Классификация двигателей внутреннего сгорания реферат

Обновлено: 06.07.2024

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) — наиболее распространенный тип тепловых двигателей, в которых процессы получения тепловой энергии и преобразования ее в механическую работу пространственно совмещены. Достигается это совмещение благодаря тому, что получение теплоты от сжигания топлива осуществляется в полостях с ограниченным объемом, в результате чего расширяющиеся продукты сгорания создают избыточное давление. Такое давление реализуется в виде механической работы, затрачиваемой на перемещение поршней, турбинных лопаток или вытекающей струи газа. В соответствии с типом элемента, перемещаемого давлением газа, различают поршневые, турбинные и реактивные двигатели.

Благодаря компактности, высокой экономичности и надежности поршневые ДВС получили наиболее широкое применение в различных отраслях промышленности, строительства и пр. Классификация поршневых ДВС показана на рис. 1.

Процесс преобразования тепловой энергии в механическую работу поршневыми двигателями осуществляется циклически.

Рабочим циклом называют совокупность последовательно протекающих в цилиндре двигателя термодинамических процессов, в результате совершения которых происходит однократное преобразование тепловой энергии, выделенной при сжигании порции топлива в цилиндре двигателя, в механическую работу по перемещению поршня. Рабочий цикл состоит из следующих процессов: заполнения цилиндра воздухом или приготовленной в карбюраторе горючей смесью, сжатия воздуха или горючей смеси, подачи и распыливания топлива в дизелях (смесеобразование), воспламенения, сгорания и тепловыделения, расширения продуктов сгорания и выпуска отработавших газов.

Рис. 1. Общая классификация двигателей внутреннего сгорания.

Поршень в цилиндре двигателя совершает возвратно-поступательные движения между определенными (фиксированными) положениями, которые называются соответственно внутренней и наружной мертвыми точками (ВМТ и НМТ). Перемещение поршня между мертвыми точками в одном направлении называют ходом поршня, а часть цикла, совершаемую при движении поршня между мертвыми точками, — тактом. Название такта дается по основному процессу, протекающему при ходе поршня. При перемещении поршня объем внутренней полости цилиндра меняется.

Характерными объемами при этом принимаются следующие:

- объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ, называемый объемом пространства сжатия и обозначаемый V_c;

- объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ, называемый полным объемом цилиндра и обозначаемый V_t;

- объем, описываемый поршнем между мертвыми точками, который называется рабочими объемом цилиндра и обозначается V_s.

Отношение полного объема цилиндра к объему пространства сжатия называют степенью сжатия, ее обозначают е и находят по формуле

(1)

Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра над поршнем, т. е. сжимается заряд в цилиндре при перемещении поршня из НМТ в ВМТ.

Рабочий цикл в ДВС может совершаться за два или четыре хода поршня. В соответствии с этим двигатели называют двухтактными и четырехтактными.

В зависимости от способа приготовления горючей смеси, получаемой при смешивании топлива с воздухом, различают двигатели с внутренним смесеобразованием — дизельные и внешним — карбюраторные двигатели.

По способу воспламенения рабочей смеси, состоящей из топлива и воздуха, ДВС делят на основные группы: с принудительным воспламенением от постороннего источника (двигатели карбюраторные и газовые); с воспламенением от сжатия (дизели).

Карбюраторные двигатели работают на легком жидком топливе (бензине), дизели — на тяжелом жидком топливе (дизельном топливе и других фракциях нефти).

В карбюраторных двигателях горючая смесь образуется вне цилиндра. В цилиндры поступает готовая смесь (пары бензина с воздухом), которая во время такта сжатия сжимается в 6-9 раз и затем поджигается электрической искрой.

Дизели работают по иному принципу, чем карбюраторный двигатель: в цилиндры поступает не горючая смесь, а чистый воздух, который сжимается в 12-20 раз. При таком сжатии давление в камере сжатия повышается, а сам воздух при этом нагревается. В сжатый и нагретый воздух через специальную форсунку впрыскивается дизельное топливо, которое распыляется на мельчайшие капельки и частично испаряется, образуя с воздухом горючую смесь. Эта смесь воспламеняется от нагретого при сжатии воздуха без какого-либо постороннего зажигания и сгорает.

Количественные соотношения топлива и воздуха (топливо и воздух образуют горючую смесь) определяются окислительно-восстановительными реакциями, протекающими между химическими элементами топлива и кислородом воздуха. В большем количестве воздуха можно сжечь большее количество топлива и, следовательно, получить большее количество теплоты и механической работы, поэтому в дизельных двигателях для повышения мощности при неизменных геометрических параметрах цилиндров может использоваться наддув, т. е. подача воздуха под давлением.

Поршневой ДВС состоит из группы неподвижных и подвижных узлов и ряда обслуживающих систем. Принципиальные схемы одноцилиндрового четырехтактного дизеля с наддувом и двухтактного дизеля показаны на рис. 2, 3 и 4.

К основным неподвижным узлам относятся фундаментная рама с подшипниками коленчатого вала, на которую устанавливаются станина и втулки цилиндров. Сверху цилиндры закрываются крышками. Двигатели с помощью лап монтируются на подмоторной раме 13 (см. рис. 2, а). Втулки цилиндров устанавливаются, как правило, в едином блоке, называемом блоком цилиндров 5, и закрывается единой для всего ряда цилиндров крышкой, которую называют головкой блока цилиндров 11. К главным подвижным деталям ДВС относятся поршень 7, шатун 3 и коленчатый вал 2.

Рис. 2. Двигатель внутреннего сгорания (дизель):

а — принципиальная схема двигателя:

1 - нижний картер (поддон); 2 - коленчатый вал; 3 - шатун; 4 - верхний картер; 5 - блок цилиндров; 6 - нагнетатель (наддувочный агрегат); 7 - поршень; 8 - впускной клапан; 9 -форсунка; 10 - выпускной клапан; 11 -головка блока цилиндров; 12 - топливный насос высокого давления; 13 - подмоторная рама;

б - индикаторная диаграмма Р — V; в - диаграмма фаз газораспределения:

φ₀ — угол опережения открытия впускного клапана; φ_з — угол запаздывания закрытия впускного клапана; φ_в — угол опережения открытия выпускного клапана; φ_к — угол запаздывания закрытия выпускного клапана; φ_т — угол опережения впрыска топлива; φ₀+φ_к — угол перекрытия клапанов;

г — схема работы четырехтактного дизеля

Рис. 3. Схема работы двухтактного дизеля со встречно-движущимися поршнями и прямоточно-щелевой продувкой:

1,6 - верхний и нижний поршни; 2 - продувочные окна; 3 - форсунки; 4 - камера сгорания; 5 - выхлопные окна

Рис. 4. Двухтактный дизель с П-образной поперечной продувкой: а - схема работы двухтактного дизеля; б - диаграмма фаз газораспределения; в - индикаторная диаграмма: zут - расширение; тп - свободный выпуск; паа' - продувка; а'а" - наполнение; а"с - cжатие; czy - горение; х - начало впрыска топлива; у -окончание подачи топлива в камеру сгорания

Каждый ДВС имеет следующие системы:

- систему газообмена, управляющую органами наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха и очистки его от отработавших газов;

- топливную систему, служащую для подачи и подготовки топлива к сгоранию в цилиндре;

Современные ДВС оснащаются также дополнительными системами и устройствами, которые улучшают мощностные и другие показатели. К ним относят системы наддува, предпускового подогрева и автоматики, шумо- и виброгасящие устройства, гасители крутильных колебаний на коленчатом валу и т. п.

К основным параметрам дизелей относят номинальную мощность, число цилиндров, тактность, диаметр цилиндра, ход поршня, степень сжатия, массогабаритные размеры и др.

Рассмотрим принцип работы четырехтактного дизеля с наддувом (см. рис. 2, г), у которого один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала.

Первый такт — такт впуска свежего воздуха — происходит при перемещении поршня от ВМТ к НМТ. Впускной клапан 8 открыт, а выпускной 10 — закрыт. С началом движения поршня от ВМТ к НМТ объем рабочего пространства цилиндра 5 увеличивается, а давление в нем уменьшается и становится меньше атмосферного в дизелях без наддува (нагнетатель 6 отсутствует).

При наличии наддува воздух поступает в цилиндр под давлением, создаваемым компрессором (наддувочным агрегатом). При отсутствии наддува свежий заряд воздуха поступает в цилиндр за счет разрежения. Для достижения максимального наполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше, в точке г с определенным углом опережения, равным 15-35° угла поворота коленчатого вала до ВМТ, и закрывается в точке а с некоторым углом запаздывания φ_з, равным 10-30° поворота вала после НМТ (см. рис. 2, в).

Второй такт — такт сжатия — начинается при обратном ходе поршня НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. В цилиндре образуется замкнутое пространство, объем которого при движении к ВМТ уменьшается. За счет уменьшения объема происходит сжатие свежего заряда воздуха, в результате чего повышаются его давление до 3-4 МПа и температура — до 600-700 °С, которая становится достаточной для самовоспламенения впрыскиваемого топлива.

При подходе поршня к ВМТ в цилиндр впрыскивается мелко распыленное топливо с некоторым опережением φ_т, равным 10-30° угла поворота коленчатого вала до ВМТ, для образования однородной смеси и ее воспламенения вблизи ВМТ.

Третий такт — такт расширения, при котором топливо сгорает и происходит резкое повышение давления и температуры рабочего тела. Максимальное давление при сгорании топлива у малооборотных дизелей 5-7 МПа, у средне- и высокооборотных 6-12 МПа, у дизелей с наддувом 10-15 МПа. Температура газа в конце сгорания топлива тем выше, чем больше давление, и колеблется в пределах 1600-2000 °С.

Высокое давление при расширении рабочего тела вызывает движения поршня от ВМТ к НМТ, в результате чего совершается полезная работа.

Четвертый такт — такт выпуска, при котором в конце рабочего хода до прихода поршня в НМТ открывается выпускной клапан 10 и начинается процесс свободного выпуска газов из цилиндра в выпускной трубопровод. Свободный выпуск осуществляется за счет перепада давления в цилиндре и в выпускной системе. Температура отработавших газов при этом 350-500 °С и давление 0,3-0,4 МПа.

Опережение открытия выпускного клапана 10 в точке 6 соответствует φ_в = 20-50° угла поворота коленчатого вала до НМТ. Поршень, двигаясь вверх, выталкивает отработавшие газы из цилиндра, освобождая цилиндр для новой порции свежего воздуха.

Закрывается выхлопной клапан в точке r при φ_к = 10-30° за ВМТ. Сумма двух углов φ₀ + φ_к называется углом перекрытия клапанов. При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранее последовательности.

Рассмотрим принцип работы двухтактного дизеля (см. рис. 3) со встречно-движущимися поршнями и прямоточно-щелевой продувкой.

В цилиндре дизеля имеется по два поршня, движущихся в противоположных направлениях и образующих при этом в средней части цилиндровой гильзы (между днищами поршней) одну общую камеру сгорания. Подвод продувочного воздуха к цилиндрам и выпуск отработанных газов осуществляются через окна в цилиндровых гильзах, которые открываются и закрываются поршнями. Верхние поршни управляют впуском воздуха через продувочные окна, а нижние — выпуском отработанных газов через выпускные (выхлопные) окна.

Рабочий цикл в двухтактном дизеле совершается за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала, и осуществляется следующим образом.

Первый такт начинается при движении поршней навстречу друг другу (см. рис. 3) от их НМТ к ВМТ. Сначала нижний поршень перекрывает выпускные окна, а затем верхний поршень — продувочные окна. Указанная очередность закрытия окон объясняется тем, что нижний коленчатый вал по углу поворота опережает верхний на 12°. До закрытия выпускных окон воздух, поступающий под давлением, вытесняет отработавшие газы из цилиндра. Когда окна закрываются, воздух через открытые впускные окна продолжает поступать в цилиндр.

Более позднее закрытие впускных окон по сравнению с выпускными способствует дозаправке цилиндра свежим воздухом до давления, почти равного давлению продувочного воздуха, т. е. происходит так называемый наддув. Это позволяет увеличивать весовой заряд воздуха в цилиндре, а, следовательно, сжечь большее количество топлива и получить большую мощность.

Как только окна закрылись, начинается сжатие воздуха в цилиндре. Когда поршни приблизятся к ВМТ, в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое в среде нагретого при сжатии до высокой температуры воздуха воспламеняется.

Аналогично совершается рабочий цикл двухтактного дизеля с П-образной поперечной продувкой (см. рис. 4).

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. После Великой Октябрьской социалистической революции практически заново пришлось создавать отечественную автомобильную промышленность. Начало развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в Москве на заводе АМО были построены первые грузовые автомобили АМО-Ф-15.

В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производство автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось массовое производство грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в строй завод ГАЗ.

В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей Московский завод малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы. Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный завод им. 50-летия СССР.

За последние годы заводами автомобильной промышленности освоены многие образцы модернизированной и новой автомобильной техники, в том числе для сельского хозяйства, строительства, торговли, нефтегазовой и лесной промышленности.

В настоящее время существует большое количество устройств, использующих тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюраторный двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т.д.

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 цилиндрах. На большинстве современных автомобилей установлены двигатели внутреннего сгорания.

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 кривошатунного 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:

3. горение и расширение;

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 и 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. Рассматриваемые двигатели успешно используются на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных машинах, тепловозах, судах, электростанциях и т.д., т.е. ДВС отличаются хорошей приспособляемостью к потребителю.

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.

Положительным качеством дизелей является способность одного двигателя работать на многих топливах. Так известны конструкции автомобильных многотопливных двигателей, а также судовых двигателей большой мощности, которые работают на различных топливах - от дизельного до котельного мазута.

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 появления неуравновешенных 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.

Понятие и внутреннее устройство двигателя внутреннего сгорания, принцип его работы и сферы практического применения в промышленности. Рабочий процесс карбюраторного четырехтактного двигателя. Дизельные двигатели, устанавливаемые на грузовые машины.

Рубрика	Транспорт
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	27.07.2014
Размер файла	400,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Автомобильный транспорт в Беларуси 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.

1. Общее устройство двигателя

Карбюраторный четырехтактный двигатель

Автомобильный двигатель относится к тепловым машинам, в которых тепловая энергия сжигаемого топлива превращается в механическую работу; топливо (обычно жидкое) вводится непосредственно в рабочие цилиндры и там сжигается. Выделяющееся тепло преобразуется в механическую работу; такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания. Механическая работа, отдаваемая двигателем, расходуется на преодоление сопротивлений движению автомобиля.

Автомобильные двигатели разделяются на две группы в зависимости от способа воспламенения топлива; в более распространенных карбюраторных двигателях воспламенение сжатой смеси осуществляется электрической искрой, а в дизельных двигателях топливо воспламеняется в среде сжатого воздуха, имеющего высокую температуру.

Каждая группа двигателей в свою очередь делится на два вида но

типу рабочего процесса: двухтактные и четырехтактные; широко при

На рис. 3 показана простейшая схема карбюраторного четырехтактного двигателя и основные его положения. В вертикально расположенном цилиндре 1 двигается вниз и вверх поршень 5, шарнирно соединенный при помощи пальца 6 с верхней головкой шатуна 7. Нижняя головка последнего охватывает шейку 8 коленчатого вала 10, опорами которого являются подшипники 11, закрепленные в картере 12. Шейки вала, лежащие в опорах, называют коренными шейками коленчатого вала; щеку 9 колена вала с шатунной и коренной шейками называют кривошипом. Для управления впуском смеси топлива с воздухом и выпуском отрабатывающих газов служат клапаны впускной 2 и выпускной 4.

Для воспламенения смеси топлива с воздухом в цилиндре карбюраторного двигателя используется электрическая свеча 3, ввернутая в головку цилиндра; между электродами свечи в необходимый момент проскакивает искра.

В процессе движения поршня объем цилиндра над поршнем непрерывно изменяется в пределах от минимального (при верхнем положении поршня - объем камеры сжатия Vc) до максимального (при нижнем положении поршня - полный объем . Разница между этими объемами, равная объему описываемому поршнем за один ход, называется рабочим объемом, а отношение объема над поршнем при его нижнем положении к объему над поршнем в его верхнем положении называется степенью сжатия:

На рис. 4 и 5 изображены схемы одноцилиндрового карбюраторного четырехтактного двигателя в разрезе с нижними и верхними клапанами.

2. Рабочий процесс карбюраторного четырехтактного двигателя

Основной задачей рабочего процесса двигателя является наиболее эффективное сжигание вводимого в цилиндр топлива, которым обычно служит бензин. Смесь паров бензина с необходимым для сгорания количеством воздуха называетсягорючей смесью, она приготовляется В специальном устройстве, называемом карбюратором.

В начале первого хода поршня открывается впускной клапан (точка на графике, изображенном на рис. 6, а) и за счет разрежения над опускающимся поршнем в цилиндр засасывается из карбюратора свежая горючая смесь. Цилиндр наполняется смесью до момента прихода поршня в нижнее положение, после чего впускной клапан закрывается (точка а). Таким образом, поршень совершает свой первый ход, называемый тактом всасывания (впуска); при этом кривошип делает первую половину оборота, повернувшись на угол 3,14 рад (180°). В процессе всасывания выпускной клапан закрыт. Такт впуска протекает при давлении в цилиндре (прямая fa на графике работы) около 0,08 Мн/м2 (0,8 кГ/см2). К концу впуска смесь нагревается на 80 ё--130° С от горячих стенок цилиндра и оставшихся газов.

Заполнение смесью составляет 0,75 - 0,85 от объема цилиндра над поршнем, когда он находится в нижнем положении.

При втором ходе поршня и закрытых клапанах совершается второй такт - сжатие горючей смеси; кривошип при этом поворачивается от 3,14 до 6,28 рад (от 180 до 360°) - вторая половина оборота. К концу сжатия объем смеси сокращается в 6-8 раз с повышением давления до 0,8 - 1,2 Мн/м2 (8 - 12 кГ/см2) (кривая ас); температура смеси при этом поднимается до 450 500°.

В конце второго хода между электродами свечи проскакивает искра, при этом сжатая смесь воспламеняется, что приводит к повышению давления газов на поршень (точка на графике работы) до 3 ч- 4 Мн/м2 (30 - 40 кГ/см) при температуре 1800 Ї2000° С, и поршень совершает свой третий ход. Третий ход представляет собой движение поршня вниз с расширением продуктов сгорания при закрытых клапанах и поворотом кривошипа от 6,28 до 9,42 рад (от 360 до 540°) - первая половина второго оборота; этот ход называется рабочим ходом, или тактом расширения. Его окончание характеризуется давлением 0,35 0,45 Мн/м2 (3,5 Ї 4,5 кГ/см2) (точка е) и температурой 800 Ї 1100° С. В конце такта расширения открывается выпускной клапан и отработавший газ, имеющий давление больше атмосферного, выпускается через соответствующий трубопровод. Четвертым ходом поршня (такт выпуска) цилиндр очищается от сгоревших газов при открытом выпускном и закрытом. впускном клапанах и давлении 0,1 - 0,12 Мн/м2 (1,05 Ї 1,15 кГ/см2) - прямая hr, при этом кривошип поворачивается от 9,42 до 12, 56 рад (от 540 до 720°) - вторая половина второго оборота. Температура в конце выпуска снижается до 700 - 800° С. Выпускной клапан закрывается к началу следующего такта всасывания (впуска), наступление которого служит началом повторения тактов.

Перечисленные такты составляют непрерывно повторяющийся четырехтактный цикл двигателя; работа совершается только на протяжении третьего хода, поэтому он и называется рабочим; три остальные хода являются вспомогательными и на их совершение тратится часть работы, полученной при третьем ходе поршня (табл. 2). График работы, изображенный на рис. 6, а, является теоретическим. Наличие ряда дополнительных условий в работе двигателя, а также стремление обеспечить лучшее наполнение цилиндра рабочей смесью, достичь более полного сгорания горючей смеси и очищения цилиндра от газов заставляют несколько сдвигать границы этих процессов.

В результате все переходы между отдельными участками графика закругляются и действительный график работы принимает вид, изображенный на рис. 6, б.

3. Дизельные двигатели

двигатель дизельный сгорание четырехтактный

На грузовых автомобилях среднего и большого тоннажа устанавливают дизели, использующие тяжелые сорта топлива. Эти дизели значительно отличаются от рассмотренного выше двигателя, использующего легкие сорта топлив. Работа дизелей, также как и работа карбюраторных двигателей, основана на сгорании топлива внутри цилиндра. Много общего есть и в основных частях двигателей, за исключением приборов приготовления горючей смеси (топливной аппаратуры) и некоторых других частей.

На рис. 7 показаны схема и график работы четырехтактного дизеля (типа ЯМЗ). При перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней через открытый впускной клапан засасывается воздух (левая стрелка), при перемешивании которого с остаточными газами совершается такт впуска (линия га на графике работы); в следующий ход поршня происходит сжатие смеси с остаточными газами при закрытых клапанах (линия ас); степень сжатия достигает 14 - 20, а давление конца сжатия равно 3 - 4 Мн1м2 (30 - 40 кГ/см2) при температуре 600 - 700° С. В конце сжатия через форсунку 1 насосом 2 под давлением впрыскивается топливо, мелкие частицы которого, соприкасаясь с раскаленным воздухом, сгорают (линия cz); давление поднимается до 5 - б Мн1мг (50 - 60 кГ/см2, а температура - до 1800-2000° С. Под влиянием большого давления газов происходит рабочий ход (линия ze) последним ходом (линия еr) поршень выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан (правая стрелка) - такт выпуска.

Для карбюраторного двигателя смесь приготовляется вне его цилиндра и подается на протяжении целого хода поршня заранее подготовленной. В дизеле же смесь образуется в цилиндре, где и сгорает, а для хорошего перемешивания впрыскиваемого за короткий промежуток времени топлива со сжатым воздухом необходимо определенное время, которого не хватает особенно на больших оборотах. Поэтому у современных дизелей максимальное число оборотов в минуту меньше, чем у карбюраторных.

Весь процесс работы при четырехтактном цикле совершается за четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала; рабочий ход имеет место только через два оборота вала. Поэтому при наличии только одного цилиндра для получения необходимой мощности требуется увеличение размеров поршня, цилиндра и других деталей, что приводит к необходимости уменьшения оборотов вследствие трудности преодоления больших сил инерции возвратно-поступательно движущихся деталей. Одноцилиндровый двигатель получается тяжелым и тихоходным.

Двигатель автомобильного тина достаточной мощности, малого веса и небольших размеров получится, если увеличить количество цилиндров и повысить число оборотов коленчатого вала в минуту. При увеличенном количестве цилиндров за два оборота совершается несколько рабочих ходов; правильным чередованием этих ходов можно улучшить равномерность вращения вала, а сокращением времени совершения рабочего хода можно дополнительно повысить мощность за счет повышения числа оборотов вала в единицу времени.

Современные автомобильные двигатели чаще всего состоят из четырех, шести или восьми цилиндров.

В качестве общего критерия для оценки двигателя служит коэффициент полезного действия, под которым понимаетсяотношение тепла, эквивалентного работе, снимаемой с маховика, к теплу, эквивалентному введенному топливу; для карбюраторных двигателей он равен 0,2 - 0,25; для дизельных 0,3 - 0,35.

Двигатель состоит из кривошипного и распределительного механизмов и систем охлаждения, смазки, питания и зажигания (только в карбюраторных двигателях).

4. Классификация двигателей внутреннего сгорания

На строительных и дорожных машинах в качестве источника механической энергии применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Общими признаками для двигателей внутреннего сгорания строительных и дорожных машин являются:

1. конструкция кривошипно-шатунного механизма - тронковая (боковое усилие от шатуна воспринимается поршнем);

2. род применяемого топлива - жидкое (бензин, дизельное);

3. направление вращения коленчатого вала - правое (положение наблюдателя со стороны, противоположной валу основного отбора мощности).

Двигатели внутреннего сгорания строительных дорожных машин обеспечивают диапазон мощности 1,5…400кВт. Применяют карбюраторные двигатели, в основном особо малой мощности и на базовых автомобилях ГАЗ и ЗИЛ, и дизельные двигатели мощностью от 20 кВт и выше. Наибольшее распространение получили дизельные двигатели. Стандартом на промышленные дизели, к которым относятся двигатели строительных и дорожных машин, введено условное обозначение дизелей, состоящее из букв и цифр: Ч - четырёхтактный, Д - двухтактный, Н - с надувом, цифры перед буквами - число цилиндров, цифры после букв над чертой - диаметр цилиндра в сантиметрах, цифры под чертой - ход поршня в сантиметрах.

Требуемая мощность двигателя должна обеспечивать перемещение машины с заданными скоростями, выполнение работы рабочим оборудованием и функционирование систем и механизмов. На строительных и дорожных машинах применяются в основном двигатели тракторного, автомобильного и промышленного назначения, мощности которых определяются стандартами.

Все применяемые на строительных и дорожных машинах поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим основным признакам:

По способу осуществления газообмена:

В двухтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за два такта, что соответствует двум ходам поршня от одного крайнего положения до другого, или одному обороту коленчатого вала;

В четырёхтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня, соответствующее двум оборотам коленчатого вала.

По способу наполнения рабочего цилиндра:

· с естественным наполнением (наполнение обеспечивается перемещением поршня);

·с надувом (наполнение происходит при повышенном давлении

от надувочного агрегата);

По способу смесеобразования:

В двигателях с внешним смесеобразованием основная часть процесса образования горючей смеси происходит в дополнительном

устройстройстве, называемом карбюратором, путём испарения

жидкого топлива (бензин) в струе воздуха;

В двигателях с внутренним смесеобразованием горючая смесь образуется внутри рабочего цилиндра путём раздельной подачи топлива

(дизельного) и воздуха. Различают двигатели с непосредственным

впрыском и с вихрекамерным смесеобразованием;

По способу воспламенения горючей смеси:

· С принудительным зажиганием (от электрической искры);

· С воспламенением от сжатия (дизели);

По числу и расположению цилиндров:

· Рядные (с вертикальным расположением цилиндров в один ряд);

· V - образные (двухрядные с расположением цилиндров в рядом под углом 60, 75 или 90°);

По отношению хода поршня

S к диаметру

· Короткоходные (S/D 1);

По степени быстроходности:

· Тихоходные (средняя скорость поршня 6,5…10 м/с);

· Быстроходные (средняя скорость поршня 10…15 м/с);

По типоразмерам:

· С конкретными типоразмерами диаметра цилиндра и хода

поршня DґS;

По способу охлаждения:

По способу пуска:

· С электростартером и пусковым двигателем;

· С пусковым двигателем.

Заключение

Автомобиль, который мы получим через 100 лет, внешне не будет сильно отличаться от имеющегося сегодня, но он будет работать на совершенно иных принципах, а переезды на дальние расстояния будут проходить в новых, созданных человеком условиях. Двигатель, трансмиссия, ведущий вал и дифференциал уйдут в прошлое. Автомобили будущего, имеющие питание от топливных ячеек и привод от электродвигателей, установленных на ступицах колес, будут ездить с 80-процентным термическим к.п.д. как в условиях гелиевой атмосферы, так и в обычных условиях наземных дорог.

Но и при всех возможных изменениях в его конструкции автомобиль так и останется средством передвижения большинства людей.

Список использованных источников

1. Бородин Н.Г. Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968.

2. Дьяченко Н.Х. Теория двигателей внутреннего сгорания, Москва 1974 г.

3. Иванов Д.С. Двигатели внутреннего сгорания, т. 1-3, Москва. 1957.

4. Косенков А.А. Устройство автомобилей: Ходовая часть и проч. системы. - Рн/Д: Феникс, 2005.

5. Кузин Э.Н. Строительные машины, том 1, 5-е издание, переработанное

7. Передерий А.А. Устройство автомобилей. Учебное пособие. М., 2004.

10. Шестопалов К.С. Устройство, техническое обслуживание легкового автомобиля. Учебное пособие. Москва. Издательство ДОСААФ. 1990

Подобные документы

Классификация, особенности конструкции и эксплуатационные свойства двигателей внутреннего сгорания, их обслуживание и ремонт. Принцип работы четырехцилиндровых и одноцилиндровых бензиновых двигателей в современных автомобилях малого и среднего класса.

курсовая работа [39,9 K], добавлен 28.11.2014

Описание особенностей прототипа двигателя внутреннего сгорания, его тепловой расчет. Разработка нового двигателя внутреннего сгорания, на основе существующего ГАЗ-416. Построение индикаторной диаграммы по показателям циклов. Модернизация данного проекта.

дипломная работа [100,7 K], добавлен 27.06.2011

История создания универсального парового двигателя. Понятие коэффициента полезного действия. Паровая машина Уатта. Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Такт сжатия и такт рабочего хода. Рабочие циклы двухтактных двигателей.

презентация [985,6 K], добавлен 15.12.2014

Принципы работы двигателей внутреннего сгорания. Классификация видов авиационных двигателей. Строение винтомоторных двигателей. Звездообразные четырехтактные двигатели. Классификация поршневых двигателей. Конструкция ракетно-прямоточного двигателя.

реферат [2,6 M], добавлен 30.12.2011

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко применяются во всех областях народного хозяйства и являются практически единственным источником энергии в автомобилях. Расчет рабочего цикла, динамики, деталей и систем двигателей внутреннего сгорания.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

Я сделал своим делом изучение истории и развитие двигателей внутреннего сгорания. Более подробно изучить конструкцию и типы двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрение принципа работы двигателей внутреннего сгорания.

Актуальность этой темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человека.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, моторные суда, легковые автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания установлены на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются очень несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньше ресурсов) из-за их автономности (в требуемом топливе содержится гораздо больше энергии, чем в лучших электрических батареях), двигатели внутреннего сгорания очень распространены, например, на транспорте.

История возникновения и развития

Двигатель внутреннего сгорания (dvs) — тепловой двигатель, в котором химическая энергия горения топлива в рабочей камере преобразуется в механическую работу.

Они создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда паровой двигатель был нераздельным правилом в движении. В то время светящийся газ использовался для освещения улиц. Свойства нового топлива дали изобретателям идею, что поршень в цилиндре может перемещать газовую смесь, а не пар. На вопрос о том, как эта смесь может воспламениться, ответ на другой технический вопрос помог — индукционная катушка для генерации электрической искры.

Варианты и конструкция двигателей внутреннего сгорания

В соответствии с методом газообмена, двигатели внутреннего сгорания делятся на двухтактные и четырехтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя выполняется в 4-х поршневых движениях (цикл), т.е. при 2-х оборотах коленчатого вала. Первый ход — всасывание. Второй ход — сжатие. Третий ход — рабочий. Четвертый ход — освобождение.

Двухтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания работает в два хода поршня или в один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически идентичны процессам в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания. При тех же условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза мощнее четырехтактного, так как мощность двухтактного двигателя с карбюратором в два раза выше у двухтактного, но на практике мощность двухтактного двигателя с карбюратором часто не превышает мощность четырехтактного двигателя с тем же диаметром цилиндра и ходом, а еще ниже. Это связано с тем, что значительная часть хода (20% -35%) поршня выполняется при открытых клапанах, когда давление в цилиндре низкое и двигатель практически не работает.

Дизельные и карбюраторные двигатели отличаются по типу и способу воспламенения горючей смеси. Дизельные двигатели работают, воспламеняя топливо в воздушной среде. Воспламеняющаяся смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха, сжатого в цилиндрах и распыляющих топливные форсунки. Дизельные двигатели также способны развивать более высокую мощность. Кроме того, КПД дизельных двигателей достигает 35-40%, что заметно выше КПД карбюраторных двигателей: 25-30%.

В методе формирования горючей смеси используются двигатели с внутренней и внешней смесью. Внутреннее перемешивание происходит в дизельных двигателях, воздух перед зажиганием поглощается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом в цилиндрах.

Внешняя смесь используется для бензина и бензина. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до тех пор, пока топливная смесь не попадет в цилиндры. Двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением известны по методу охлаждения.

Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерную работу при колебаниях температуры окружающей среды и являются предпочтительными для многих базовых машин. Охлаждающие жидкости — это вода или антифриз, замерзающие при более низкой температуре (до минус 40oC).

Двигатели с воздушным охлаждением охлаждаются воздушным потоком, который выбрасывается вентилятором на оребренные поверхности цилиндров.

Двигатель внутреннего сгорания

Основным преимуществом двигателей внутреннего сгорания и других тепловых двигателей (например, реактивных двигателей) перед гидравлическими и электрическими является их независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т.д.); в этом контексте оборудование, оснащенное двигателями внутреннего сгорания, может свободно передвигаться и находиться в любом месте. Это привело к широкому использованию двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах (легковые автомобили, дорожно-строительная техника, самоходная военная техника и т.д.). ).

Основные компоненты МКО.

Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложную единицу, состоящую из ряда компонентов и систем.

Наконечник двигателя представляет собой группу неподвижных деталей, которые составляют основу всех других механизмов и систем. Корпус включает в себя корпус блока, головку (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, крышки корпуса переднего и заднего блока, масляный поддон и ряд мелких деталей.

Механизм перемещения — группа подвижных частей, которые принимают давление газа в цилиндрах и преобразуют это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршень, шатун, коленчатый вал и маховик), распределительный вал (распределительный вал), приводимый в движение коленчатым валом, и толкатели, штоки и качающиеся рычаги, открывающие клапаны. Клапаны закрыты пружинами клапана.

Система смазки — система узлов и каналов, снабжающих движущиеся поверхности смазочным материалом. Масло в масляном поддоне перекачивается в фильтр грубой очистки, а затем через главный масляный канал в блочном корпусе под давлением подается на подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала, шестерни и детали газораспределительного механизма. Цилиндры, толкатели и другие детали смазываются масляным туманом, образующимся при распылении масла из зазора подшипников вращающихся деталей.

Двигательная установка готовит горючую смесь из топлива и воздуха в соотношении, соответствующем режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливного всасывающего насоса, топливного фильтра, труб и карбюратора, который является основным компонентом системы.

Система зажигания используется для создания в камере сгорания искры, которая зажигает рабочую смесь. Система зажигания состоит из источника питания — генератора и батареи — и прерывателя, от которого зависит время зажигания. В то время, когда двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, использовались калибраторы зажигания.

Стартерная система состоит из электрического стартера, передач от стартера к маховику, блока питания (аккумуляторной батареи) и элементов дистанционного управления.

Заключение

В этой исследовательской работе я изучал историю возникновения и развития, структуру, варианты и принцип работы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этой теме.

В будущем планируется создать рабочую модель двигателя внутреннего сгорания, обладающую теоретическими знаниями.

Список литературы

К.С. Шестопалов Устройство, обслуживание легкового автомобиля. Учебник.
Двигатели внутреннего сгорания, т.1-3, 1956 .
Двигатели внутреннего сгорания, 1965 год.
Восьмой класс физики, 2004.
Великая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2003 г.
Большой список учащихся 5-11 классов.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

-- конструкция кривошипно-шатунного механизма – тронковая (боковое усилие от шатуна воспринимается поршнем);

-- род применяемого топлива – жидкое (бензин, дизельное);

-- направление вращения коленчатого вала – правое (положение наблюдателя со стороны, противоположной валу основного отбора мощности).

Двигатели внутреннего сгорания строительных дорожных машин обеспечивают диапазон мощности 1,5…400кВт. Применяют карбюраторные двигатели, в основном особо малой мощности и на базовых автомобилях ГАЗ и ЗИЛ, и дизельные двигатели мощностью от 20 кВт и выше. Наибольшее распространение получили дизельные двигатели. Стандартом на промышленные дизели, к которым относятся двигатели строительных и дорожных машин, введено условное обозначение дизелей, состоящее из букв и цифр: Ч – четырёхтактный, Д – двухтактный, Н – с надувом, цифры перед буквами – число цилиндров, цифры после букв над чертой – диаметр цилиндра в сантиметрах, цифры под чертой – ход поршня в сантиметрах.

Все применяемые на строительных и дорожных машинах поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим основным признакам:
· По способу осуществления газообмена:

В двухтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за два такта,

что соответствует двум ходам поршня от одного крайнего положения

до другого, или одному обороту коленчатого вала;

В четырёхтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за четы-

ре хода поршня, соответствующее двум оборотам коленчатого вала.

· По способу наполнения рабочего цилиндра:

с естественным наполнением (наполнение обеспечивается пере-

с надувом (наполнение происходит при повышенном давлении

от надувочного агрегата);
· По способу смесеобразования:

В двигателях с внешним смесеобразованием основная часть про-

цесса образования горючей смеси происходит в дополнительном

устройстройстве, называемом карбюратором, путём испарения

жидкого топлива (бензин) в струе воздуха;

В двигателях с внутренним смесеобразованием горючая смесь обра-

зуется внутри рабочего цилиндра путём раздельной подачи топлива

(дизельного) и воздуха. Различают двигатели с непосредственным

впрыском и с вихрекамерным смесеобразованием;
· По способу воспламенения горючей смеси:

С принудительным зажиганием (от электрической искры);

· С воспламенением от сжатия (дизели);
· По числу и расположению цилиндров:

· Рядные (с вертикальным расположением цилиндров в один

· V – образные (двухрядные с расположением цилиндров в

рядом под углом 60, 75 или 90 ° );
· По отношению хода поршня
S к диаметру
D цилиндра:

· Короткоходные ( S/D );

· Квадратные ( S/D=1 ) ;

· Длинноходные ( S/D>1 );
· По степени быстроходности:

· Тихоходные (средняя скорость поршня 6,5…10 м/с);

· Быстроходные (средняя скорость поршня 10…15 м/с);
· По типоразмерам:

· С конкретными типоразмерами диаметра цилиндра и хода

поршня D
´
S ;

· По способу охлаждения:

· С воздушным;
· По способу пуска:

· С электростартером и пусковым двигателем;

· С пусковым двигателем.

1 Кузин Э.Н. Строительные машины, том 1, 5-е издание, переработанное

Москва “ Машиностроение ” 1991г.

2 Хачиян А.С. Двигатели внутреннего сгорания, Москва, “ Высшая школа ”

3 Дьяченко Н.Х. Теория двигателей внутреннего сгорания, Москва 1974 г.

Читайте также: