Двигатель внутреннего сгорания

Информация о документе:

Дата добавления: 14/07/2015 в 23:34
Количество просмотров: 15
Добавил(а): Сергей Филонич
Название файла: dvigatel_vnutrennego_sgoraniya.docx
Размер файла: 21 кб
Рейтинг: 0, всего 0 оценок

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания – тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере двигателя. Как любая другая тепловая машина, ДВС преобразует теплоту сгорания топлива в механическую работу.

История создания

Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром в 1860 г. Мощность его составляла 8,8 кВт. Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим световым зажиганием от постороннего источника. КПД двигателя не превышал 4,65%. Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара получил некоторое распространение. Использовался как лодочный двигатель.

В 1863 г. Николаус Аугуст Отто создал двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель имел вертикальное расположение цилиндра, зажигание открытым пламенем и КПД до 15%. Вытеснил двигатель Ленуара.

В 1876 г. Николаус Аугуст Отто построил более совершенный четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.

В 1880-х гг. Огнеслав Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.

В 1885 г. Готтлиб Даймлер разработал легкий бензиновый карбюраторный двигатель. Он использовался для создания в 1885 г. первого мотоцикла, а в 1886 г. – первого автомобиля.

Немецкий инженер Рудольф Дизель стремился повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и в 1897 г. предложил двигатель с воспламенением от сжатия.

В 1896 г. Чарльз Харт и Чарльз Парр разработали двухцилиндровый бензиновый двигатель.

Первым почти пригодным трактором с двигателем внутреннего сгорания был американский трехколесный трактор lvelДэна Элборна 1902 г.

В 1903 г. состоялся полет первого самолета с ДВС братьев Орвила и Уилбура Райт. Двигатель самолета изготовил механик Чарли Тэйлор. Основные части двигателя сделали из алюминия. Он был примитивным вариантом бензинового инжекторного двигателя.

На первом в мире теплоходе – нефтеналивной барже «Вандал», построенной в 1903 г. в России, были установлены три четырехтактных двигателя Дизеля.

По сравнению с двигателями внешнего сгорания ДВС:

  • не имеет дополнительных элементов теплопередачи – топливо, сгорая, само образует рабочее тело;

  • компактнее, так как не имеет целого ряда дополнительных агрегатов;

  • легче;

  • экономичнее;

  • потребляет газообразное или жидкое топливо, обладающее жестко заданными параметрами (испаряемостью, температурой вспышки паров, плотностью, теплотой сгорания, октановым или цетановым числом), так как от этих свойств зависит сама работоспособность ДВС.

Типы двигателей внутреннего сгорания

1) Поршневые двигатели – камера сгорания находится в цилиндре, тепловая энергия превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма. Поршневые ДВС классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырехтактные.

2) Газовая турбина – преобразование энергии осуществляется ротором с клиновидными лопатками.

3) Жидкостно-реактивный двигатель и воздушно-реактивный двигатель преобразуют энергию сгорающего топлива непосредственно в энергию реактивной газовой струи.

4) Роторно-поршневые двигатели – в них преобразование энергии осуществляется за счет вращения рабочими газами ротора специального профиля (двигатель Венкеля).

Также ДВС классифицируют:

  • По назначению: на транспортные, стационарные и специальные;

  • По роду применяемого топлива: легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты);

  • По способу образования горючей смеси;

  • По объему рабочих полостей и весогабаритным характеристикам: легкие, средние, тяжелые, специальные.

Устройство двухтактного ДВС:

Двигатель состоит из картера, в который с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндр. Внутри цилиндра движется поршень, опоясанный поршневыми кольцами. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива. Поршень снабжен металлическим стержнем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передает прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее оно передается в вариатор.

Принцип действия двухтактного ДВС:

1) Такт сжатия.Поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней, перекрывая сначала продувочное окно (2 на рис.2), а затем выпускное окно (3 на рис.2). Затем в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере (1 на рис.2) создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2) Такт рабочего хода.Сжатая рабочая смесь (1 на рис.3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действие теплового расширения газов поршень перемещается вверх, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере. Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть в карбюратор. Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис.4), начнется выпуск отработанных газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. Затем поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис.5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработанных газов.

Принцип действия четырехтактного ДВС:

1) Такт впуска. Поршень идет вниз клапан пуска открывается, топливная смесь поступает из карбюратора в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.

2) Такт сжатия. Поршень идет вверх, топливная смесь сжимается. Когда поршень достигает верхней мертвой точки, свеча воспламеняет топливо, сжатое поршнем.

3) Такт рабочего хода. После воспламенения горючее сгорает, горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз.

4) Такт выпуска. Коленчатый вал продолжает свое вращение, поршень идет вверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в выхлопную трубу. При достижение поршнем верхней мертвой точки выпускной клапан закрывается.

Октановое число топлива:

Октановое число является мерой процентного содержания изооктана в гептан-октановой смеси и отражает способность топлива противостоять самовоспламенению под воздействием температуры. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют двигателю иметь более высокую степень сжатия и более высокий КПД.