Теперь рассмотрим упрощённо работу реальной тепловой машины на примере 4 - цилиндрового автомобильного двигателя внутреннего сгорания.
Поршни в каждом из 4 цилиндров соединены шатунами с коленчатым валом. В верхней части каждого цилиндра находятся впускной и выпускной клапаны.
Через впускной клапан в цилиндр подаётся топливо - горючая смесь, состоящая примерно из 15 частей воздуха и одной части паров бензина. Эта смесь поступает из карбюратора. Выпускной клапан служит для выпуска наружу продуктов сгорания топлива.
За два оборота коленчатого вала каждый поршень совершает четыре хода (такта).
Под ходом поршня понимается его перемещение от верхней мёртвой точки (в.м.т.) или от верхнего положения до нижней мёртвой точки (н.м.т.) или до нижнего положения, и наоборот.
Движение поршней согласовано так, как показано на рисунке, изображающем рабочий цикл 4-тактного двигателя внутреннего сгорания. Посмотрим, как работает этот двигатель.
В первом такте (впуске) из карбюратора через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь, а поршень перемещается от верхней мёртвой точки (в.м.т.) к нижней мёртвой точке (н.м.т.).
В течение второго такта (сжатия) оба клапана закрыты. Поршень двигается от нижней мёртвой точки (н.м.т.) к верхней мёртвой точке (в.м.т.), смесь сжимается, температура повышается до (200 - 400) градусов Цельсия. В конце сжатия смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания и происходит сгорание топлива в цилиндре. Поэтому эти двигатели и называются двигателями внутреннего сгорания. В конце сгорания температура значительно повышается.
В начале третьего такта (рабочего хода) горючая смесь активно расширяется и давит на поршень, который перемещается к нижней мёртвой точке (н.м.т.). Оба клапана при этом закрыты. В течение третьего такта происходит преобразование тепла в механическую работу.
В четвёртом такте (выпуске) поршень двигается от нижней мёртвой точки (н.м.т.) к верхней мёртвой точке (в.м.т.), открывается выпускной клапан и отработанные газы с большой скоростью выбрасываются из цилиндра.
Такая циклическая работа сопровождается превращением возвратно - поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, от которого через передаточные механизмы вращательное движение передаётся на колёса автомобиля.
На коленчатом валу находится маховик, благодаря инерции которого коленчатый вал не останавливается, когда поршни в цилиндрах проходят свои крайние положения ("мёртвые точки").
Подумайте над решением следующей задачи:
Температура нагревателя идеальной тепловой машины 127 градусов Цельсия, а холодильника 27. За 2 с рабочее тело получило от нагревателя количество теплоты 140 кДж. Какое количество теплоты отдаётся холодильнику за это время и какова мощность тепловой машины? Ответ: 105 кДж; 17,5 к Вт.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Занятие 39. Круговые процессы. Цикл Карно.
Следующая запись: Задачи 1 - 3 к занятию 39.
Ссылки на другие темы даны в Занятии 1.