Опыты >> "Двигатель внутреннего сгорания Отто"

В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл: 1) всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4) выхлоп.
Эта идея была использована немецким изобретателем Н. Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.
Индикаторная диаграмма, последовательность стадий работы (тактов) двигателя и его модель показаны схематически на рисунках.
На первой стадии, начинающейся в точке А, смесь воздуха и распыленного горючего впрыскивается в цилиндр во время выдвигания поршня. Это происходит, как правило, при постоянном атмосферном давлении: этой стадии соответствует горизонтальная линия АВ на диаграмме.
На следующей стадии смесь воздуха и горючего сжимается при вдвигании поршня в цилиндр. Эту стадию цикла с хорошим приближением можно считать адиабатической. При этом все большее число частиц в цилиндре переходит в возбужденное состояние, так как вдвигаемый поршень повышает интенсивность их теплового движения. Если мы хотим получить от двигателя максимально возможную работу, то следует поднять давление до самого высокого возможного значения (при этом диаграмма цикла будет настолько широкой, насколько это возможно). Однако ввиду того, что на этой стадии процесса температура смеси также повышается, существует опасность преждевременного воспламенения горючего; при этом давление повысится еще сильнее — настолько, что нам придется толкать автомобиль (т. е. совершать работу над двигателем) для того, чтобы вдвинуть поршень до конца цилиндра. По этим причинам относительное сжатие практически не превышает 9—10.
В точке С стадия сжатия заканчивается, и искра воспламеняет смесь. Температура смеси повышается, так как энергия, запасенная горючем, переходит в энергию теплового движения частиц смеси. Эта энергия высвобождается при разрыве химических связей, которые удерживали молекулы бензина вместе. В результате сгорания горючего множество частиц внезапно переходит в возбужденное состояние. В процессе быстрого сгорания топлива поршень практически не успевает сместиться, поэтому давление резко возрастает из-за того, что быстро движущиеся частицы ударяются о стенки цилиндра и поршень. В результате двигатель попадает в точку D на диаграмме.
Теперь коленчатый вал повернулся так, что поршень начинает выдвигаться из цилиндра. Это стадия расширения, или рабочий ход двигателя; она считается адиабатической. Частицы, ударяющиеся о стенки цилиндра, передают свою энергию упорядочение движущимся атомам поршня (последний под действием этих соударений может смещаться). При этом частицы смеси становятся невозбужденными, так как их тепловое движение не поддерживается притоком энергии извне.
В точке Е открывается выпускной клапан — и как давление, так и температура падают до атмосферных значений (или значений, которые определяются локальным окружением).- На этой стадии теплота в соответствии со вторым началом термодинамики отдается металлическому корпусу двигателя (или системе охлаждения, если таковая существует). Выпускной клапан принимает на себя «тепловой удар», осуществляя первичный тепловой сброс, как того требует второе начало термодинамики. Клапан является основным тепловым «центром» двигателя. В точке F поршень начинает вдвигаться и сбрасывает холодный атмосферный газ во внешнюю среду.
На каждой стадии цикла Отто «движущей силой» является хаос. Энергия высвобождается из химических связей, направляется в корпус двигателя, а продукты сгорания хаотически рассеиваются в окружающем пространстве. И хотя в результате работы двигателя мы получаем упорядоченное движение (атомы всего автомобиля и его пассажиров упорядочение движутся вперед), эта упорядоченность возникает за счет создания хаоса где-либо в окружающей среде.

Двигатель Внутреннего сгорания Отто.