Номер 2, страница 441 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Задания к главе 8 «Тепловые машины. Второй закон термодинамики». Задания по проектной и исследовательской деятельности. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 2, страница 441.

Условие.

2. Подготовьте реферат по истории создания дизельного двигателя, его разновидностях и преимуществах по сравнению с бензиновым. Через систему поиска сайта http://gotourl.ru/7148 найдите материалы по теме «Дизельный двигатель».

Решение.

История создания дизельного двигателя

История дизельного двигателя неразрывно связана с именем немецкого инженера и изобретателя Рудольфа Дизеля. В конце XIX века, в эпоху паровых машин и только зарождавшихся двигателей внутреннего сгорания, работающих по циклу Отто (бензиновых), Дизель поставил себе цель создать более эффективный двигатель. Его теоретические изыскания были основаны на термодинамическом цикле Карно, который описывает идеальный тепловой двигатель с максимально возможным коэффициентом полезного действия (КПД).

Ключевая идея Дизеля заключалась в отказе от внешней системы зажигания (свечи, как в бензиновом двигателе) и использовании для воспламенения топлива тепла, выделяющегося при сильном сжатии воздуха в цилиндре. В 1892 году Рудольф Дизель получил патент на «Новый рациональный тепловой двигатель». Первые попытки построить рабочий прототип были сопряжены с большими трудностями и даже опасностями — один из ранних образцов взорвался во время испытаний, едва не убив изобретателя.

Первый успешно работающий прототип был создан в 1897 году на заводе в Аугсбурге (ныне компания MAN). Этот одноцилиндровый двигатель мощностью около 20 лошадиных сил продемонстрировал феноменальную по тем временам эффективность — его КПД составлял 26,2%, что значительно превосходило КПД паровых машин (около 10%) и существующих двигателей Отто (около 20%). Изначально Дизель планировал использовать в качестве топлива угольную пыль, но первый рабочий двигатель функционировал на арахисовом масле, а затем был адаптирован для работы на более дешевых продуктах нефтепереработки, таких как керосин. Благодаря высокой экономичности и способности работать на тяжелом топливе, дизельные двигатели быстро нашли применение в стационарных установках, на судах, подводных лодках, локомотивах, а позднее — на грузовых и легковых автомобилях. Ответ:

Разновидности дизельных двигателей

Дизельные двигатели классифицируются по нескольким основным признакам, которые определяют их конструкцию, характеристики и область применения.

1. По рабочему циклу:
• Четырехтактные — наиболее распространенный тип. Рабочий цикл происходит за четыре такта (два оборота коленчатого вала): впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Такие двигатели устанавливаются на подавляющее большинство легковых и грузовых автомобилей, тракторов и спецтехники.
• Двухтактные — рабочий цикл совершается за два такта (один оборот коленвала). Они обладают большей удельной мощностью (мощностью на единицу объема или массы), но, как правило, менее экономичны и экологичны. Применяются в основном на крупных судах (низкооборотные судовые дизели), тепловозах и в качестве генераторных установок.

2. По конструкции камеры сгорания (способу смесеобразования):
• С неразделённой камерой (прямой впрыск) — топливо впрыскивается непосредственно в надпоршневое пространство. Эта схема обеспечивает наилучшую топливную экономичность и является доминирующей в современных дизельных двигателях, включая легковые автомобили с системами Common Rail.
• С разделённой камерой (вихрекамерные и предкамерные) — топливо впрыскивается в дополнительную камеру (вихревую или предкамеру), соединенную с цилиндром специальным каналом. В этой камере происходит начальный этап сгорания. Такие двигатели работают мягче и тише, но имеют несколько худшую экономичность. Эта конструкция была распространена на легковых дизелях до конца 1990-х годов.

3. По способу подачи воздуха в цилиндры:
• Атмосферные (безнаддувные) — воздух в цилиндры поступает за счет разрежения, создаваемого поршнем при такте впуска. Такие двигатели проще по конструкции, но обладают меньшей мощностью.
• С наддувом (турбодизели) — воздух в цилиндры нагнетается под давлением с помощью компрессора. Чаще всего используется турбокомпрессор (турбонаддув), который приводится в действие энергией выхлопных газов. Наддув позволяет подать в цилиндры большее количество воздуха, а значит, и сжечь больше топлива, что приводит к значительному увеличению мощности и крутящего момента. Подавляющее большинство современных дизельных двигателей оснащены системой турбонаддува. Ответ:

Преимущества по сравнению с бензиновым

Дизельный двигатель обладает рядом существенных преимуществ перед бензиновым, которые определяют его широкое применение в различных сферах.

1. Высокая топливная экономичность. Это главное достоинство дизеля. Его термический КПД в среднем на 25-30% выше, чем у бензинового двигателя. Эффективность современных дизелей может достигать 45-50%. Причина кроется в значительно более высокой степени сжатия $ \epsilon $. Если у бензиновых моторов она составляет $ \epsilon = 8...12 $, то у дизельных — $ \epsilon = 14...25 $. Более высокая степень сжатия обеспечивает более полное использование энергии сгорающего топлива. В результате дизельные автомобили потребляют значительно меньше топлива на 100 км пути.

2. Высокий крутящий момент на низких оборотах. Дизельные двигатели развивают максимальный крутящий момент уже при 1500-2500 об/мин, в то время как бензиновые моторы для этого нужно раскручивать до 3000-4000 об/мин и выше. Это свойство обеспечивает отличную тягу «с низов», что особенно ценно для тяжелых грузовиков, автобусов, внедорожников и тракторов, которым необходимо перемещать большие массы.

3. Долговечность и надежность. Из-за высоких нагрузок, возникающих при работе, детали дизельного двигателя (блок цилиндров, коленчатый вал, шатуны, поршни) изначально проектируются и изготавливаются с большим запасом прочности. Это приводит к тому, что ресурс дизельных двигателей, как правило, значительно выше, чем у бензиновых аналогов.

4. Экологичность (в современных версиях). Несмотря на устоявшийся стереотип, современные дизельные двигатели, оснащенные сложными системами очистки выхлопных газов (сажевые фильтры DPF, системы нейтрализации оксидов азота SCR с реагентом AdBlue), соответствуют самым строгим экологическим нормам. Благодаря более высокой экономичности, они выбрасывают на 20-25% меньше углекислого газа (CO₂), который является основным парниковым газом, по сравнению с бензиновыми двигателями аналогичной мощности. Ответ: