Двигатель внутренного сгорания

Содержание: Содержание: 1 ВВЕДЕНИЕ 2 ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 4 ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ 6 Области применения теплового расширения 6 ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 8 Классификация ДВС 8 Основы устройства поршневых ДВС 9 Принцип работы 10 Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя 11 Принцип действия четырехтактного дизеля 12 Принцип действия двухтактного двигателя 14 Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей 15 Рабочий цикл четырехтактного двигателя 17 Рабочие циклы двухтактных двигателей 18 Реактивные двигатели. 20 Инновации 20 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23 ВВЕДЕНИЕ Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения большого количества грузов и пассажиров.

Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Важную роль играет автомобильный транспорт в освоении восточных и нечерноземных районов нашей страны. Отсутствие развитой сети железных дорог и ограничение возможностей использования рек для судоходства делают автомобиль главным средством передвижения в этих районах. Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе страны.

На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70% пассажирских перевозок. Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли народного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современном этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения. Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад (название "автомобиль" происходит от греческого слова autos - "сам" и латинского mobilis - "подвижный"), когда стали изготовлять "самодвижущиеся" повозки.

Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка крестьянин Л.Шамшуренков создал довольно совершенную для своего времени "самобеглую коляску", приводимого в движение силой двух человек. Позднее русский изобретатель И.П.Кулибин создал "самокатную тележку" с педальным приводом. С появлением паровой машины создание самодвижущихся повозок быстро продвинулось вперед.

В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через несколько лет и в Англии были построены паровые автомобили. Широкое распространение автомобиля как транспортного средства начинается с появлением быстроходного двигателя внутреннего сгорания. В 1885 г. Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бензиновым двигателем, а в 1886 г. К.Бенц - трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально развитых странах (Франция, Великобритания, США) создаются автомобили с двигателями внутреннего сгорания.

В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В царской России неоднократно делались попытки организовать собственное машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей. Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество грузовых автомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около 9000 автомобилей, из них большая часть - зарубежного производства.

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы. 1.Двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д. 2.Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в рабочей камере.

На большинстве современных автомобилей установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания, а на большинстве современных самолетах – реактивные. Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы, сравнительно небольшие габаритные размеры и массу. Основным недостатком этих двигателей следует считать возвратно-поступательное движение поршня, связанное с наличием криво шатунного механизма, усложняющего конструкцию и ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно при значительных размерах двигателя.

А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был создан в 1860 г. французским инженером Этвеном Ленуаром, но эта машина была еще весьма несовершенной. В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл: 1)всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4) выхлоп.

Эта идея была использована немецким изобретателем Н.Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов. Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положительных особенностей.

Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями значительным перепадом температур между источником теплоты и холодильником обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность - одно из положительных качеств ДВС. Среди ДВС дизель в настоящее время является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапазоне изменения мощности.

Это качество дизелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограничены. К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут быть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняется широкими возможностями получения соответствующих характеристик изменения мощности и крутящего момента этих двигателей. Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения.

Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС могут летать десятки часов без пополнения горючего. Важным положительным качеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальными устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели сравнительно быстро могут принимать полную нагрузку.

ДВС обладают значительным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на транспортных установках. Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недостатков. Среди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и газовыми турбинами агрегатная мощность. Высокий уровень шума, относительно большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредственного соединения его с ведущими колесами потребителя, Токсичность выхлопных газов, возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающие частоту вращения и являющиеся причиной появлений не уравновешенных сил инерции и моментов от них. Но невозможно было бы создание двигателей внутреннего сгорания, их развития и применения, если бы не эффект теплового расширения.

Ведь в процессе теплового расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, резко повышается давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цилиндре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция, т.е. силовое воздействие, создание больших давлений, которую выполняет тепловое расширение, и ради которой это явление применяют в различных технологиях и в частности в ДВС. Именно этому явлению я хочу уделить внимание в следующей главе.

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ Тепловое расширение - изменение размеров тела в процессе его изобарического нагревания (при постоянном давлении). Количественно тепловое расширение характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения B=(1/V)*(dV/dT)p, где V - объем, T - температура, p - давление.

Для большинства тел B>0 (исключением является, например, вода, у которой в интервале температур от 0 C до 4 C B<0). Для идеального газа B=1/T, у жидкостей и твердых тел зависимость B от T значительно слабее. Для твердых тел наряду с B вводят температурный коэффициент линейного расширения a, равный отношению относительного изменения длины тела вдоль рассматриваемого направления при изобарическом нагревании тела к приращению температуры: a=(1/l)*(dl/dT)p, где l - длина тела. Для изотропных тел B=3a.

Области применения теплового расширения

Так, например, это явление применяется в различных тепловых двигателях... ДВС получили большое распространение также в качестве привода компресс... Турбореактивные двигатели широко распространены в авиации. Паровые тур... Применяют паровые турбины также для привода центробежных воздуходувок,... Тепловое расширение применяется также в различных тепловых реле, принц...

Классификация ДВС

Классификация ДВС. Как было выше сказано, в качестве энергетических установок автомобилей...

Основы устройства поршневых ДВС

Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительным... Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается мах... Принцип работы Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания осно... Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в ц... Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр не...

Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд пос... Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при ... 4. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ...

Принцип действия четырехтактного дизеля

В четырехтактном двигателе рабочие процессы происходят следующим образ... Такт расширения, или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым возд... Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ -прои... 4.

Принцип действия двухтактного двигателя

процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горюч... Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а з... При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется эле... Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, п... Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освоб...

Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей

Графическое представление о давлении газов при изменении объема в цили... за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ. Во второй период выпуск газов происходит при перемещении поршня от НМТ... Процесс сгорания. Сгорание топлива начинается с момента начала подачи ... Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускного клапана и...

Рабочие циклы двухтактных двигателей

Процесс сжатия протекает также, как и в четырехтактном карбюраторном д... Процесс теплового расширения происходит аналогично процессу расширения... за 60 65 до прихода поршня в НМТ, изаканчивается через 60 - 65 после п... Период, в течение которого происходит одновременно два процесса - впус... Газы направляются к выходному соплу, по пути приводя в действие газову...

Инновации

В этом случае отработавшие в цилиндре газы, которые имеют в выпускном ... Согласно схеме газотурбинного наддува четырехтактного двигателя, отраб... В двухтактных двигателях турбокомпрессор должен иметь более высокую мо... На мой взгляд, основным направлением развития современных поршневых дв... В четырехтактных двигателях в результате применения давления наддува д...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итак, мы видим, что двигатели внутреннего сгорания - очень сложный механизм.

И Функция, выполняемая тепловым расширением в двигателях внутреннего сгорания не так проста, как это кажется на первый взгляд. Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расширения газов. И в этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подробно принцип работы ДВС, их рабочие циклы - вся их работа основана на использовании теплового расширении газов. Но ДВС - это только одно из конкретных применений теплового расширения.

И судя по тому, какую пользу приносит тепловое расширение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно судить о пользе данного явления в других областях человеческой деятельности. И пускай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у них есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не загрязняющие внутреннюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на новый уровень развития, а пройдя его, человечество поднялось еще выше.