Термодинамика двигателя

Для лучшего понимания и оценки возможной эффективности работы двигателя необходимо обратиться к термодинамике - науке о преобразовании энергии.

При анализе работы двигателя обычно используют первый и второй законы термодинамики. Нет ни одной машины и ни одного устройства, при работе которых нарушался бы какой-либо из этих законов. Все двигатели работают по термодинамическому циклу, в состав которого входят сжатие, подвод тепла, расширение и отвод тепла. Эти же этапы обычно рассматриваются при описании принципа работы простейшего двигателя.

Из второго закона термодинамики следует, что невозможно построить машину, работающую по циклу, которая лишь извлекала бы теплоту из некоторого резервуара и полностью превращала бы эту теплоту в работу. В результате превращения энергии производимая двигателем работа всегда будет меньше химической энергии подаваемого в него топлива.

Важно понимать разницу между потерями энергии или теплоты и затратами теплоты, которая должна быть отведена в течение цикла в соответствии со вторым законом термодинамики. Обычно принято считать потерями всю теплоту, отводящуюся от двигателя в атмосферу. Однако совершенно ясно, что некоторое количество подводимой к двигателю теплоты обязательно должно быть отведено в более холодную область.

Отвод этого количества теплоты так же необходим для производства работы, как и начальный подвод теплоты. Коэффициент полезного действия двигателей, работающих на смеси углеводородного топлива с воздухом, даже в идеальном случае будет значительно меньше 100 %. Теплоиспользование в двигателе зависит не только от характера рабочего цикла, но также от состава топливной смеси и от степени сжатия.