Жылу қозғалтқыштары. Физика, 10 сынып, қосымша материал 2.

Теориялық материал

«Жылу қозғалтқыштарының негізгі түрлері. іжқ өтетін процестерді термодинамикалық талдау»

1. Жылу қозғалтқыштарының классификациясы

 Жылу қозғалтқыштары    механикалық қозғалыс тәсіліне қарай бөлінеді:

 • поршенді, жұмыс денесі қозғалыстағы қатты поршен астында сығымдалады және кеңейе отырып, бұл поршенді қозғайды;

 • ротациялық: бу турбинасы, газ турбинасы. Жұмыс денесімен жанасқан осы қозғалтқыш түрінің белгілі бір бөлшектері газ бен сұйықтыққа қысым түсіре отырып айналады;

 • реактивті: ракеттік қозғалтқыштар, әуе-реактивті қозғалтқыштар. Олардың жұмыс істеу принципі реактивті күшті пайдалануға негізделген. 

 Поршенді қозғалтқыштар классификациясы:

 • сырттан жану қозғалтқыштары (мысал үшін бу машиналары), жұмыс денесі жанармайды қозғалтқыштан тыс жағу есебінен қызады;

 • іштен жану қозғалтқыштары, тікелей қозғалтқыш цилиндрінде жанармай мен ауа қоспасын сығымдау есебінен құрылатын жанатын газ.

 Қолданылатын жанармай түрі бойынша іштен жану қозғалтқыштарының классификациясы:

 • карбюраторлық — мәжбүрлі жанатын сұйық жанармаймен (бензин) жұмыс істейтін қозғалтқыштар.  Қозғалтқыш цилиндріне берер алдында карбюратор көмегімен жанармай ауамен белгілі бір пропорцияда араластырылады;

 • газдық — мәжбүрлі жанатын пропанбутан газымен жұмыс істейтін қозғалтқыштар. Қозғалтқыш цилиндріне берер алдында газ карбюраторда  ауамен араластырылады. Бұл қозғалтқыштардың жұмыс принципі карбюраторлыққа ұқсас;

 • дизельді – сығымдағаннан тұтанатын сұйық жанармаймен (дизель) жұмыс істейтін қозғалтқыштар. Жанармай бүріккішпен беріледі, ал цилиндр ішінде ауамен араласады.  

 Жанармай жанатын процеске байланысты поршенді іштен жану қозғалтқыштарының негізгі үш түрін ажыратады: Отто циклы (V=const кезінде жану); Дизель циклы (р=const кезінде жану); Тринклер циклы (V=const кезінде жану және содан кейін р = const кезінде).

 Газбен жұмыс істейтін іштен жану қозғалтқышын неміс механигі Н.Отто 1878 жылы  ойлап тапқан. Жұмыс денесі бензин болып табылатын карбюраторлық қозғалтқышты неміс инженері Г.Даймлер 1885 жылы  жасаған. Газдық және карбюраторлық қозғалтқыштың негізгі блогы — карбюратор, бензин мен ауа араласып, ыстық қоспаны құрайтын құрылғы.

 Іштен жанатын карбюраторлық қозғалтқыштар авто- және мототехникада, бензопилдарда және т.б. кеңінен қолданылады. Бұл қозғалтқыш түрінің кемшіліктері:

         қымбат жоғары сапалы жанармай;

         конструкциясының қиындығы;

         қозғалтқыш білігінің айналу жылдамдығының үлкен шамасы;

         жанармай жанғанда қоршаған ортаны шығынды газдармен ластау.

 Іштен жанатын дизельді қозғалтқышты неміс инженері Р.Дизел  1892 жылы құрастырған.  Бұл қозғалтқыш түрінің артықшылықтары.

 • карббюратор мен шамдардың жоқтығы;

 • арзан жанармай;

 • карбюраторлық және газдық қозғалтқыштармен салыстырғанда жанармай шығынының аздығы.

 Дизельдік қозғалтқыштар орнатылады:

 • автокөлік құралдарына;

 • өзен және теңіз теплоходтарына;

 • дизель-электроходтарға;

 • тепловоздарға;

 • қуаттылығы аз электр станцияларына

2. Поршенді іштен жанатын қозғалтқыш құрылғысы және жұмыс принципі.

      Заманауи жылу қозғалтқыштарының кең тараған түрі — іштен жану қозғалтқышы. Іштен жану қозғалтқыштары автокөліктерге, ұшақтарға, танкілерге, тракторларға, моторлық қайықтарға және т.б. орнатылады. Іштен жану қозғалтқыштары сұйық жанармаймен (бензин, керосин және т.б.) немесе болат баллондарда сақталатын немесе ағаштан құрғақ айдау арқылы өндірілетін (газ-генераторлық қозғалтқыштар) сығымдалған күйде сақталатын жанғыш газбен  жұмыс істеуі мүмкін. Атауынан көрініп тұрғандай, іштен жану қозғалтқышы жылу машинасы болып табылады. Онда жылу жұмыс денесіне жанармайды қозғалтқыштың өз ішінде жағу есебінен жеткізіледі. Бұл қозғалтқыштардағы жұмыс денесі бірінші кезеңде ауа немесе ауаның жеңіл тұтанатын жанармаймен қоспасы, ал екінші кезеңде  осы сұйық немесе газ тәрізді жанармай (бензин, керосин, солярлық май және т.б.) өнімдері болып табылады.  Газды қозғалтқыштарда  жұмыс денесінің қысымы жоғары емес және оның температурасы шекті шамадан асады. Бұл  жұмыс денесін идеал газ ретінде қарастыруға  мүмкіндік береді; бұл циклдың термодинамикалық талдауын жеңілдетеді.

     Бензинді іштен жанатын қозғалтқыш. Автокөлік типіндегі төр тактілі бензинді қозғалтқыш құрылғысын қарастырамыз. Тракторларға, танктерге және ұшақтарға орнатылатын қозғалтқыштар құрылғысы автокөлік қозғалтқышының құрылғысымен ұқса б.

       Іштен жану қозғалтқышының негізгі бөлшегі бір немесе бірнеше цилиндр болып табылады. Ол цилиндрлердің ішінде жанармай сығымдалады.  Қозғалтқыш атауы да осыдан шыққан.

 15.1 – сурет - Іштен жану қозғалтқышының құрылғысы. Оң жағынан шатунның поршенге жалғануы көрсетілген

 15.2 – сурет

 Цилиндр ішінде поршень қозғалуы мүмкін. Поршень қуыс, бір жағы жабық цилиндр 1, 2 серіппелі сақинамен қаусырылған, поршеньге арқанға салынған (поршень сақиналары). Поршендік сақиналар жанармай жанған кезде поршен мен цилиндр қабырғаларының арасында қалыптасатын газдарды өткізбеуге арналған (штрих сызықпен көрсетілген). Поршень металл өзекшемен 3 жабдықталған. Ол  поршенді шатунмен 4 байланыстырады.  Шатун өз кезегінде қозғалысты поршеннен имек білікке 5 ауыстырады. Цилиндрдің жоғарғы бөлігі екі каналмен, жабық клапандармен жалғанады. Каналдардың біреуі арқылы  ыстық қоспа беріледі, ал екіншісі арқылы  жанған өнімдер шығарылады. Клапандар серіппе саңылауларына жанастырылған тәрелке тәрізді. Клапандар жұдырықша білігіне орналастырылған жұдырықшалармен ашылады; білік айналған кезде жұдырықшалар клапандарды болат өзекшелер (итергіштер) арлықы көтереді. Клапандардан бөлек цилиндрдің жоғарғы бөлігінде шам орналастырылады.  Бұл  — қозғалтқышта орнатылған электр құрылғыларынан (магнето немесе бобин) алынатын электр ұшқыны арқылы қоспаны жағуға арналған құрал.

 Бензинжі қозғалтқыштың маңызды бөлшегі жанатын сұйықтықты адуға арналған құрал – карбюратор болып табылады.

 15.3 – сурет - Карбюратор құрылғысы

 Егер цилиндрде тек енгізу клапаны ашық болса және поршень иінді білікке қарай жылжыса 1 саңылауынан ауаны сорады. Ауа қалтқы камерасымен 3 жалғанған 2 түтік қасынан өтеді.  Камерада 3  бензин болады, ол 4 қалтқы көмегімен ұсталады, 1 түтікте  соңына дейін жетеді. Бұған бензин камераға аққан кезде қалтқыларды көтере отырып қол жеткізуге болады, 5 саңылауды 6 тығын инемен бітейді және бензин деңгейі көтерілсе бензин жіберуді тоқтатады. ауа 2 түтік қасынан үлкен жылдамдықпен өтіп, бензинді сорып, бүркеді (пульверизатор). Осылайша жанғыш қоспа алынады (бензин мен ауа буы). Оның ағыны цилиндрде дроссельді жапқышпен 7 реттеледі. Қозғалтқыш жұмысы төрт тактіден тұрады.

 15.4 – сурет - Іштен жану қозғалтқышы жұмысының төрт тактісі

 I такт — сору. Енгізу клапанын / және поршенді  2 ашып, төменге қарай қозғалып, карбюратордан цилиндрге жанғыш сұйықтықты сорады.

 II такт — сығымдау.  Енгізу клапанын жауып, поршенді жоғары қозғап, жанғыш сұйықтықты сығымдайды. Қоспа сығымдаған кезде қызады.

 III такт — жану. Поршень жоғары қалыпқа жеткен кезде (қозғалтқыш жылдам жүрсе ертерек) қоспа шам беретін электр ұшқынымен жанады. Газдар қысымының - жанғыш сұйықтықтың қызған өнімдерінің қысым күші  поршенді төмен қарай итереді. Поршень қозғалысы иінді білікке беріліп, осы арқылы тиімді жұмыс жүргізіледі. Жұмыс жүргізіп және кеңейе отырып, жану өнімдері салқындайды, олардың қысымы түседі. Жұмыс барысының соңында цилиндрдегі қысым атмосфералық деңгейге дейін түседі. 

 IV такт — шығару (шығынды). Шығару клапанын 3 ашып, жанған өнімдер шығындысы сөндіргіш қасынан атмосфераға шығарылады.

 Қозғалтқыштың төр тактісінен (яғни иінді біліктің екі айналымына) тек біреуі – үшіншісі ғана жұмыс істейтін болып табылады. Бір цилиндрлі қозғалтқыш массивті сермермен жабдықталған. Кинетикалық энергия есебінен қозғалтқыш басқа тактілер барысында  қозғалады. Бір цилиндрлі қозғалтқыштар негізінен мотоциклдерге орнатылады. Қозғалтқыг бір қалыпты жұмыс істеу үшін автокөліктерге, тракторларға және т.б. төрт, алты немесе одан көп цилиндр салынады. Олар білікке әр тактіде бір цилиндр жұмыс істейтіндей орнатылады.  Қозғалтқыш жұмыс істей бастауы үшін  оны сыртқы күшпен қозғалысқа келтіру қажет. Автокөліктерде бұл аккумулятордан (стартер) қуат алатын ерекше электр мотор көмегімен жасалады. 

 15.5 – сурет - Автокөлік қозғалтқышының цилиндрлерін сумен салқындату құрылғысының сызбасы

 Қозғалтқыштың  қажетті бөлшегі цилиндр қабырғаларын салқындатуға арналған тетік болып табылады. Цилиндрлерді шектен тыс қыздырған кезде май жанып, жанғыш қоспа уақытынан бұрын жарқылдап, детонация болуы мүмкін  (қалыпты жұмыс кезінде жанғыш қоспаның жарылуы).  Детонация қуаттылықты төмендетіп қана қоймайды, моторға да қатты әсер етеді. Цилиндрлер ауаға жылу беретін ағынды сумен немесе тікелей ауамен салқындатылады. Су цилиндрлерді 1 жуа отырып, айналады. Су цилиндрлер маңында  қыздырылғанда және радиаторда 2 салқындағанда қозғалады. Бұл  — су ағатын мыс түтіктер жүйесі. Радиаторда су вентиляр 3 қозғалған кезде сорылатын ауа ағынымен салқындатылады.

 Төр тактілі қозғалтқыштардан бөлек, аз тараған екі тактілі қозғалтқыштар бар.

 Іштен жану қозғалтқышының бірқатар артықшылықтары бар. Аталмыш артықшылықтары (компактілік, салмағының жеңілдігі) оның кең таралуына себеп болған. Екінші жағынан қозғалтқыштың кемшіліктері бар: а) жоғары сапалы жанармайды талап етеді; б) айналым жиілігі аз болмайды (айналым саны аз болса мысал үшін карбюратор жұмыс істемейді). Бұл айналым жиілігін азайту үшін түрлі тетіктерді қолдануға итермелейді (мысал үшін тісті беру).

 Іштен жану қозғалтқышының тиімді жұмыс коэффициенті. Іштен жану қозғалтқышында жүргізілетін жұмыс шарттарына қарап, бу қозғалтқышында жүргізілетін жұмыстар кезіндегі шарттарға ұқсастықты байқаймыз. Мұнда да температура әр түрлі болады: бір жағынан жылу көзі (бұл жағдайда жылу көзі химиялық жану реакциясы болып табылады)  жұмыс затының жоғары температурасын қалыптастырады; екінші жағынан алынатын жылу – атмосфера ыдырайтын үлкен сұйыққойма болады; ол тоңазытқыштың рөлін атқарады.

Алынған сайт сілтемесі.

http://lib.kstu.kz:8300/tb/books/2017/ES/Kalytka%20i%20dr%201/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F/lec15.htm