Однако развитие техники показало, что наиболее эффективным является двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочее тело (горячий газ) создаётся непосредственно внутри цилиндра с поршнем. В принципе, это тоже может быть горячий пар, однако технически проще оказалось использовать горячий газ, который образуется при сжигании жидкого топлива – бензина.
Карбюраторный двигатель. Это название подчёркивает, что существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом. Основные части карбюраторного двигателя внутреннего сгорания следующие (см. рисунок).
Цифрами на рисунке обозначено: 1 – фильтр для всасываемого воздуха, 2 – карбюратор, 3 – бензобак, 4 – топливопровод, 5 – распыляющийся бензин, 6 – впускной клапан, 7 – запальная свеча, 8 – камера сгорания, 9 – выпускной клапан, 10 – цилиндр, 11 – поршень.
Работа двигателя состоит из четырёх повторяющихся друг за другом этапов, называемых тактами. Отсчёт тактов начинается с момента, когда поршень находится в верхней точке, и оба клапана закрыты.
Первый такт – впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь цилиндра. Затем впускной клапан закрывается. Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь.
Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь быстро сгорает, и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления, и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз.
Четвёртый такт – выпуск (рис. «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает отработавший газ из камеры сгорания в трубу. Затем клапан закрывается.
Дизельный двигатель. В 1892 г. немецкий инженер Р.Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение и права изобретателя) на двигатель, впоследствии названный его фамилией. В цилиндры двигателя Дизеля попадает не смесь бензина и воздуха, а только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и, согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия воздуха возрастает. Причём температура воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.
Следовательно, работа двигателя Дизеля также состоит из четырёх тактов: а) всасывание воздуха; б) сжатие воздуха; в) впрыск и сгорание топлива – рабочий ход; г) выпуск отработавших газов. Важно: карбюратор и свеча становятся ненужными, что упрощает конструкцию двигателя и повышает его надёжность.
Дизели могут работать на менее качественном, а значит, на более дешёвом топливе, чем карбюраторные двигатели. Дизели способны развивать большую мощность. КПД дизелей достигает 35–40%, что выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 30–35%.
Любой тепловой двигатель должен обязательно содержать нагреватель и охладитель. Это необходимо, чтобы рабочее тело (газ или пар) могло попеременно увеличивать и уменьшать объём, двигая при этом поршень и совершая работу.
Чем выше температура нагревателя и ниже температура охладителя, тем выше будет КПД.
Для идеальной тепловой машины (теплового двигателя) Карно вывел формулу:
Чем выше температура нагревателя и ниже температура охладителя, тем выше будет КПД.
Для идеальной тепловой машины (теплового двигателя) Карно вывел формулу:
| η = | Tнагр – Tохл | · 100% |
η – максимальный КПД двигателя, %
Tнагр – температура нагревателя, К Tохл – температура охладителя, К | |
| Tнагр |
В этой формуле Tнагр и Tохл – так называемые абсолютные температуры по шкале Кельвина
Поскольку для тепловых машин (двигателей) охладителем является атмосферный воздух или вода из открытых водоёмов, уменьшить их температуру невозможно. Следовательно, для увеличения КПД необходимо увеличивать температуру нагревателя, точнее, температуру, до которой нагревается рабочее тело.
Комментариев нет:
Отправить комментарий