Физика 8 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 92

   Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) представляет собой тип теплового двигателя, характеризующийся тем, что процесс сгорания рабочего тела (топливовоздушной смеси) осуществляется непосредственно в пределах его рабочей полости, именуемой цилиндром.
   Энергия, высвобождаемая в результате экзотермической реакции горения, трансформируется в полезную механическую работу.

   Для функционирования простейшего двигателя внутреннего сгорания необходимы следующие основные части:
   — Цилиндр: Место, где поршень совершает свои движения.
   — Поршень: Перемещается внутри цилиндра под воздействием силы сгорания.
   — Шатун: Связывает поршень с вращающимся элементом.
   — Коленчатый вал: Превращает линейное движение поршня в крутящий момент.
   — Впускной клапан: Открывается для поступления топливной смеси.
   — Выпускной клапан: Открывается для выхода отработанных газов.
   — Свеча зажигания (для бензиновых двигателей): Создает искру для воспламенения.
   — Головка цилиндра: Верхняя часть цилиндра, где расположены клапаны и свеча.

   Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания осуществляет полный рабочий цикл посредством четырех последовательных ходов поршня. Каждый ход поршня, будь то движение вверх или вниз, составляет один такт.
   Учитывая, что за один оборот коленчатого вала (360 градусов) поршень совершает два хода, для выполнения всех четырех тактов коленчатый вал должен совершить два полных оборота (720 градусов).

   Описание работы двигателя внутреннего сгорания:

1. Впуск:
   — В этот момент открывается клапан, отвечающий за поступление топлива (или воздуха), а клапан для выхода отработанных газов остается закрытым.
   — Поршень опускается, создавая в цилиндре область пониженного давления.
   — Благодаря этому в цилиндр засасывается либо топливно-воздушная смесь (для бензиновых двигателей), либо чистый воздух (для дизельных).
2. Сжатие:
   — Все клапаны в цилиндре плотно закрыты.
   — Поршень начинает двигаться вверх, сжимая находящуюся внутри смесь (или воздух).
   — В результате этого процесса значительно увеличиваются давление и температура внутри цилиндра.
3. Рабочий ход (Расширение):
   — Оба клапана по-прежнему закрыты.
   — В самом конце фазы сжатия происходит воспламенение: в бензиновых двигателях — от электрической искры, а в дизельных — от высокой температуры сжатого воздуха.
   — Образовавшиеся в результате сгорания газы стремительно расширяются. Это расширение толкает поршень вниз, и именно этот ход поршня является полезной работой двигателя.
4. Выпуск:
   — Открывается клапан, предназначенный для вывода отработанных газов, в то время как впускной клапан остается закрытым.
   — Поршень движется вверх, выталкивая продукты сгорания из цилиндра.

Способ подачи топлива:
   — карбюраторный: топливо смешивается с воздухом в карбюраторе, образуя горючую смесь, которая затем поступает в цилиндр;
   — дизельный: топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр с помощью форсунок.
Воспламенение смеси:
   — карбюраторный: воспламенение происходит от искры, создаваемой свечой зажигания;
   — дизельный: воспламенение происходит от высокой температуры воздуха, сжатого в цилиндре (самовоспламенение).
Степень сжатия:
   — карбюраторный: степень сжатия ниже (обычно 8–12);
   — дизельный: степень сжатия выше (обычно 14–24), что обеспечивает более высокую эффективность.
Топливо:
   — карбюраторный: используется бензин;
   — дизельный: используется дизельное топливо (солярка).
Экономичность и выбросы:
   — дизельные двигатели, как правило, более экономичны (имеют более высокий КПД);
   — в выхлопе дизельных двигателей обычно меньше угарного газа (CO), но больше сажи и оксидов азота (NOx).

   Только во время рабочего хода, когда топливо сгорает, его энергия превращается в движение. В этот момент горячие газы толкают поршень вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Остальные этапы работы двигателя (заполнение цилиндра топливом, сжатие смеси и вывод отработанных газов) лишь готовят его к этому моменту и требуют энергии, которая частично накапливается в маховике.

   Процесс начинается с воспламенения топлива, которое высвобождает тепловую энергию. Эта энергия передается газам в цилиндре, вызывая их нагрев и увеличение давления. Под действием этого давления газы расширяются, совершая работу над поршнем. Таким образом, происходит переход от тепловой энергии к механической.

   Маховик обладает значительной массой и, следовательно, большой инерцией.
   Он накапливает кинетическую энергию во время рабочего хода (такта расширения).
   Эта накопленная энергия используется для выполнения остальных трёх тактов (впуск, сжатие, выпуск), которые не производят полезной работы, а требуют её затрат.
   Маховик обеспечивает равномерность вращения коленчатого вала, сглаживая пульсации крутящего момента, возникающие из‑за периодичности рабочих ходов в разных цилиндрах.
   Он также помогает запустить двигатель, передавая вращение от стартера к коленчатому валу.

   В карбюраторе осуществляется процесс испарения бензина, то есть его фазовый переход из жидкого состояния в газообразное. Для осуществления данного перехода необходима энергия, которая поглощается из окружающей среды (воздуха и компонентов карбюратора) в форме тепловой энергии.
   Этот процесс, известный как парообразование, является эндотермическим, что означает его способность поглощать тепло. Следствием этого является снижение температуры воздуха и топливовоздушной смеси.