Двигуни

У сучасних автомобілів двигун обертає передні колесаДвігателі – це пристрої, що перетворюють міститься в паливі енергію в енергію руху. Вони застосовуються всюди – в промисловості і в транспорті. Не було б двигунів – не було б автомобілів, літаків, багатьох інших машин. Енергія звільняється при згорянні палива. Кращий спосіб добути енергію – спалити паливо всередині самого двигуна. Тому найефективніші двигуни називаються двигунами внутрішнього згоряння. У багатьох сучасних автомобілів (див. рис.) Двигун обертає передні колеса.

З слова «згорання» ясно, що в двигуні внутрішнього згоряння спалюється суміш палива і повітря. Продуктом згоряння є гарячі гази. Вони займають більший об’єм, ніж паливо і повітря, і тому здатні принести машину в рух. Так, в реактивних літаках струмінь гарячих газів з силою виривається з сопла двигуна і штовхає машину вперед. Двигун внутрішнього згоряння є і в газонокосарці, і в бензопиле. У двигунів цих невеликих машин є всього лише один циліндр, чим менше у двигуна циліндрів, тим більше він робить шуму.

Серед вихлопних газів, тобто газів, що утворюються при згорянні палива і вириваються назовні, є отруйні. Наприклад, чадний газ небезпечний для здоров’я людей, так як він перешкоджає крові переносити кисень до органів тіла, а наявність оксидів азоту в атмосфері викликає кислотні дощі. Велосипедисти часто надягають маски, що не пропускають частинки кіптяви. Щоб зменшити забруднення повітря, сучасні автомобілі оснащують каталітичними нейтралізаторами. До їх складу входять каталізатори – речовини, здатні впливати на швидкість хімічних реакції. Нейтралізатор перетворює отруйні вихлопні гази в інші, менш шкідливі. Каталітичний нейтралізатор перетворює чадний газ у вуглекислий газ і воду, а оксиди азоту розкладає на азот і кисень.

Майже всі автомобілі спалюють бензин. На дизельному паливі працюють більше масивні механізми, зокрема тепловози. Як у карбюраторних, так і в дизельних двигунах згоряння палива всередині порожнього циліндра призводить до руху поршня На малюнках показані чотири стадії (такту) роботи чотиритактного двигуна. Такт 1. Поршень опускається, і суміш палива і повітря засмоктується в циліндр. Такт 2. Поршень піднімається і стискає паливо і повітря. Суміш розігрівається. Такт 3. Іскра від свічі підпалює суміш. Газ розширюється і штовхає поршень вниз. Саме на цьому такті проводитися механічна енергія. Такт 4. Поршень знову піднімається і виштовхує продукти горіння – вихлопні гази. Принцип роботи дизельних двигунів той же, але в такті 1 в циліндр засмоктується тільки повітря. четвертий такт поршня другого такт поршня У такті 2 він стискається і при цьому сильно нагрівається. У такті 3 в циліндр надходить дизельне паливо. Воно загоряється без іскри – настільки висока температура всередині двигуна. У резервуарі знаходиться масло, яке зменшує тертя рухомих частин двигуна. У наш час на автомобілях встановлюють чотирициліндрові двигуни; на великих машинах іноді використовуються шестициліндрові. Чотиритактний цикл відбувається в кожному циліндрі. Система передач – система шестерень і стрижнів – забезпечує перетворення енергії руху поршнів в енергію обертання коліс.

Реактивні двигуни

Реактивні двигуни – це дуже потужні двигуни внутрішнього згоряння. Вони використовуються в авіації. З їх сопла на великій швидкості вириваються гарячі гази, які штовхають літак вперед. Реактивні двигуни називають також турбореактивними, т.к. гаряча газовий струмінь обертає лопаті турбін всередині двигуна. Турбіни засмоктують всередину повітря, після чого він стискається, змішується з паливом і запалюється. Турбореактивний двигун – найпростіший вид реактивного двигуна: крім того, він дозволяє літаку розвивати максимальну швидкість. У минулому на всіх літаках встановлювалися турбореактивні двигуни. Але оскільки вони виробляють багато шуму і споживають багато палива, їх витіснили турбовентиляторні двигуни. Сьогодні турбореактивним і двигунами оснащують тільки швидкісні літаки – наприклад, винищувачі або надзвукові авіалайнери «Конкорд».

Турбовентиляторні двигуни розвивають меншу швидкість, ніж турбореактивні турбовентиляторного двигуни розвивають меншу швидкість, ніж турбореактивні, зате вони не такі галасливі і споживають менше палива. На малюнку зображений турбовентиляторний двигун в розрізі. У передній частині розташований дуже великий вентилятор (1), нагнітає всередину двигуна потужний потік повітря. Частина повітря проходить через камери стиснення і згорання (2), як і в турбореактивних двигунів: утворюється струмінь гарячих газів викидається з сопла (3). Але більша частина повітря мине камеру згорання і змішується з вихлопними газами в соплі (4). Це повітря глушить шум і створює додаткову тягу. Існують ще два види газотурбінних двигунів: турбогвинтові та турбовальние. Турбогвинтовий двигун обертає пропелери, рушійні літак вперед. Турбовальние двигуни, як правило, встановлюють на вертольотах. Вони приводять в рух і несучий, і рульовий гвинти.

Ракетні двигуни

Ракетні двигуни влаштовані досить просто (докладніше в статті “Ракети та космічні апарати”). Як і в реактивних двигунах, в них утворюється гарячий газ, на великій швидкості викидається з сопла. Так як ракетні двигуни повинні забезпечити рух ракети в космосі, де немає повітря, в них немає складного механізму для забору повітря. Замість цього в них є бак з необхідним для згоряння палива рідким киснем. Ракетне паливо – рідкий кисень. Сучасні космічні ракети – нащадки бойових ракет. Перша бойова ракета Фау-2 була запущена в 1942 році.

Парові двигуни

Найперші двигуни працювали завдяки силі пара. І винайшли їх близько 300 років тому, і дія їх грунтувалося на «зовнішньому» згорянні. Поза двигуна згорав вугілля пли дерево, і при цьому закипала вода, утворюючи пар. Оскільки пар може зайняти обсяг у 2000 разів більший, ніж вода, то його силу можна використовувати для штовхання поршнів. Перший паровий двигун, створений Томасом Ньюкоменом Перший паровий двигун, створений Томасом Ньюкоменом (1663 – 1724), використовувався для відкачування води із затоплених шахт. Перші парові двигуни (див. статтю “Верстати й фабрики”) були не надто надійні і малоефективні, але в XIX столітті вони стали широко застосовуватися на фабриках і залізних дорогах. На малюнку зображена парувати машина конструкції Джеймса Уатта (1736 – 1819). У топці (1) згорає вугілля, і в котлі (2) закипає вода. Утворений пар по трубці (3) надходить в циліндр (4) і штовхає поршень вгору. Після цього відпрацьований пар іде в конденсатор (5), де знову перетворюється на воду. Після видалення пари в конденсатор поршень знову рухається вниз. Енергії руху поршня перетворюється на енергію обертанні за допомогою так званої планетарної передачі (6). Махове колесо (7) обертається і передає енергію фабричним машинам. На сучасних електростанціях використовується інший тип парового двигуна – парова турбіна. Стиснутий пара обертає лопаті великих турбін, що виробляють електрику.

ПОДІЛИТИСЯ: