ГЛАВА 21. РАБОТА ГАЗА В ЦИКЛИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Рабочим телом двигателя внутреннего сгорания является смесь воздуха и бензина, причем, поскольку масса бензина составляет всего несколько процентов от массы воздуха в двигателе, то в первом приближении можно считать, что рабочим телом является воздух и пренебречь изменением его химического состава в результате сгорания бензина.

Смесь воздуха и бензина готовится в двигателе так. С помощью системы клапанов и фильтров в цилиндр поступает атмосферный воздух при атмосферном давлении (состояние 1 на рис. 21.1). Затем в этот воздух впрыскивается бензин, и смесь воздуха и бензина сжимается с помощью поршня (процесс 1-2 на рис. 21.1). Сжатие смеси воздуха и бензина происходит достаточно быстро, за это время смесь не успевает обменяться теплом с окружающей средой, поэтому процесс сжатия 1-2 - адиабатический.

После этого бензин поджигается (в состоянии 2) и сгорает. Сгорание бензина происходит еще быстрее, чем сжатие смеси на предыдущем этапе (практически мгновенно); за это время поршень не успевает сдвинуться, т.е. не успевает измениться объем воздуха в двигателе, поэтому можно считать, что этот процесс - изохорическое нагревание (участок 2-3 на рис. 21.1).

Затем горячий газ внутри двигателя толкает поршень и совершает работу; этот процесс является адиабатическим, поскольку теплообмен между горячим газом в двигателе и окружающей средой за время расширения практически не происходит (участок 3-4 на рис. 21.1).

Если теперь сжать воздух в двигателе (чтобы вернуть его в начальное состояние), то необходимо будет совершить ту же работу, которую совершил воздух в процессе расширения, и в результате не будет произведено полезной работы. Поэтому перед сжатием воздух в двигателе необходимо охладить. Однако, ждать его охлаждения благодаря теплообмену с окружающей средой нужно было бы очень долго. Поэтому «охлаждение» рабочего тела в двигателе внутреннего сгорания проводится так: клапаны открывают отверстия в цилиндре, горячий воздух выбрасывается из двигателя (состояние 4) и заменяется холодным атмосферным воздухом.