Двигатель — это механическое оборудование, которое преобразует энергию топлива в механическую работу. Двигатели используются для различных целей по всему миру. Существует несколько типов двигателей в зависимости от характера применения. Однако два наиболее известных типа двигателей — это двигатель внешнего сгорания (EC) и двигатель внутреннего сгорания (IC). В предыдущей статье мы подробно рассмотрели двигатели внутреннего сгорания. Поэтому в этой статье мы расскажем в основном о двигателе внутреннего сгорания.
Что такое двигатель внешнего сгорания?
Двигатель внешнего сгорания (ДВС) — это поршневой двигатель, в котором внешний источник тепла используется для нагрева (внутренней) рабочей жидкости через теплообменник или стенки двигателя. Когда жидкость нагревается, она расширяется, вырабатывает энергию и двигает автомобиль.
Проще говоря, двигатель, в котором сгорание рабочего топлива происходит вне рабочего цилиндра, называется двигателем внешнего сгорания.
Эти типы двигателей используют газ, пар или жидкость в качестве рабочей жидкости. В таком двигателе топливно-воздушная смесь заливается во внешнюю камеру сгорания. При сгорании топливно-воздушной смеси выделяется большое количество тепла.
Теплообменник или стенка двигателя используются для передачи выделяемого тепла от внешней камеры сгорания к внутренней рабочей жидкости. Когда внутренняя жидкость нагревается, она расширяется и воздействует на механизмы двигателя, в результате чего происходит движение и совершается работа.
Паровая машина является наиболее распространенным примером двигателя внешнего сгорания. В этом двигателе пар, попадая в двигатель, расширяется, вращает поршень и преобразует тепловую энергию в механическую. В случае с паровым двигателем пар генерируется вне двигателя (т.е. в котле). Поэтому такой двигатель называется ЕС-двигателем.
В настоящее время двигатели ЕС не используются в транспортных приложениях из-за неэффективности мобильной конструкции, но все еще применяются на электростанциях. Эти типы двигателей чаще всего используются на гидроэлектростанциях.
Электростанции, работающие на угле, работают аналогичным образом: Уголь доставляется из шахт на электростанции и сжигается в котлах. По трубам в котел подается вода. Когда вода поступает в котел, горящий уголь нагревает воду и превращает ее в пар, который приводит в движение турбину для производства электроэнергии.
Работа двигателя внешнего сгорания
Двигатель внешнего сгорания — это тип двигателя, в котором для сжигания внутренней рабочей жидкости используется внешний источник тепла. Двигатель Стирлинга и паровая машина являются наиболее распространенными типами двигателей внешнего сгорания. ЕС-двигатель работает следующим образом:
- Прежде всего, горящая жидкость (например, уголь) подается к внешнему источнику тепла (например, котлу).
- Вода подается из резервуара в котел.
- Когда вода поступает в котел, уголь воспламеняется и передает тепло воде.
- При повышении температуры воды она превращается в пар.
- После превращения воды в пар, пар проходит через компрессор, который сжимает пар и повышает давление пара.
- Когда сильно сжатый пар попадает в цилиндр двигателя, он расширяется и заставляет поршень двигаться вперед и назад.
- С поршнем соединен коленчатый вал. Поршень передает свое движение коленчатому валу.
- Коленчатый вал преобразует движение поршня во вращательное движение и вращает маховик.
- Когда маховик вращается, он передает энергию на шины автомобиля и способствует его движению.
Типы двигателей внешнего сгорания
Двигатель внешнего сгорания имеет следующие основные два типа:
- паровой двигатель
- Двигатель Стирлинга
1) Паровой двигатель
Термин «паровой двигатель» обозначает поршневой двигатель, а не паровые турбины. Этот тип двигателя EC использует пар в качестве рабочей среды для производства механической работы. Паровая машина преобразует тепловую энергию пара в энергию вращения.
Это двигатель, в котором рабочая среда отделена от продукта сгорания. Для анализа этого процесса используется идеальный термодинамический цикл, известный как «цикл Ранкина».
Этот двигатель использует тепловую энергию пара для того, чтобы толкать поршень вперед и назад в цилиндре. Это возвратно-поступательное движение поршня передается на коленчатый вал и шатун. Коленчатый вал преобразует движение поршня во вращательное движение для приведения в действие системы рулевого управления автомобиля.
2) Двигатель Стирлинга
Двигатель Стирлинга — один из самых известных типов двигателей внешнего сгорания. Он быстро запускается в холодную погоду. Он обладает высокой гибкостью.
Эти типы двигателей работают бесшумно. Они способны использовать различные источники тепла, такие как ядерное, геотермальное и биологическое.
Части и функции двигателя внешнего сгорания
- Цилиндр
- Поршень
- Маховик
- Шатун
- Коленчатый вал
- Внешний источник тепла
- Распределительный вал
1) Цилиндр
Рабочий цилиндр — это часть двигателя ЕС, в которой находится рабочее топливо (т.е. газ). Получая тепло от внешнего источника тепла, он нагревает рабочую жидкость, сжигает ее и производит полезную работу.
2) Поршень
Этот поршневой компонент двигателя внешнего сгорания совершает возвратно-поступательное движение внутри рабочего цилиндра.
Когда рабочее топливо воспламеняется в цилиндре, генерируемая энергия возвращает поршень вперед и назад. Это движение поршня приводит во вращение коленчатый вал.
3) Коленчатый вал
Поскольку коленчатый вал получает возвратно-поступательное движение от поршня, он преобразует это движение во вращательное и вращает маховик.
4) Маховик
Когда маховик получает энергию от коленчатого вала, он преобразует полученное вращательное движение в механическую энергию и приводит в движение колеса автомобиля.
5) Распределительный вал
Основная функция распределительного вала заключается в управлении открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов. Эта часть двигателя обеспечивает надлежащее открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов и обеспечивает надлежащую подачу топлива.
Преимущества и недостатки двигателей внешнего сгорания
Преимущества двигателя внешнего сгорания
- Эти двигатели способны использовать все виды топлива.
- Двигатели внешнего сгорания производят очень низкий уровень шума.
- У них низкий уровень выбросов.
- Они лучше всего подходят для выработки большой мощности.
Недостатки двигателей внешнего сгорания
- Они не идеальны для работы на малых мощностях.
- У них есть проблемы с утечкой рабочей жидкости.
- Двигатель EC имеет большие размеры, чем двигатель IC.
- Они потребляют больше смазки, чем двигатели внутреннего сгорания.
- Эти двигатели имеют высокую рабочую температуру. Поэтому они требуют более тщательного ухода и больших конструкционных материалов.
Применение двигателя внешнего сгорания
- Двигатели внешнего сгорания используются на морских судах и локомотивах.
- Используются в экспериментальных космических аппаратах
- Использование на электростанциях и крупных морских судах
Двигатель внешнего сгорания VS двигатель внутреннего сгорания
Ниже приведены основные различия между двигателем внешнего сгорания и двигателем внутреннего сгорания:
Раздел часто задаваемых вопросов
Какие бывают типы двигателей внешнего сгорания?
- паровой двигатель
- Двигатель Стирлинга
Для чего используются двигатели внешнего сгорания?
Двигатели внешнего сгорания используются для локомотивов, транспортных средств и морских приложений.
Кто изобрел двигатель внутреннего сгорания?
В 1816 году Роберт Стирлинг изобрел первый двигатель внешнего сгорания, известный как двигатель Стирлинга.
Каковы примеры двигателей внешнего сгорания?
Двигатели ЕС чаще всего используются на гидроэлектростанциях и в судостроении. Двигатель Стирлинга и паровая машина являются наиболее распространенными примерами двигателей внешнего сгорания.
