Двигуни внутрішнього згоряння

Двигуни внутрішнього згоряння презентація

25.10.2015

Двигуни внутрішнього згоряння презентація

Теплові двигуни

ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

Один з найпоширеніших теплових двигунів — двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). існує в двох варіантах: у вигляді бензинового ДВЗ і дизеля.

Бензиновий ДВС працює на рідкому пальному (бензині, гасі тощо) або на нафтовий газ (зберігається в вусатому вигляді в сталевих балонах). Сьогодні проектуються ДВС, у яких в якості пального буде використовуватися водень.

Основна частина ДВС — один або декілька циліндрів, усередині яких відбувається спалювання палива. Звідси, до речі, і назва двигуна.

Всередині циліндра рухається поршень — металевий Итакан, оперезаний пружними кільцями, які не Пропускають гази, що утворилися при згорянні палива, проміжки між поршнем і стінками циліндра. Пордвень забезпечений металевим стрижнем пальцем, який з’єднує поршень із шатуном. Останній передає рух поршня колінчастого валу. Верхня частина циліндра сполучається з двома клапанами. Через один з клапанів — впускний — подається горюча суміш, через інший випускний — видаляються продукти згоряння. Тут же міститься свічка пристосування для запалювання горючої суміші за допомогою електричної іскри.

Найбільше поширення в техніці отримав чотиритактний ДВС.

1-ий такт — впуск (всмоктування). Відкривається впускний клапан. Поршень, рухаючись вниз, засмоктує в циліндр горючу суміш.

2-ой такт стискання. Впускний клапан закривається. Поршень, рухаючись вгору, стискає горючу суміш, яка при стисненні нагрівається.

3-й такт-робочий хід. Суміш підпалюється електричною іскрою свічки. Сила тиску газів (розпечених продуктів згоряння) штовхає поршень вниз. Рух поршня передається колінчастому валу, вал обертається, і тим самим відбувається корисна робота. Проводячи роботу і розширюючись, продукти згоряння охолоджуються, тиск в циліндрі падає майже до атмосферного.

4-ий такт випуск (вихлоп). Відкривається випускний клапан, відпрацьовані продукти згоряння викидаються через глушник в атмосферу.

З чотирьох тактів тільки один — третій — є робочим. Тому двигун забезпечують маховиком (інерційним двигуном, запасаючих енергію). за рахунок якого колінчастий вал обертається протягом останніх тактів.

Дизель — інший тип ДВС. Займання в його циліндрах відбувається при упорскуванні палива в повітря, попередньо стислий поршнем і, отже, нагрітий до високої температури. Це основна відмінність дизеля від звичайного бензинового двигуна внутрішнього згоряння. Перший дизельний двигун був побудований в 1897 році німецьким вченим Рудольфом Дизелем (1858-1913). по імені якого і називається.

ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ

Використовувати внутрішню енергію — це означає здійснити за рахунок неї корисну роботу, тобто перетворювати внутрішню енергію в механічну. У простому досвіді, який полягає в тому, що в пробірку наливають трохи води і доводять її до кипіння (причому пробірка спочатку закрита пробкою). пробка під тиском утворився пара піднімається вгору і вискакує. Іншими словами, енергія палива переходить у внутрішню енергію пари, а пара, розширюючись, здійснює роботу, вибиваючи пробку. Так внутрішня енергія пари перетворюється в кінетичну енергію пробки.

Якщо пробірку замінити міцним металевим циліндром, а пробку поршнем, який щільно прилягає до стінок циліндра і здатний вільно пересуватися вздовж них, то вийде найпростіший тепловий двигун.

Тепловими двигунами називають машини, в яких внутрішня енергія палива перетворюється в механічну енергію.

Історія теплових машин сягає в далеке минуле. Кажуть, ще дві з гаком тисячі років тому, в III столітті до нашої ери, великий грецький механік і математик Архімед побудував гармату, яка стріляла з допомогою пари. Малюнок гармати Архімеда і її опис були знайдені через 18 століть у рукописах великого італійського вченого, інженера і художника Леонардо да Вінчі.

Як же ця гармата стріляла? Один кінець ствола сильно нагрівали на вогні. Потім в нагріту частина стовбура наливали воду. Вода миттєво випарувалася і перетворювалася на пару. Пара, розширюючись, з силою і гуркотом викидав ядро. Для нас цікаво тут те, що ствол гармати представляв собою циліндр, в якому як поршень линула ядро. У його рукописах є кілька малюнків з зображенням циліндра і поршня. Під поршнем у циліндрі знаходиться вода, а сам циліндр підігрівається. Леонардо да Вінчі вважав, що утворився в результаті нагріву води пара, розширюючись і збільшуючись в обсязі, буде шукати вихід і штовхати поршень нагору. Під час свого руху вгору поршень міг би робити корисну роботу Трохи інакше уявляв собі двигун, що використовує енергію пари, Джованні Бранка, який жив на століття ршсе великого Леонардо. Це було колесо з лопатками, в друге з силою вдаряла струмінь пари, завдяки чому колесо починало обертатися. По суті, це була перша парова турбіна.

В XVII-XVIII століттях над винаходом парової машини працювали англійці Томас Північно (1650-1715) і Томас Ньюкомен (1663-1729). француз Дені Папен (1647-1714). російський вчений Іван Іванович Повзунів (1728-1766) і багато інші.

Папен побудував циліндр, в якому вгору і вниз вільно переміщався поршень. Поршень був зв’язаний тросом, перекинутим через блок, з вантажем, який слідом за поршнем також піднімався і опускався. По думці Папена, поршень можна було пов’язати з будь-якою машиною, Наприклад водяним насосом, який став би качати воду. У нижню відкидається частина циліндра насипали порох, який потім підпалювали. Утворилися гази, прагнучи розширитися, штовхали поршень нагору. Після того циліндр і поршень з зовнішньої сторони обливали діодної водою. Гази в циліндрі охолоджувалися, і їх тиск на поршень зменшувалася. Поршень під дією власної ваги і зовнішнього атмосферного тиску опускався вниз, піднімаючи при цьому вантаж. Двигун здійснював корисну роботу. Для практичних цілей він не годився: надто вже складний був технологічний цикл його роботи (засипання і підпалювання пороху, обливання водою, І це на протязі всієї роботи двигуна!). Крім того, застосування подібного двигуна було далеко не безпечним.

Проте не можна не побачити в першій машині Палена риси сучасного двигуна внутрішнього згоряння.

У своєму новому двигуні Папен замість пороху використовував воду. Її наливали в циліндр під поршень, а сам циліндр розігрівали знизу. Пара, що утворюється піднімав поршень. Потім циліндр охолоджували, і знаходиться в ньому пара конденсувалася — знову перетворювався на воду. Поршень, як і у випадку порохового двигуна, під дією своєї ваги і атмосферного тиску опускався вниз. Цей двигун працював краще, ніж пороховий, але для серйозного практичного використання був також малопридатний: треба було підводити і відводити вогонь, подавати охолоджену воду, чекати, поки пар сконденсируется, перекривати воду і т. п.

Всі ці недоліки були пов’язані з тим, що приготування пари, необхідної для роботи двигуна, відбувалося в самому циліндрі.

А що якщо в циліндр впускати вже готовий пар, отриманий, наприклад, в окремому казані? Тоді досить було б поперемінно впускати в циліндр то пар, то охолоджену воду, і двигун працював би з більшою швидкістю і меншим споживанням палива.

Про це здогадався сучасник Дені Палена англієць Томас Півночі, побудував паровий насос для відкачування води з шахти. У його машині приготування пари відбувалося поза циліндра — в котлі.

Слідом за Північ парову машину (також пристосовану для відкачування води з шахти) сконструював англійський коваль Томас Ньюкомен. Він вміло використовував багато чого з того, що було придумано до нього. Ньюкомен взяв циліндр з поршнем Папена, але пар для підйому поршня отримував, як і Північ, в окремому казані.

Машина Ньюкомена, як і всі її попередниці, працювала переривчасто — між двома робочими ходами поршня була пауза. Заввишки вона була з чотирьох-п’ятиповерховий будинок і, отже, виключно : п’ятдесят коней ледве-ледве встигали підвозити їй паливо. Обслуговуючий персонал складався з двох чоловік: кочегар безперервно підкидав вугілля до топки, а механік керував кранами, впускающими пар і холодну воду в циліндр.

Знадобилося ще 50 років, перш ніж був побудований універсальний паровий двигун. Це сталося в Росії, на одній з віддалених її околиць — Алтаї, де в той час працював геніальний російський винахідник, солдатський син Іван Повзунів.

Повзунів побудував свою на одному з барнаульских заводів. Цей винахід було справою його життя і, можна сказати, коштувало йому життя, У квітні 1763 року Повзунів закінчує розрахунки і подає проект на розгляд. На відміну від парових насосів Півночі і Ньюкомена, про яких Повзунів знав і недоліки яких ясно усвідомлював, це був проект універсальної машини безперервної дії. Машина призначалася для повітродувних міхів, нагнітають повітря в плавильні печі. Головною її особливістю було те, що робочий вал гойдався безперервно, без холостих пауз. Це досягалося тим, що Повзунів передбачив замість одного Циліндра, як це було в машині Ньюкомена, два працюють поперемінно. Поки в одному циліндрі поршень під дією пари піднімався вгору, в іншому пара конденсувалася, поршень йшов вниз. Обидва поршня були пов’язані одним робочим валом, який вони по черзі повертали то в одну, то в іншу сторони. Робочий хід машини здійснювався не за рахунок атмосферного тиску, як у Ньюкомена, а завдяки роботі пара в циліндрах.

Навесні 1766 року учні Ползунова, через тиждень після його смерті (він помер у 38 років). випробували машину. Вона працювала протягом 43 доби і приводила в рух міхи трьох плавильних печей. Потім казан дав текти; шкіра, якою були обтягнуті поршні (щоб зменшити зазор між стінкою циліндра і поршнем). истерлась, і машина зупинилася назавжди. Більше нею ніхто не займався.

Творцем іншого універсального парового двигуна, який отримав широке поширення, став англійський механік Джеймс Уатт (1736-1819). Працюючи над удосконаленням машини Ньюкомена, він у 1784 році побудував двигун, який годився для будь-яких потреб. Винахід Уатта була прийнята на ура. У найбільш розвинених країнах Європи ручна праця на фабриках і заводах все більше і більше замінюється роботою машин. Універсальний двигун став необхідний виробництва, і він був створений.

У двигуні Уатта застосований так званий кривошипно-шатунний механізм, що перетворював зворотно-поступальний рух поршня в обертальний рух колеса.

Вже потім було придумано машини: направляючи по черзі пар під поршень, то зверху поршня, Уатт перетворив обидва його ходу (вгору і вниз) у робочі. Машина стала потужнішою. Пар у верхню і нижню частини циліндра прямував спеціальним парораспределительным механізмом, який згодом був вдосконалений і названий .

Потім Уатт прийшов до висновку, що зовсім не обов’язково весь час, поки поршень рухається, подавати в циліндр пар. Досить впустити в циліндр якусь порцію пара і повідомити поршня рух, а далі цей пар почне розширюватися і переміщати поршень в крайнє положення. Це зробило машину економічніше: менше потрібно пара, менше витрачалося палива.

Сьогодні один з найпоширеніших теплових двигунів — двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Його встановлюють на автомобілі, кораблі, трактори, моторні човни і т. д. у всьому світі налічуються сотні мільйонів таких двигунів. Існують два типи двигунів внутрішнього згорання — бензиновий ДВС і дизель (див. Двигун внутрішнього згоряння) .

Для оцінки теплового двигуна важливо знати, яку частину енергії, що виділяється паливом, він перетворює в корисну роботу. Чим більше ця частина енергії, тим двигун економічніший.

Для характеристики економічності вводиться поняття коефіцієнта корисної дії (ККД) .

ККД теплового двигуна — це ставлення тієї частини енергії, яка пішла на здійснення корисної роботи двигуна, до всієї енергії, що виділилася при згорянні палива.

Перший дизель (1897) мав ККД 22%. Парова машина Уатта (1768 р.) — 3-4%, сучасний стаціонарний дизель має ККД 34-44%.

Розробка уроку фізики двигун внутрішнього згоряння з презентацією розробка уроку фізики двигун внутрішнього згоряння. Презентацію на тему двигун внутрішнього згоряння повідомлення на тему кипіння. Презентація на тему двигун внутрішнього згоряння.

Короткий опис статті: двигуни внутрішнього згоряння Двигуни внутрішнього згоряння презентація Двигуни внутрішнього згоряння презентація

Джерело: Двигуни внутрішнього згоряння презентація

Також ви можете прочитати