Реферат на тему двигатели внутреннего сгорания по физике
Обновлено: 05.07.2024
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Двигатель внутреннего сгорания●
РЕФЕРАТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – устройство, преобразующее тепловую энергию, получаемую при сгораниитоплива в цилиндрах, в механическую работу.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания имеет следующее устройство:
Блок цилиндров является основной деталью двигателя на которой крепятся все механизмы и детали. Головка цилиндров. На ней закреплены детали газораспределительного механизма.Поршень воспринимает давление газов в рабочем такте и передает его через поршневой палец. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром , служат для уменьшения прорыва газов из цилиндров в картер. Маслосъемные кольца снимают излишки масла с зеркала цилиндров.Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Шатун служит для соединения коленчатого вала с поршнем. Через шатун давление на поршень при рабочем ходе передается на коленчатый вал. При вспомогательных тактах (впуск, сжатие и выпуск) через шатун поршень приводится в действие от коленчатого вала. Коленчатый вал воспринимает усилия передаваемые от поршня к шатунам и преобразует их в крутящий момент, который затем через маховик передается агрегатам трансмиссии.Картер двигателя, отлитый заодно с блоком цилиндров, является базисной (основной) деталью. К картеру крепятся детали кривошипно-шатунный механизм. и газораспределительный механизм. Снизу картер закрыт поддоном из стали.Поддон является резервуаром для масла и в то же время защищает детали двигателя от пыли и грязи. Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндр двигателя необходимого заряда свежей горючей смеси и выпуска из него отработавших газов. И состоит израспределительных шестерен, распределительного вала, толкателей,, штанг, коромысел с деталями крепления, клапанов, пружин с деталями крепления и направляющих втулок клапанов . Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Штанги передают усилие от толкателей к коромыслам . Толкатели нужны для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам. Коромысла передают усилие от штанги клапану. Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и от порядка работы двигателя. Клапан состоит из головки и стержня.Система охлаждения служит для отвода излишнего тепла от деталей двигателя, нагревающихся при его работе. Система смазки предназначена для подачи масла к трущимся поверхностям деталей двигателя, частичного их охлаждения, уноса частиц механических примесей и очистки масла.Система питания служит для приготовления горючей смеси из паров бензина и воздуха в карбюраторном двигателе или газа и воздуха в газосмесительном двигателе, подачи ее в цилиндры и удаления продуктов сгорания.Система питания дизельного двигателя
Проанализировать открытие и достижения ученых по вопросу изобретения и применения двигателя внутреннего сгорания (Д.В.С.), рассказать о его преимуществах и недостатках.
1.Изучить нужную литературу и отработать материал
2.Провести теоретические исследования (Д.В.С.)
3.Выяснить какие из (Д.В.С.) лучше.
2.Основная часть.
2.1 .История создания двигателя внутреннего сгорания .
Проект первого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) принадлежит известному изобретателю часового анкера Христиану Гюйгенсу и предложен ещё в XVII веке. Интересно, что в качестве топлива предполагалось использовать порох, а сама идея была подсказана артиллерийским орудием. Все попытки Дениса Папена построить машину на таком принципе, успехом не увенчались. Исторически первый работающий двигатель внутреннего сгорания запатентованный в 1859 г. бельгийским изобретателем Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром.(рис.№1)
У двигателя Ленуара низкий термический КПД, кроме того, по сравнению с другими поршневыми двигателями внутреннего сгорания у него была крайне низкая мощность, снимаемая с единицы рабочего объёма цилиндра.
Однако в процессе эксплуатации двигателей выяснилось, что расход газа на лошадиную силу составляет 3 куб/м. в час в место предполагавшегося ориентировочно 0,5 куб/м. Коэффициент полезного действия двигателя Ленуара составлял всего-навсего 3,3%, тогда как паровые машины того времени достигали к. п. д. 10%.
В 1876 г. Отто и Ланген выставили на второй Парижской всемирной выставке новый двигатель мощностью в 0,5 л.с.(рис.№2)
Рис.2 Двигатель Отто
Несмотря на несовершенство конструкции этого двигателя, напоминающего первые пароатмосферные машины, он показал высокую по тому времени экономичность; расход газа состовлял,82 куб/м. на лошадиную силу в час и к.п.д. составил 14%. За 10 лет для мелкой промышленности было изготовлено около 10000 таких двигателей.
В 1878 г. Отто построил по идее Боуде-Роша четырёхтактный двигатель. Одновременно с использованием газа в качестве топлива стала разрабатываться идея использования паров бензина, газолина, лигроина в качестве материала для горючей смеси, а с 90-х годов и керосина. Расход горючего в этих двигателях составлял около 0,5 кг на лошадиную силу в час.
С того времени двигатели внутреннего сгорания (Д.В.С.) изменились по конструкции, по принципу работы, используемых материалов при изготовлении. Двигатели внутреннего сгорания стали мощнее, компактней, легче, но все же в ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет всего 20 %.
2. 2. Общее устройство двигателя внутреннего сгорания.
В основе работы каждого Д.В.С. лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в дальнейшем рабочей. При этом горит не само топливо. Горят только его пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку
будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку.
Д.В.С., используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также из следующих систем:
· выпуска отработавших газов;
Основные детали ДВС:
· головка блока цилиндров;
· распределительный вал с кулачками;
Большинство современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми двигателями. Существуют моторы и большего объема — с восемью и даже двенадцатью цилиндрами (рис. 3). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше потребление топлива.
Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы — стакан, состоящий из головки и юбки (рис. 4). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные (препятствующие попаданию масла в камеру сгорания) (рис. 5).
Рис. 3. Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки:
а — четырехцилиндровые; б — шестицилиндровые; в — двенадцатицилиндровые (α — угол развала)
Рис. 4. Поршень
Смесь бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз.
Так тепловая энергия превращается в механическую.
Рис. 5. Поршень с шатуном:
1 — шатун в сборе; 2 — крышка шатуна;3 — вкладыш шатуна; 4 — гайка болта; 5 — болт крышки шатуна; 6 — шатун; 7 — втулка шатуна; 8 — стопорные кольца; 9 — палец поршня; 10 — поршень; 11 — маслосъемное кольцо; 12, 13 — компрессионные кольца
Далее следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя (рис. 6).
Рис. 6 Коленчатый вал с маховиком:
1 — коленчатый вал; 2 — вкладыш шатунного подшипника; 3 — упорные полукольца; 4 — маховик; 5 — шайба болтов крепления маховика; 6 — вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников; 7 — вкладыш центрального (третьего) подшипника
В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун происходит вращение коленчатого вала.
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать движение вниз) (см. рис. 4).
Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней мертвой точкой (НМТ) (см. рис.4).
Расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня.
Когда поршень перемещается сверху вниз (от ВМТ до НМТ), объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ — это камера сгорания.
А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют рабочим объемом цилиндра. В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в НМТ.
Важной характеристикой ДВС является его степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливовоздушная смесь при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6–14, у дизельных — 14–24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, а также существенно влияет на токсичность отработавших газов.
Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна примерно 0,735 кВт. Как мы уже говорили, работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре топливовоздушной смеси.
В бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания (рис. 7), в дизельных — от сжатия.
Рис. 7 Свеча зажигания
При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время замедляется. Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу, выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск — маховик (см. рис. 6). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются.
2.2.1. Устройство двухтактного и четырехтактного
двигателей внутреннего сгорания;
Двухтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки (рис.8).
Рис.8 Двухтактный двигатель
В связи с тем, что в двухтактном двигателе, при равном количестве цилиндров и числе оборотов коленчатого вала, рабочие ходы происходят вдвое чаще, литровая мощность двухтактных двигателей выше, чем четырехтактных — теоретически в два раза, на практике в 1,5-1,7 раза, так как часть полезного хода поршня занимают процессы газообмена, а сам газообмен менее совершенный, чем у четырехтактных двигателей.
В отличие от четырехтактных двигателей, где вытеснение отработавших газов и всасывание свежей смеси осуществляется самим поршнем, в двухтактных двигателях газообмен выполняется за счет подачи в цилиндр рабочей смеси или воздуха (в дизелях) под давлением, создаваемым продувочным насосом, а сам процесс газообмена получил название — продувка. В процессе продувки, свежий воздух (смесь) вытесняет продукты сгорания из цилиндра в выпускные органы, занимая их место.
По способу организации движения потоков продувочного воздуха (смеси), различают двухтактные двигатели с контурной и прямоточной продувкой.
Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта). Этими тактами являются:
Второй такт — сжатие .
После того как топливовоздушная смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей. Теперь наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень начинает движение снизу вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра. Однако, как говорится, стереть в порошок эту смесь ему не удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень
не может, а внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ, всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство — камера сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °С. (рис.10)
Рис.10 Второй такт -сжатие
Третий такт — самый ответственный момент, когда тепловая энергия превращается в механическую. В начале третьего такта (а на самом деле в конце такта сжатия) горючая смесь воспламеняется с помощью искры свечи зажигания (рис.11)
Рис.11.Третий такт, рабочий ход.
Все четыре такта периодически повторяются в цилиндре двигателя, тем самым обеспечивая его непрерывную работу, и называются рабочим циклом.
2.3.Современные двигатели внутреннего сгорания.
2.3.1. Новые конструкторские решения, внедренные в двигатель внутреннего сгорания.
Со времен Ленуара по настоящие время двигатель внутреннего сгорания подвергся большим изменениям. Изменился их внешний вид, устройство, мощность. На протяжении многих лет конструкторы всего мира пытались повысить КПД двигателя внутреннего сгорания, при меньшей затрате топлива, добиться большей мощности. Первым шагом к этому послужило развитие промышленности, появление более точных станков для изготовления Д.В.С, оборудования, появились новые (легкие) металлы. Следующие шаги в моторостроение, зависели от принадлежности моторов. В автомобиле строения нужны были мощные, экономичные, компактные, легко обслуживаемые, выносливые двигатели. В кораблестроение, тракторостроении нужны бы ли тяговые, с большим запасом хода двигатели (в основном дизельные) В авиации мощные без отказные долговечные моторы .
Для достижения выше сказанных параметров использовались высоко-оборотистые и мало-оборотистые. В свою очередь на всех двигателях изменялись степени сжатия, объемы цилиндров, фазы газораспределения ,кол-во впускных и выпускных клапанов на один цилиндр, способы подачи смеси в цилиндр. Первые двигатели были с двумя клапанам, смесь подавалась через карбюратор, состоящий из воздушного диффузора дросильной заслонки и калиброванного топливного жиклёра. Карбюраторы быстро модернизировались, подстраиваясь под новые двигатели и их режимы работы . Главная задача карбюратора приготовление горючей смеси и подачи её в коллектор двигателя. Далее использовались другие приемы для увеличения мощности и экономичности двигателя внутреннего сгорания .
2.3.2. Задачи, которые стоят перед конструкторами.
Технический прогресс шагнул так далеко что двигатели внутреннего сгорания изменились практически до не узнаваемости. Степени сжатия в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания возросли до 15 кг/кв.см на бензиновых двигателях и до 29 кг/кв.см на дизельных. Число клапанов выросло до 6 на цилиндр, с малых объемов двигателя снимают мощности которые раньше выдавали двигатели больших объемов, например: с двигателя 1600 куб.см снимают мощность 120 л.с., а с двигателя 2400 куб.см. до 200 л.с . При всем при этом требования к Д.В.С. с каждым годом возрастает . Это связанно с вкусами потребителя. К двигателям представляют требования связанные с уменьшением вредных газов. В наше время на территории России введена норма ЕВРО-3, в Европейских странах введен стандарт ЕВРО -4. Это заставило конструкторов всего мира перейти на новый способ подачи топлива, контроля, работы двигателя. В наше время за работу Д.В.С. контролирует, управляет, микропроцессор. Отработанные газы дожигаются разными видами катализаторов. Задача современных конструкторов заключается в следующем : угодить потребителю, созданием моторов с нужными параметрами ,и уложиться в нормы ЕВРО-3, ЕВРО-4.
2.4. Преимущество и недостатки
над другими типами двигателям внутреннего сгорания .
Оценивая преимущества и недостатки Д.В.С. с другими типами двигателей, нужно сравнивать конкретные типы двигателей.
1. Высокая дальность передвижения на одной заправке;
2. Малый вес и объем источника энергии (топливного бака).
. Низкий средний КПД во время эксплуатации;
2. Высокое загрязнение окружающей среды;
3. Обязательное наличие КПП;
4. Отсутствие режима рекуперации энергии;
5. Работа ДВС подавляющую часть времени с недогрузом
1. Малый вес;
2. Максимальный момент доступный при 0 об/мин;
3. Нет необходимости в КПП;
4. Высокий КПД;
1. Малое плечо на одной зарядке;
2. Долгая зарядка;
3. Малый срок службы батареи;
4. Большой объем и вес батареи
1.Работа на любом топливе.
2.Самая высокая единичная мощность.
3.Различные варианты теплоносителя.
4.Широкая линейка мощностей.
5.Солидный ресурс.
1.Высокая инертность (длительный период запуска).
2.Высокая стоимость.
3.Производство тепла преобладает над электроэнергией.
4.Сложный и дорогой капитальный ремонт.
5.Высок нижний порог эффективного применения.
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
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
Превращение внутренней энергии тела в механическую энергию и ее практическое применение в основе принципа действия двигателя внутреннего сгорания (ДВС). История создания и развития, строение и разновидности ДВС. Основные составляющие, узлы и системы ДВС.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.04.2011 |
| Размер файла | 19,1 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
на тему: "Двигатели внутреннего сгорания"
Внутренней энергией обладают все тела - земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию.
Я поставил перед собой задачу изучить историю создания и развитие двигателей внутреннего сгорания. Подробнее изучить строение и разновидности двигателей внутреннего сгорания. Рассмотреть принцип работы двигателей внутреннего сгорания.
Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества.
Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.
История создания и развития.
Двигатель внутреннего сгорания (двс) - тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.
Создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда на транспорте безраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц стали применять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей на мысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь. На вопрос о том, как воспламенить эту смесь помогло ответить ещё одно техническое достижение - индукционная катушка получения электрической искры.
Разновидности и строение двигателей внутреннего сгорания.
По методу осуществления газообмена ДВС подразделяются на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т.е. за 2 оборота коленчатого вала. Первый такт - впуск. Второй такт - сжатие. Третий такт - рабочий ход. Четвертый такт - выпуск.
Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного Двигателя внутреннего сгорания. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза более мощным, чем четырёхтактный, т.к. рабочий ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20% -35%) поршень совершает при открытых клапанах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы.
По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками. Дизели также способны развивать большую мощность. Кроме того, КПД дизелей достигает 35-40 %, что заметно выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 25-30 %.
В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой. Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга". Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность 55 кВт (75 л. с.) при 4000 об/мин
По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.
Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры. По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.
Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до минус 40 о С).
Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров.
двигатель внутреннее сгорание
Основным преимуществом Двигателей внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т.п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигателями внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т.п.).
Основные составные ДВС.
Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.
Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.
Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик). выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.
Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей.
Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.
Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока - генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В то время, когда Двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.
Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления.
Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.
Вывод
В этой исследовательской работе я изучил историю создания и развития, строение, разновидности и принцип работы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этой теме.
В дальнейшем, используя теоретические знания, создать работающую модель двигателя внутреннего сгорания.
Список литературы
1. К.С. Шестопалов Устройство, техническое обслуживание легкового автомобиля. Учебное пособие
2. Двигатели внутреннего сгорания, т.1-3, 1957.
3. Двигатели внутреннего сгорания, 1968.
4. Физика 8 класс, 2008
5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001
6. Большой справочник школьника 5-11 классы.
Подобные документы
Общие сведения о двигателе внутреннего сгорания, его устройство и особенности работы, преимущества и недостатки. Рабочий процесс двигателя, способы воспламенения топлива. Поиск направлений совершенствования конструкции двигателя внутреннего сгорания.
реферат [2,8 M], добавлен 21.06.2012
Описание двигателя внутреннего сгорания как устройства, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу. Сфера использования этого изобретения, история разработки и усовершенствования, его преимущества и недостатки.
презентация [220,9 K], добавлен 12.10.2011
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – устройство, преобразующее тепловую энергию, получаемую при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.
реферат [13,2 K], добавлен 06.01.2005
Общие сведения об устройстве двигателя внутреннего сгорания, понятие обратных термодинамических циклов. Рабочие процессы в поршневых и комбинированных двигателях. Параметры, характеризующие поршневые и дизельные двигатели. Состав и расчет горения топлива.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 22.12.2010
Рассмотрение термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении. Тепловой расчет двигателя Д-240. Вычисление процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Эффективные показатели работы ДВС.
курсовая работа [161,6 K], добавлен 24.05.2012
Общая характеристика судового дизельного двигателя внутреннего сгорания. Выбор главных двигателей и их основных параметров в зависимости от типа и водоизмещения судна. Алгоритм теплового и динамического расчета ДВС. Расчет прочности деталей двигателя.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 10.06.2014
Характеристика дизельного топлива двигателей внутреннего сгорания. Расчет стехиометрического количества воздуха на 1 кг топлива, объемных долей продуктов сгорания и параметров газообмена. Построение индикаторной диаграммы, политропы сжатия и расширения.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Содержание:
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
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.
Двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д.
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 (исключением является, например, вода, у которой в интервале температур от 0 C до 4 C B
Читайте также: