Карбюраторный двигатель внутреннего сгорания

Для сообщения рабочему телу количества теплоты Q₁ необходимо топливо. Оказалось, что КПД двигателя выше, если сжигать топливо внутри цилиндра.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – двигатель, в котором топливо сгорает внутри цилиндра.

Рабочее тело ДВС – горючая смесь бензина и воздуха (на 1 кг бензина для его полного сгорания требуется около 15 кг воздуха).

Карбюратор – устройство, смешивающее воздух с бензином.

1. При прямом ходе поршня (сверху вниз) через впускной клапан 1 горючая смесь поступает в цилиндр, давление постоянно.

2. При обратном ходе поршня (снизу вверх) происходит быстрое (адиабатическое) сжатие.

3. В конце сжатия электрическая искра воспламеняет горючую смесь, которая выделяет количество теплоты Q₁, резко увеличивая в цилиндре температуру и давление. Процесс сгорания изохорический (происходит очень быстро, объем почти не меняется). Далее газ адиабатически расширяется и совершает работу (рабочий ход поршня).

· Процессы 2 и 3 проходят при закрытых клапанах.

4. В конце цикла поршень идет вверх, через выпускной клапан 2 газ выходит в атмосферу, отдавая тепло Q₂ окружающей среде.

· Чем больше сжатие газа в цилиндре, тем выше КПД ДВС. Однако, самопроизвольное возгорание (детонация) горючей смеси ограничивает степень сжатия и КПД карбюраторного ДВС (h»24%).

В 1892 г. Рудольф Дизель (1858–1913, Германия) предложил сжимать не горючую смесь, а только воздух. В конце такта адиабатического сжатия в цилиндр впрыскивалось топливо и воспламенялось от высокой температуры сжатого воздуха (t ⁰ = 600–700⁰С). Степень сжатия и КПД при этом возросли. Дизельные двигатели имеют h» 40% и используются в мощных грузовых автомобилях, тракторах, речных судах и т. д.

Рассмотрим процессы: 1) падение тела с высоты; 2) теплообмен; 3) вращение колеса на ступице. Из опытов следует, что самопроизвольно все эти процессы протекают только в одном направлении:

2) тепло передается от более нагретого тела менее нагретому;

3) скорость вращения колеса уменьшается, ступица нагревается.

Обратные процессы – подъем тела снизу вверх, переход энергии от холодного тела к горячему и переход тепловой энергии в механическую – возможны и не противоречат закону сохранения и превращения энергии. Однако, самопроизвольно (без применения дополнительного оборудования и усложнения самого процесса) не происходят.

Необратимый процесс – процесс, естественным образом протекающий только в одном направлении.

· Из практики известно, что тепловые процессы – необратимые.

· Все естественные (природные) процессы – необратимые.

Исследовав необратимость тепловых процессов, Рудольф Клаузиус (1822-1888, Германия) в 1850 г. сформулировал фундаментальный второй закон термодинамики: если в теплообмене участвуют два тела с разными температурами, то самопроизвольно тепло переходит от более нагретого тела к менее нагретому.

Значит, построить вечный двигатель, основанный на самопроизвольном переходе всей тепловой энергии в механическую, невозможно.

Из опытов известно, что газы, жидкости и твердые тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Различают линейное и объемное тепловые расширения.

Линейное расширение – увеличение одного из линейных размеров тела (как правило длины) при повышении температуры.

· О линейном расширении говорят применительно к твердым телам, т.к.газ и жидкость принимают форму сосуда, в котором находятся.

Объемное расширение – увеличение объема вещества при повышении температуры.

· Можно говорить об объемном расширении вещества во всех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном).

Пусть стержень при t ₀ = 0⁰С имеет длину l₀. При увеличении температуры до t длина стала l = l₀ + Dl, где Dl – увеличение длины при повышении температуры на D t = t – t ₀. Из опытов известно, что Dl ~ D t и Dl ~ l₀. Тогда Dl = a ×D t ×l₀.

Коэффициент линейного расширения (a) – отношение относительного изменения длины тела

к вызвавшему его изменению температуры D t.

· Линейное расширение учитывают при проектировании зданий, мостов и др. объектов, испытывающих перепады температуры.

Пусть вещество при t ₀ = 0⁰С имеет объем V ₀. При увеличении температуры до t объем увеличится до V = V ₀ + D V, где D V – увеличение объема при повышении температуры на D t = t – t ₀.

Из опытов известно, что D V ~ D t и D V ~ V ₀. Тогда D V = b ×D t × V ₀.

Коэффициент объёмного расширения (b) – отношение относительного изменения объема вещества

к вызвавшему его изменению температуры D t.

· b зависит от вещества (для твёрдых тел b» 3a).

· Объемное расширение учитывают при проектировании механизмов, испытывающих перепады температур (ДВС, турбины и др.).

4. Агрегатные состояния вещества
и фазовые переходы

Вповседневной реальности мы привыкли к тому, что одни вещества – твердые, другие – жидкости, третьи – газы. Это наблюдение сделано при малом изменении температуры и давления (в пределах нескольких %). Если условия меняются значительно, то можно наблюдать, например, переход железа из твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное. Воздух при понижении температуры и увеличении давления сначала переходит в жидкое состояние, затем – в твёрдое. Значит, вещество может находиться в различных термодинамических фазах (п.2.2) – твердой, жидкой, газообразной.

Фазовый переход – переход вещества из одной термодинамической фазы в другую.

1) почти несжимаемы (расстояние между молекулами невелико);

2) текучи (молекулы могут свободно перемещаться друг относительно друга);

3) принимают форму сосуда, в котором находятся (в состоянии невесомости принимают форму шара);

Рассмотрим каплю жидкости. Силы притяжения, действующие на «внутреннюю» молекулу (1) со стороны других молекул, компенсированы и их равнодействующая равна нулю. «Наружная» молекула (2) втягивается внутрь жидкости равнодействующей

. Таким образом, жидкость стремится «втянуть» внутрь все наружные молекулы и занять минимальный объем. Свойство жидкости сокращать свою поверхность выглядит так, будто она «обтянута» тонкой упругой пленкой.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: