Физика · конспекты ★0
Физика › 8 класс › Изменение агрегатных состояний вещества

Тема 23Двигатель внутреннего сгорания

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Двигатель внутреннего сгораниябензиновыедизельныеРудольф Дизельпоршеньшатунколенчатый валвпускнойвыпускной клапанысвеча зажиганиядва оборотаВпуск
Определение

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором топливо сгорает прямо внутри цилиндра, а образовавшиеся газы, расширяясь, толкают поршень.

Два главных вида ДВС — бензиновые и дизельные. Дизельный двигатель изобрёл немецкий инженер Рудольф Дизель в 1897 г.

Дизельный и бензиновый двигатели внутреннего сгорания
Дизельный и бензиновый двигатели внутреннего сгорания Иллюстрация: light-fizika.ru

Устройство

Цилиндр, в котором движется поршень. Поршень через шатун вращает коленчатый вал. Сверху — впускной и выпускной клапаны и свеча зажигания (у бензинового двигателя).

Работа одноцилиндрового двигателя
Работа одноцилиндрового двигателя Иллюстрация: light-fizika.ru

Четыре такта

Каждый такт — это пол-оборота коленчатого вала. Весь цикл — два оборота.

ТактПоршеньКлапаныЧто происходит
1. Впусквнизвпускной открытв цилиндр засасывается горючая смесь (у дизеля — воздух)
2. Сжатиевверхоба закрытысмесь сжимается и нагревается; в конце проскакивает искра
3. Рабочий ходвнизоба закрытыгазы сгоревшего топлива расширяются и толкают поршень — совершается работа
4. Выпусквверхвыпускной открытотработавшие газы выталкиваются в выхлопную трубу
Такты: а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск
Такты: а) впуск, б) сжатие, в) рабочий ход, г) выпуск Иллюстрация: light-fizika.ru

Полезная работа совершается только в рабочем ходе. Остальные три такта вал проворачивает по инерции тяжёлый маховик.

Дизель

В дизеле в цилиндр поступает чистый воздух. При сжатии он нагревается до 500500–600 ∘C600\,{}^\circ\text{C}. Под конец сжатия форсунка впрыскивает топливо, и оно воспламеняется само, без свечи.

В современных бензиновых двигателях топливо тоже впрыскивают форсунки (инжекторы), а дозирует его электронный блок.

Двигатель с впрыском топлива
Двигатель с впрыском топлива Иллюстрация: light-fizika.ru

В автомобилях обычно 4 цилиндра и больше: рабочие ходы в них чередуются, и вал вращается равномерно.

Четыре цилиндра на одном коленчатом валу
Четыре цилиндра на одном коленчатом валу Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Четыре такта — как дыхание: вдох (впуск) — задержать дыхание (сжатие) — толчок (рабочий ход) — выдох (выпуск).

⚗ Мини-опыт

Запустите двигатель медленно и назовите каждый такт: что делает поршень, какие клапаны открыты? В каком такте совершается полезная работа? Сколько оборотов делает вал за один цикл?

▶ Симуляция PhET

Накачайте газ и резко сдвигайте стенку сосуда, сжимая газ. Что происходит с его температурой? Так в дизеле сжатый воздух нагревается настолько, что топливо вспыхивает само.

Свойства газаОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1В каком такте двигатель совершает полезную работу?
Только в этом такте горячие газы толкают поршень.
2Сколько оборотов делает коленчатый вал за один рабочий цикл четырёхтактного двигателя?
Каждый такт — пол-оборота, тактов четыре.
3Что воспламеняет топливо в дизельном двигателе?
Свечи зажигания в дизеле нет.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Из скольких тактов состоит рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания?

    Ответ

    Из четырёх.

    Как получилось?
  2. В каком такте совершается полезная работа?

    Ответ

    В рабочем ходе (расширении).

    Как получилось?
  3. Какой клапан открыт во время такта впуска?

    Ответ

    Впускной.

    Как получилось?
  4. Сколько оборотов делает коленчатый вал за один цикл?

    Ответ

    Два.

    Как получилось?
  5. Чем воспламеняется смесь в бензиновом двигателе?

    Ответ

    Искрой свечи зажигания.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Чем отличается воспламенение топлива в дизеле от бензинового двигателя?

    Ответ

    В дизеле воздух при сжатии нагревается до 500–600 °C, и впрыснутое топливо загорается само, свеча не нужна.

    Как получилось?
  2. Зачем в автомобиле ставят несколько цилиндров?

    Ответ

    Рабочие ходы в цилиндрах чередуются, и вал вращается равномерно.

    Как получилось?
  3. Коленчатый вал одноцилиндрового двигателя делает 3000 оборотов в минуту. Сколько рабочих ходов в минуту?

    Ответ

    Один рабочий ход на 2 оборота — 1500 рабочих ходов в минуту.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Тепловой двигатель: топливо сгорает внутри цилиндра, газы толкают поршень.
Четыре такта ДВС
Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Рабочий ход
Единственный такт, в котором совершается полезная работа.
Дизель
Топливо воспламеняется от нагретого при сжатии воздуха, без свечи.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.