня передается коленчатому валу, вал
поворачивается, и тем самым совершается полезная
работа. Производя работу и расширяясь, продукты
сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти
до атмосферного.
4-ый такт - выпуск (выхлоп). Открывается выпускной
клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются
через глушитель в атмосферу.
Из четырех тактов только один - третий - является
рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком
которого коленчатый вал вращается в течение остальных
тактов.
Дизель - другой тип ДВС. Воспламенение в его
цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух,
предварительно сжатый поршнем и, следовательно,
нагретый до высокой температуры. Это основное отличие
дизеля от обычного бензинового двигателя внутреннего
сгорания. Первый дизельный двигатель был построен в
1897 году немецким ученым Рудольфом Дизелем
(1858-1913), по имени которого и называется.
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Использовать внутреннюю энергию - это значит
совершить за счет нее полезную работу, то есть
превращать внутреннюю энергию в механическую. В
пробирку наливают немного воды и доводят ее до кипения
(причем пробирка изначально закрыта пробкой), пробка
под давлением образовавшегося пара поднимается вверх и
выскакивает. Другими словами, энергия топлива переходит
во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь,
совершает работу, выбивая пробку. Так внутренняя
энергия пара превращается в кинетическую энергию пробки.
цилиндром, а пробку поршнем, который плотно прилегает к
стенкам цилиндра и способен свободно перемещаться вдоль
них, то получится простейший тепловой двигатель.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых
внутренняя энергия топлива превращается в механическую
энергию.
История тепловых машин уходит в далекое прошлое
Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке
дс нашей эры, великий греческий механик и математик
Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью
пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены
спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского
ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи.
Как же стреляла эта пушка? Один конец ствола
наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась
в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал
ядро. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки
представлял собой цилиндр, по которому как поршень
скользило ядро.
Примерно тремя столетиями позже в Александрии -
Средиземного моря - жил и работал выдающийся ученый
Герон, которого историки называют Героном
Александрийским. Герон оставил несколько сочинений,
приборы, механизмы, известные в те времена.
В сочинениях Герона есть описание интересного
прибора, который сейчас называют Героновым шаром. Он
представляет собой полый железный шар, закрепленный
так, что может вращаться вокруг горизонтальной оси. Из
закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступает
в шар, из шара он вырывается наружу через изогнутые
трубки, при этом шар приходит во вращение. Внутренняя
энергия пара превращается в механическую энергию
реактивных двигателей.
В то время изобретение Герона не нашло применения
времена нового расцвета науки и техники, наступившего
после периода средневековья, об использовании
внутренней энергии пара задумывается Леонардо да Винчи.
цилиндра и поршня. Под поршнем в цилиндре находится
воды пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, будет
искать выход и толкать поршень вверх. Во время своего
движения вверх поршень мог бы совершать полезную работу
век ршсе великого Леонардо. Это было колесо с
лопатками, в второе с силой ударяла струя пара,
благодаря чему колесо начинало вращаться. По существу,
это была первая паровая турбина.
В XVII-XVIII веках над изобретением паровой
машитрудились англичане Томас Севери (1650-1715) и
Томас Ньюкомен (1663-1729), француз Дени Папен
(1728-1766) и Дрогие другие.
свободно перемещался поршень. Поршень был связан
тросом, перекинутым через блок, с грузом, который вслед
за поршнем также поднимался и опускался. По мысли
Папена, поршень можно было связать с какой-либо
качать воду. В нижнюю откидывающуюся часть цилиндра
насыпали поpox, который затем поджигали. Образовавшиеся
газы, стремясь расшириться, толкали поршень вверх.
После отого цилиндр и поршень с наружной стороны
их давление на поршень уменьшалось. Поршень под
действием собственного веса и наружного атмосферного
давления опусускался вниз, поднимая при этом груз.
Двигатель совершал полезную работу. Для практических
целей он негодился: слишком уж сложен был
технологический цикл его работы (засыпка и поджигание
пороха, обливание водой, И это на протяжении всей
работы двигателя!). Кроме того, применение подобного
Однако нельзя не усмотреть в первой машине Палена
черты современного двигателя внутреннего сгорания.
В своем новом двигателе Папен вместо пороха
использовал воду. Ее наливали в цилиндр под поршень, а
сам цилиндр разогревали снизу. Образующийся пар
поднимал поршень. Затем цилиндр охлаждали, и
находящийся в нем пар конденсировался - снова
превращался в воду. Поршень, как и в случае порохового
двигателя, под действием своего веса и атмосферного
давления опускался вниз. Этот двигатель работал лучше,
чем пороховой, но для серьезного практического
использования был также малопригоден: нужно было
подводить и отводить огонь, подавать охлажденную воду,
ждать, пока пар сконденсируется, перекрывать воду и т. п.
приготовление пара, необходимого для работы двигателя,
происходило в самом цилиндре.
А что если в цилиндр впускать уже готовый пар,
достаточно было бы попеременно впускать в цилиндр то
пар, то охлажденную воду, и двигатель работал бы с
большей скоростью и меньшим потреблением топлива.
Об этом догадался современник Дени Палена
англичанин Томас Севери, построивший паровой насос для
откачки воды из шахты. В его машине приготовление пара
происходило вне цилиндра - в котле.
сконструировал английский кузнец Томас Ньюкомен. Он
умело использовал многое из того, что было придумано до
него. Ньюкомен взял цилиндр с поршнем Папена, но пар
для подъема поршня получал, как и Севери, в отдельном
котле.
Машина Ньюкомена, как и все ее предшественницы,
работала прерывисто - между двумя рабочими ходами
четырех-пятиэтажный дом и, следовательно, исключительно
<прожорлива>: пятьдесят лошадей еле-еле успевали
подвозить ей топливо. Обслуживающий персонал состоял из
двух человек: кочегар непрерывно подбрасывал уголь в
<ненасытную пасть> топки, а механик управлял кранами,
Понадобилось еще 50 лет, прежде чем был построен
то время работал гениальный русский изобретатель,
солдатский сын Иван Ползунов.
<огнедействующую машину> на
одном из барнаульских заводов. Это изобретение было
делом его жизни и, можно сказать, стоило ему жизни, В
проект на рассмотрение. В отличие от паровых насосов
недостатки которых ясно осознавал, это был проект
универсальной машины непрерывного действия. Машина
предназначалась для воздуходувных мехов, нагнетающих
воздух в плавильные печи. Главной ее особенностью было
то, что рабочий вал качался непрерывно, без холостых
пауз. Это достигалось тем, что Ползунов предусмотрел
вместо одного Цилиндра, как это было в машине
Ньюкомена, два попеременно работающих. Пока в одном
цилиндре поршень под действием пара поднимался вверх, в
другом пар конденсировался, и поршень шел вниз. Оба
поршня были связаны одним рабочим валом, который они
поочередно поворачивали то в одну, то в другую стороны.
Рабочий ход машины осуществлялся не за счет
атмосферного давления, как у Ньюкомена, а благодаря
Весной 1766-года ученики Ползунова, спустя неделю
после его смерти (он умер в 38 лет), испытали машину.
Она работала в течение 43 суток и приводила в движение
мехи трех плавильных печей. Потом котел дал течь; кожа,
которой были обтянуты поршни (чтобы уменьшить зазор
между стеннкой цилиндра и поршнем), истерлась, и машина
остановилась навсегда. Больше ею никто не занимался.
Создателем другого универсального парового
двигателя, который получил широкое распространение,
Работая над усовершенствованием машины Ньюкомена, он в
развитых странах Европы ручной труд на фабриках и
заводах все больше и больше заменялся работой машин.
он был создан.
В двигателе Уатта применен так называемый
кривошипно-шатунный механизм, преобразовывающий
вращательное движение колеса.
Уже потом было придумано <двойное действие>
машины: направляя поочередно пар то под поршень, то
сверху поршня, Уатт превратил оба его хода (вверх и
вниз) в рабочие. Машина стала мощнее. Пар в верхнюю и
нижнюю части цилиндра направлялся специальным
парораспределительным механизмом, который впоследствии
был усовершенствован и назван <золотником>.
обязательно все время, пока поршень движется, подавать
в цилиндр пар. Достаточно впустить в цилиндр какую-то
порцию пара и сообщить поршню движение, а дальше этот
пар начнет расширяться и перемещать поршень в крайнее
положение. Это сделало машину экономичней: меньше
Сегодня один из самых распространенных тепловых
двигателей - двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его
устанавливают на автомобили, корабли, тракторы,
моторные лодки и т. д., во всем мире насчитываются сотни
двигателей внутреннего сгорания - бензиновый ДВС и
дизель (см. Двигатель внутреннего сгорания).
часть энергии, выделяемую топливом, он превращает в
полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем
Для характеристики экономичности вводится понятие
КПД теплового двигателя - это отношение той части
двигателя, ко всей энергии, выделившейся при сгорании
Первый дизель (1897 г.) имел КПД 22%. Паровая
машина Уатта (1768 г.) - 3-4%, современный стационарный
дизель имеет КПД 34-44%.
| 
