Номер 32, страница 110, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава II. Тепловые явления. Параграф 12. Тепловые двигатели - номер 32, страница 110.

Условие.

32. С какой целью в автомобильных двигателях устанавливают несколько цилиндров?

Решение.

Установка нескольких цилиндров в автомобильных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) является фундаментальным инженерным решением, которое преследует несколько ключевых целей, направленных на кардинальное улучшение эксплуатационных характеристик двигателя по сравнению с одноцилиндровыми аналогами.

1. Повышение мощности и крутящего момента
Мощность двигателя напрямую зависит от его рабочего объёма — суммарного объёма всех цилиндров. Увеличение количества цилиндров позволяет наращивать общий рабочий объём и, следовательно, количество сжигаемой за один цикл топливовоздушной смеси. Это приводит к росту выходной мощности и крутящего момента. Создание одного большого цилиндра для достижения той же мощности было бы непрактичным из-за огромных размеров, массы движущихся частей и возникающих при этом инерционных нагрузок.

2. Обеспечение плавности работы и лучшей сбалансированности
Это одна из важнейших причин. В четырехтактном ДВС рабочий ход (такт, при котором газы толкают поршень и создается полезная работа) происходит лишь один раз за два оборота коленчатого вала (то есть за $720^\circ$ его вращения).
В одноцилиндровом двигателе это приводит к сильной пульсации крутящего момента и, как следствие, к высоким вибрациям. В многоцилиндровом двигателе рабочие ходы разных цилиндров распределены по циклу, что сглаживает подачу мощности.
Например:

• В 4-цилиндровом двигателе рабочий ход происходит каждые $720^\circ / 4 = 180^\circ$.
• В 6-цилиндровом двигателе — каждые $720^\circ / 6 = 120^\circ$.
• В 8-цилиндровом двигателе — каждые $720^\circ / 8 = 90^\circ$.

Чем чаще происходят рабочие ходы, тем более плавно работает двигатель и тем равномернее крутящий момент передается на трансмиссию. Кроме того, специальное расположение цилиндров (например, в оппозитных или V-образных двигателях) и порядок их работы позволяют взаимно уравновешивать силы инерции от движения поршней и шатунов, что значительно снижает вибрации.

3. Возможность достижения более высоких оборотов
При одинаковом рабочем объеме двигатель с большим количеством цилиндров будет иметь поршни меньшего размера и массы. Легкие поршни обладают меньшей инерцией, что позволяет им двигаться с большей скоростью и изменять направление движения без возникновения разрушительных нагрузок. Это дает возможность двигателю безопасно работать на более высоких оборотах (RPM). Так как мощность является произведением крутящего момента на угловую скорость (обороты), способность развивать высокие обороты позволяет снимать большую мощность с двигателя относительно небольшого объема.

4. Гибкость компоновки и конструкции
Использование нескольких цилиндров дает инженерам свободу в проектировании формы и габаритов двигателя. Это привело к появлению различных конфигураций, каждая из которых имеет свои преимущества:

• Рядные двигатели (I4, I6): просты в изготовлении, хорошо сбалансированы (особенно I6).
• V-образные двигатели (V6, V8, V12): более короткие и компактные, что позволяет размещать их в моторном отсеке более эффективно.
• Оппозитные двигатели (Boxer): очень плоские, что обеспечивает низкий центр тяжести автомобиля и улучшает его управляемость.

Ответ: Несколько цилиндров в автомобильных двигателях устанавливают с целью увеличения мощности и крутящего момента, обеспечения плавной и сбалансированной работы за счет равномерного распределения рабочих ходов, достижения более высоких рабочих оборотов, а также для большей гибкости в проектировании и компоновке двигателя под конкретный автомобиль.