|
|
|
|
|
Глава 6. Свойства газов
Тепловые двигателиПри приближении поршня к верхней мёртвой точке в свече зажигания 7 карбюраторного двигателя проскакивает искра и горючая смесь воспламеняется. Сгорание смеси происходит настолько быстро, что поршень не успевает заметно переместиться и процесс можно считать изохорным (V = const). На графике этому процессу соответствует линия 3—4. При сгорании смеси выделяется большое количество теплоты, резко повышаются давление и температура газа, в результате чего происходит его адиабатное расширение (рабочий ход поршня). Расширяясь, газ толкает поршень и соединённый с ним коленчатый вал, совершает механическую работу. При этом газ охлаждается, так как часть его внутренней энергии идёт на совершение работы. На графике этому процессу соответствует линия 4—5. После того как поршень придёт в нижнюю мёртвую точку, давление в цилиндре уменьшится (линия 5—6 на графике). При движении поршня вверх открывается выпускной клапан 6 и начинается выпуск отработанных газов (линия 6—1). Затем цикл повторяется. Из четырёх тактов только третий является рабочим. Для того чтобы поршень переходил нижнюю и верхнюю мёртвые точки, на коленчатый вал насаживают массивный маховик 8. Благодаря его инертности коленчатый вал сразу не прекращает вращение, и поршень проходит мёртвые точки. Обычно двигатель состоит из четырёх или восьми цилиндров. В четырёхцилиндровом двигателе в каждом из цилиндров поочерёдно осуществляется рабочий ход, и коленчатый вал всё время получает энергию от одного из поршней, что обеспечивает равномерное его вращение. В настоящее время четырёхтактные карбюраторные двигатели устанавливаются в основном на автомобилях. Мощность автомобильных карбюраторных двигателей составляет десятки киловатт: автомобиля «Ока» — 22 кВт, автомобиля «Волга» — 77 кВт, а их КПД не более 30% . Невысокий КПД объясняется тем, что степень сжатия горючей смеси нельзя сделать слишком высокой, так как при сильном сжатии её температура значительно возрастает и она может самовоспламениться. Для различных легковых автомобилей степень сжатия, т. е. отношение первоначального объёма горючей смеси к её объёму при сжатии, составляет от 7,2 до 9. В отличие от карбюраторных, в дизельном двигателе сжимается воздух, и степень сжатия обычно равна 14—16. Соответственно и температура воздуха может достигать 500—600 °С. График зависимости давления от объёма для полного цикла работы дизельного двигателя приведён на рисунке 102.
В конце такта сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое при такой температуре самовоспламеняется и довольно медленно сгорает (на рис. 102 линия 3—4). Этот процесс можно считать изобарным. Затем следует адиабатное расширение (линия 4—5) и изохорное охлаждение (линия 5—6), после чего открывается выпускной клапан и продукты сгорания выбрасываются. Затем цикл повторяется. Поскольку температура в цилиндре дизельного двигателя выше, чем в цилиндре карбюраторного, то выше и его КПД. Он составляет примерно 40%. Дизельные двигатели внутреннего сгорания ввиду их большей экономичности используются как в автомобилях, так и в тракторах, теплоходах и тепловозах. Мощность таких двигателей достигает нескольких тысяч киловатт.
|
|
|