Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Промышленная революция начавшаяся с Великобритании произошла благодаря повсеместному распространению паровой машины. Но устройство паровой машины достаточно не совершенно в чем вы могли убедиться на прошлой лекции. Вы помните как долго мы раскочегаривали паровой котел. Не кипит...и все тут. Паровой котел - это одна из частей энергетической системы, которая наименее качественно функционирует. И хотелось бы обойтись без этого парового котла. Об этом люди думали давно...и еще в XIX веке был изобретен двигатель, где горение происходит не снаружи под котлом, а внутри цилиндра с поршнем. И такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания. И большинство механической работы, которая совершается сейчас на нашей планете, оказывается совершается двигателями внутреннего сгорания. И сегодня мы с ними познакомимся.
Впервые идея сжигать топливо внутри цилиндра пришла французскому инженеру Ленуару в 1860 году. Фактически двигатель Ленуара мало чем отличался от обычной паровой машины, только вместо котла топливо помещалось в цилиндр, потом воспламенялось, потом толкало поршень и совершалась работа. Правда, очень небольшая часть энергии топлива преобразовывалась в механическую работу. Коэффициент полезного действия двигателя Ленуара составлял 3,3 процента.
Значительно дальше продвинулся немецкий инженер по фамилии Отто. Отто создал конструкцию двигателя, которой мы пользуемся и сейчас в 1878 году. КПД двигателя Отто составлял 24 процента. И это уже серьезная величина. Но прежде, чем говорить об устройстве двигателя Отто стоит познакомится с устройством карбюратора, который впрыскивает топливо в цилиндр.
А теперь, когда мы подготовили рабочую смесь, давайте теперь поговорим об устройстве самого двигателя.
И теперь давайте рассмотрим все части рабочего цикла или все такты работы четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
И так мы с вами узнали об рабочем цикле двигателя и стоит обратить внимание на следующие важные вещи: если мы хотим, чтобы двигатель заработал, нам нужно прокрутить его, либо вручную, как это было раньше, у шоферов были специальные ручки, либо заставить его вращаться от стартера.
Стартер - это электродвигатель, который питаясь от аккумулятора, прокручивает двигатель внутреннего сгорания.
При этом нам необходимо пройти вручную следующие стадии: впуск и сжатие. На этих стадиях не двигатель внутреннего сгорания совершает работу, а условно "вы". После первых двух тактов происходить зажигание и только после этого двигатель начинает сам совершать полезную работу. Он толкает поршень вниз, разгоняя при этом маховик. После того, как маховик раскрутился выпуск происходит сам собой, потому что маховик вращаясь по инерции увлекает поршень вверх и через выпускной клапан выходит рабочая смесь. Поэтому двигатель сам не начнет работать. Нет такого выключателя, который можно включить, как электромотор и он пошел работать. Нет, его надо прокрутить. А для того, чтобы вращение было равномерным нужен маховик с большой массой или с большой инертностью или как говорят физики с большим моментом инерции. Именно благодаря этому происходит относительно плавное движение поршня. Только в одном такте из четырех, где двигатель сам крутить маховик. Во всех остальных тактах, либо мы сами вручную его проворачиваем, либо он движется по инерции. Тяжелый маховик - это плохо. Поэтому приходится делать так...берут не одноцилиндровый, а четырехцилиндровый двигатель. И почему цилиндров именно четыре? Потому что у одноцилиндрового двигателя из четырех тактов, только один является рабочим ходом. Значит, когда в одном цилиндре всасывание (впуск), в другом сжатие, в третьем рабочий ход, в четвертом выпуск. Через один такт роли цилиндров меняются и всегда есть цилиндр в котором происходит рабочий ход. Благодаря этому маховик можно сделать гораздо меньше. В современных двигателях маховика как такового вообще нет и его роль выполняют диски сцепления.
А нам бы хотелось повысить мощность двигателя и как это сделать? Для этого, первое что приходит в голову - это надо увеличить степень сжатия. Во втором такте при сжатии степень сжатия составляет всего лишь 10 атмосфер. Т.е в 10 раз повышается давление. А что, если мы хотим повысить мощность и сожмем рабочую смесь до 35 атмосфер? Нельзя. А почему? И что при этом будет? Температура при сжатии в 10 раз повышается до 300 градусов в цикле сжатия, а при большем сжатии она повысится до 600 - 700 градусов. И при такой температуре рабочая смесь загорится "не по команде", даваемой искрой в свече, а в ненужный момент времени. Причем, хуже при этом другое. Хуже, то что пламя будет распространяться не по цилиндру от свечи к поршню со скоростью 40 метров/сек, как оказывается. А произойдет воспламенение во всех точках одновременно и это приведет к тому, что возникнет, так называемая ударная волна. Т.е волна сжатия с большой силой ударяется о стенки цилиндра, там температура из-за этого еще больше повышается, при этом сжигается смазка и начинается разрушение самого механизма. Такое явление воспламенение топлива в неположенный момент времени называется детонацией. И именно детонация не приводит к тому, что мы не можем повысить степень сжатия. Как с ней бороться? Первый способ дорогостоящий - это использовать сорта бензина с высокой детонационной стоимостью. Позже мы узнаем, что такое октановое число...а сейчас, стоит отметить только следующее, что чем выше октановое число бензина, тем выше его детонационная стойкость. Но существует куда более простой способ. В 1890 году Рудольф Дизель придумал вот что...он предложил сжимать не рабочую смесь, а чистый воздух. Чистый воздух при этом не горит, значит мы можем его сжать как угодно, но в разумных пределах. После того как поршень сжал, где-то до 35 атмосфер чистый воздух, на месте схемы, где у нас расположена свеча зажигания установлен жиклер - устройство, для дозированной подачи, в нашем случае, топлива в камеру сгорания цилиндра. И так жиклер впрыскивает топливо в горячий сжатый воздух и оно при этом воспламеняется и в следующем такте поршень уже идет вниз. Мощность такого двигателя в разы больше, чем мощность двигателя с карбюратором той же массы. И смотрите, что получается...карбюратор не нужен, в котором есть ахиллесова пята - жиклер, который все время засоряется. Система зажигания с высоковольтной свечей, с высоковольтным трансформатором и катушкой зажигания, которые очень боятся сырости не нужна. Бензин дорогой, а здесь можно впрыскивать дешевое топливо - солярку, себестоимость которой очень маленькая. Мощность двигателя при этом больше...И единственный недостаток - это выхлоп более вредный, который содержит больше вредных веществ.
Поэтому дизельные двигатели, например, в некоторых странах, в общественном транспорте запрещено использовать. Но, зато можно делать очень мощные двигатели. В тепловозах работают дизельные двигатели, в машинах судов, корабельные двигатели - это тоже дизельные двигатели. И так, дизельные двигатели используются там, где нужна очень высокая мощность, которую можно достичь сжиганием достаточно дешевого дизельного топлива.
И так на этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.