Двигун внутрішнього згоряння

Реферат: Двигун внутрішнього згоряння, Xreferat.ru, Банк рефератів

20.07.2015

Двигун внутрішнього згоряння

Реферат з фізики на тему:

ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

ПІДГОТУВАЛИ: УЧНІ КЛАСУ

ПІД КЕРІВНИЦТВОМ:

Казань 2004.

Внутрішньою енергією володіють всі тіла – земля, камені, хмари. Однак витягти їх внутрішню енергію досить важко, а часом і неможливо. Найбільш легко на потреби людини може бути використана внутрішня енергія лише деяких, образно кажучи, «горючих» і «гарячих» тел. До них відносяться: нафта, вугілля, гарячі джерела поблизу вулканів, теплі морські течії і т. п. Розглянемо один із прикладів використання перетворення внутрішньої енергії названих тіл в механічну енергію. Застосування двигунів внутрішнього згоряння надзвичайно різноманітне: вони приводять у рух літаки, теплоходи, автомобілі, трактори, тепловози. Потужні двигуни внутрішнього згорання встановлюють на річкових і морських суднах.

По роду палива Двигуни внутрішнього згоряння поділяються на двигуни рідкого палива і газові. За способом заповнення циліндра свіжим зарядом — на 4-тактний і 2-тактний. За способом приготування горючої суміші палива і повітря — на двигуни з зовнішнім і внутрішнім сумішоутворенням. Існують: рідинні і газові, із зовнішнім (карбюраторні двигуни) і внутрішнім (дизелі) сумішоутворенням, поршневі і турбінні, реактивні та комбіновані Двигуни внутрішнього згоряння.

В Двигуні внутрішнього згоряння із зовнішнім сумішоутворенням (карбюраторні двигуни) запалювання робочої суміші в циліндрі проводиться електричною іскрою. У двигунах з внутрішнім сумішоутворенням (дизелях) паливо самозаймається при упорскуванні його в стиснене повітря, нагрітий до високої температури.

Потужність, економічність та інші характеристики двигунів постійно поліпшуються, основний принцип дії залишається незмінним.

В двигуні внутрішнього згоряння паливо згорає всередині циліндрів і теплова енергія, що виділяється при цьому, перетвориться в механічну роботу.

Робочим циклом називається сукупність процесів, що періодично повторюються в певній послідовності в циліндрі. В чотиритактному двигуні робочий цикл відбувається за чотири такту: впускання, стиснення, робочий хід (згоряння і розширення) і випуск, або, інакше кажучи, за два оберти колінчастого вала.

Такт – це процес, що відбувається в циліндрі за один хід поршня.

Хід поршня S — шлях, прохідний поршень від однієї мертвої точки до іншої.

Мертвими точками називаються крайні верхнє і нижнє положення поршня, де його швидкість дорівнює нулю. Верхня мертва точка скорочено позначається в. м. т. нижня мертва точка – н. м. т.

Робочий об’єм циліндра Vр — об’єм, що звільняється поршнем при русі від в. м. т. до н. м. т.

Літраж – робочий об’єм усіх циліндрів двигуна.

Об’єм камери згоряння Vc — обсяг, що утворюється над поршнем, коли останній перебуває у в. м. т.

Повний об’єм циліндра Vп — це його робочий об’єм плюс об’єм камери згоряння.

Індикаторна потужність – потужність, що розвивається розширюються газами при згорянні палива в циліндрах двигуна (без урахування втрат).

Ефективна потужність – потужність, що отримується на маховику колінчастого вала. Вона на 10 – 15% менше індикаторної з-за втрат на тертя в двигуні і приведення в рух його допоміжних механізмів і приладів.

Літрової потужністю називається найбільша ефективна потужність, що отримується з одного літра робочого об’єму (літражу) циліндрового двигуна.

Робочий цикл чотиритактного двигуна здійснюється за 4 ходи поршня (такти), тобто за 2 оберти колінчастого валу.

Перший такт – впуск. При русі поршня від в. м. т. (вниз) внаслідок збільшення об’єму в циліндрі створюється розрідження, під дією якого з карбюратора через що відкривається впускний клапан в циліндр поступає горюча суміш (парів бензину з повітрям). У циліндрі горюча суміш змішується з що залишилися в ньому від попереднього робочого циклу відпрацьованими газами і утворює робочу суміш.

Другий такт – стиснення. Поршень рухається вгору, при цьому обидва клапани закриті. Так як обсяг в циліндрі зменшується, то відбувається стиск робочої суміші.Суміш стискається до тиску 0,8-2 Мн./м2 (8-20 кгс/см2) температура суміші в кінці стиснення складає 200-400°C.

Третій такт – робочий хід. В кінці такту стиснення робоча суміш запалюється електричною іскрою і швидко згоряє (за 0,001 – 0,002 ). При цьому відбувається виділення великої кількості тепла і гази, розширюючись, створюють сильний тиск на поршень, переміщаючи його вниз. Сила тиску газів від поршня передається через поршневий палець і шатун на колінчастий вал, створюючи на ньому певний момент, що крутить. Таким чином, під час робочого ходу відбувається перетворення теплової енергії в механічну роботу.

Четвертий такт – випуск. Після здійснення корисної роботи поршень рухається вгору і виштовхує відпрацьовані гази назовні через що відкривається випускний клапан.

З робочого циклу двигуна видно, що корисна робота відбувається тільки протягом робочого ходу, а інші три такту є допоміжними. Для рівномірності обертання колінчастого вала на його кінці встановлюють маховик, що володіє значною масою. Маховик отримує енергію при робочому ході, і частина її віддає на здійснення допоміжних тактів.

Існує також двотактний Двигун внутрішнього згоряння. Робочий цикл двотактного карбюраторного Двигуна внутрішнього згоряння здійснюється за два ходи поршня або за один оборот колінчастого валу. Процеси стиску, згоряння і розширення практично аналогічні відповідним процесам чотиритактного Двигуна внутрішнього згоряння. При рівних умовах двотактний двигун повинен бути в два рази більш потужним, ніж чотиритактний, т. к. робочий хід в двотактному двигуні відбувається в два рази частіше, однак на практиці потужність двотактного карбюраторного Двигуна внутрішнього згоряння часто не тільки не перевищує потужність чотиритактного з тим же діаметром циліндра і хід поршня, але виявляється навіть нижче. Це обумовлено тим, що значна частина ходу (20-35%) поршень здійснює при відкритих вікнах, коли тиск в циліндрі невелика і двигун практично не виробляє роботи; продувка циліндра вимагає витрат потужності на стиск повітря в продувному насосі; очищення простору циліндра від продуктів згоряння газів і наповнення його свіжим зарядом значно гірше, ніж в чотиритактному Двигуні внутрішнього згоряння.

з метою отримання більшої потужності і рівномірного обертання колінчастого вала двигуни роблять багатоциліндрові. Так, в чотирициліндровому двигуні за два оберти колінчастого вала виходить не один, а чотири робочих ходу.

Робочий цикл карбюраторного Двигуна внутрішнього згорання може бути здійснений при дуже великій частоті обертання вала (3000-7000 об/хв). Двигуни гоночних автомобілів і мотоциклів можуть розвивати 15 000 об/хв і більше. Нормальна горюча суміш, що складається приблизно з 15 частин повітря (за масою) і 1 частини парів бензину. Двигун може працювати на збідненій суміші (18. 1) або збагаченої суміші (12. 1). Занадто багата або занадто бідна суміш викликає сильне зменшення швидкості згоряння і не може забезпечити нормального протікання процесу згоряння. Регулювання потужності карбюраторного Д. в. с. здійснюється зміною кількості суміші, що подається в циліндр (кількісне регулювання). Велика частота обертання та вигідні співвідношення палива і повітря в суміші забезпечують отримання великої потужності у одиниці об’єму циліндра карбюраторного двигуна, тому ці двигуни мають порівняно невеликі габарити і масу [ 1-4 кг/квт ( 0,75-3 кг/л. с.)]. Застосування низьких ступенів стиснення обумовлює помірні тиску наприкінці згоряння, внаслідок чого деталі можна робити менш масивними, ніж, наприклад, в дизелях. При збільшенні діаметра циліндра карбюраторного Двигуна внутрішнього згоряння зростає схильність двигуна до детонації, тому карбюраторні Двигуни не роблять з великими діаметрами циліндрів (як правило, не більше 150 мм ). Мотоциклетні карбюраторні двотактні і чотиритактні Двигуни внутрішнього згоряння мають потужність від 3,5 до 45 кВт (від 5 до 60 л. с.). Авіаційні поршневі двигуни з безпосереднім уприскуванням бензину і іскровим запалюванням розвивають до 1100 кВт (1500 л. с.) і більше.

Створили двигун внутрішнього згоряння в середині 19 століття, коли на транспорті безроздільно панувала парова машина. В той час для освітлення вулиць стали застосовувати світильний газ. Властивість нового палива наштовхнула на думку винахідників, що поршень в циліндрі може переміщати не пар, а газова суміш. На питання про те, як запалити цю суміш допоміг відповісти ще одне технічне досягнення – індукційна котушка отримання електричної іскри.

Перший двигун, який працював світильному газі, винайшов у 1860 році французький механік Етьєн Ленуар (1822-1900). Робочим паливом в його двигуні служила суміш світильного газу (горючі гази в основному метан і водень) і повітря. Конструкція мала всі основні риси майбутніх автомобільних двигунів: дві свічки запалювання, циліндр з поршнем двосторонньої дії, двотактний робочий цикл. І все ж конструкція Е. Ленуара була лише прообразом реального двигуна, вона вимагала серйозного вдосконалення. Досить сказати, що її коефіцієнт корисної дії складав всього 0.04, тобто Лише 4% теплоти згорілого газу витрачалося на корисну роботу, а решта 96% йшли з відпрацьованими газами. Нагрівали корпус і т. п. Надійно працювали свічки випускний золотник, для охолодження двигуна потрібно дуже багато води. У 1862 р. Французький інженер Альфонс Бо Де Роша (1815-1891) запропонував ідею чотиритактного двигуна: обов’язковим моментом роботи останнього ставало стиснення робочої суміші газу з повітрям. Проте здійснити свою ідею Бо Де Роша не зумів. Такий двигун створив у 1876 р. Службовець з Кельна (Німеччина)Ніколаус Август Отто (1832-1891). Над його конструкцією винахідник напружено працював і добився більш високого ККД, ніж у існуючих тоді парових машин.

протягом кількох роківБенцу і Даймлеру довелося займатися удосконаленням двигуна. В результаті за підтримки заможних людей Карл Бенц навіть побудував невеликий завод по виробництву газових двигунів. В пошуках більш ефективних, ніж світильний газ, автомобільного палива Готліб Даймлер зробивши 1881р. Поїздку на південь Росії, де ознайомився з процесами переробки нафти. Один з її продуктів, легкий бензин, виявився якраз таким джерелом енергії, який шукав винахідник: бензин добре випаровується, швидко і повністю згорає, зручний для транспортування.

В 1883р. Даймлер запропонував конструкцію двигуна, який міг працювати і на газі і на бензині; всі наступні автомобільні двигуни Даймлера були розраховані тільки на рідке паливо. Перехід від газу до бензину дозволив у кілька разів збільшити обороти колінчастого валу, довівши його до 900об./хв ; майже вдвічі зросла питома потужність двигуна (т. е. припадає на 1 л сумарного-робітника-обсягу його циліндрів). Робота першопрохідців завжди вимагає ентузіазму і сміливості. Нагорода за їхню наполегливість стає вдячність нащадків. Перша самохідна коляска Бенца з бензиновим мотором була триколісній. Даймлур починав з двоколісного «моторного велосипеда».

Винаходу Даймлера та Бенца співвітчизники зустріли холодно. Добропорядних городян турбував тріск бензинових двигунів; «знавці» стверджували до того ж, що мотор «безжального екіпажу» неодмінно вибухне. У підсумку Даймлеру довелося випробувати свій автомобіль по ночах на заміських дорогах. А Бенца поліція зобов’язала вперед повідомляти свій маршрут і місця зупинок, щоб привести в готовність пожежні команди.

Для того щоб продемонструвати безпеку поїздок на автомобілі, фрау Берта Бенц потайки від чоловіка зробила разом із синами дальній(180км) автомобільний пробіг. У цій поїздці сміливої автомобілістці доводилося прочищати трубу подачі палива капелюшної шпилькою і ізолювати електричний провід гумової панчішної підв’язкою.

Незважаючи на явні переваги двигуна внутрішнього згоряння,до кінця 19 століття парові і електричні вважалися більш перспективними, ніж газові і бензинові. У США, наприклад, випущених до 1899р. механічних екіпажів 40% становив «паромобили», 38% -«електромобілі» 22% -«бензиномобили».

Двигуни внутрішнього згоряння мають нетрадиційної організацією робочого процесу і поєднують переваги бензинових двигунів (висока питома потужність, мала питома вага, висока частота обертання) і дизелів (висока економічність). Високі питомі параметри такого двигуна з іскровим запалюванням забезпечуються реалізацією оптимальних параметрів робочого процесу, до яких відносяться: ступінь стиснення 11-13 і кількісно-якісне регулювання потужності, що допускає підвищення коефіцієнта надлишку повітря на часткових навантаженнях.

Карбюраторний двигун. Цей двигун – одна з різновидів двигунів внутрішнього згоряння. Це назва підкреслює, що, по-перше, згоряння палива відбувається всередині двигуна, а по-друге, істотною його деталлю є карбюратор – пристрій для змішування бензину з повітрям в потрібних пропорціях.

Карбюраторні Двигуни внутрішнього згоряння являють собою складний агрегат, що включає ряд вузлів і систем.

Остов двигуна — група нерухомих деталей, які є базою для всіх інших механізмів і систем. До остова належать блок-картер, головка (головки) циліндрів, кришки підшипників колінчастого вала, передня і задня кришки блок-картера, а також масляний піддон і ряд дрібних деталей.

Механізм руху — група рухомих деталей, що сприймають тиск газів у циліндрах і перетворюють це тиск в крутний момент на колінчастому валу двигуна. Механізм руху включає в себе поршневу групу (поршні, шатуни, колінчастий вал і маховик).

Механізм газорозподілу служить для своєчасного впуску горючої суміші в циліндри і випуску відпрацьованих газів. Ці функції виконують кулачковий (розподільчий) вал, що приводиться в рух від колінчастого вала, а також штовхачі, штанги і коромисла, що відкривають клапани. Клапани закриваються клапанними пружинами.

Система змащення — система агрегатів і каналів, що підводять мастило до частин, що труться поверхонь. Масло, що знаходиться в масляному піддоні, подається насосом у фільтр грубої очистки і далі через головний масляний канал у блок-картері під тиском надходить до підшипників колінчастого і кулачкового валів, до шестерням і деталей механізму газорозподілу. Змащення циліндрів, штовхачів та інших деталей проводиться масляним туманом, що утворюється при розбризкуванні масла, що випливає з зазорів в підшипниках обертових деталей. Частина масла відводиться по паралельних каналах у фільтр тонкого очищення, звідки зливається назад в піддон.

Система охолодження може бути рідинної та повітряної. Рідинна система складається з сорочок циліндрів і головок, заповнених охолоджувальною рідиною (водою, антифризом і т. п.), насоса, радіатора, в якому рідина охолоджується потоком повітря, створюваним вентилятором, і пристроїв, що регулюють температуру води. Повітряне охолодження здійснюється обдувом циліндрів і головок вентилятором або потоком повітря (на мотоциклах).

Система живлення здійснює приготування горючої суміші палива і повітря в пропорції, що відповідає режиму роботи, і в кількості, що залежить від потужності двигуна.

Прикладом карбюраторного Двигуна внутрішнього згорання може служити двигун ГАЗ-21 «Волга». Це чотирициліндровий чотиритактний двигун, що розвиває потужність 55 кВт (75 к. с.) 4000 об/хв і ступеня стиснення 6,7. Питома витрата палива на найбільш економічному режимі становить 290 г; (кВт.ч).

Найбільша потужність чотиритактного карбюраторного Двигуна внутрішнього згоряння 600 кВт (800 л. с.)

Дизельний двигун. У 1892 р. німецький інженер Р. Дизель отримав патент (документ, що підтверджує винахід) на двигун, згодом названий його ім’ям.

Рудольф Дизель (18 березня 1858, Париж — 29 вересня 1913, протока Ла-Манш)

Народився в німецькій родині, що емігрувала у Францію. У 1870 через що почалася Франко-прусської війни всю сім’ю вислали в Англію. Для отримання освіти Рудольфа батьки відправили до Німеччини, спочатку в Аугсбурзі, а потім у Мюнхені у Вищу технічну школу, яку він закінчив з відзнакою. Великою удачею для нього стало заступництво відомого інженера Карла фон Лінде, який влаштував Дизеля в 1880 на роботу в паризьке відділення своєї фірми. Довгі роки Рудольф працював над створенням двигуна, в якому повітря повинен стискалося таким чином, щоб при з’єднанні його з паливом створювалася б необхідна для займання температура. У 1890 Дизеля перевели в берлінське відділення фірми. Тут він представив розрахунки і теоретичне обґрунтування своєї ідеї і в 1892 отримав патент. У 1897 був продемонстрований двигун потужністю 25 л. с. Високоефективний двигун зацікавив фірму Круппа, машинобудівні заводи Аугсбурга і багатьох інших. До Рудольфа Дизеля прийшов комерційний успіх, але через деякий час ліцензійні відрахування (ройялти) припинилися через конструкторських прорахунків, усунених вже іншими винахідниками. Рудольф Дизель загинув, мабуть, під час аварії поштового пароплава «Дрезден» в протоці Ла-Манш (за іншою версією, покінчив життя самогубством із-за фінансових невдач).

В циліндри двигуна Дизеля потрапляє не суміш бензину і повітря, як у карбюраторних двигунах, а тільки повітря. Поршень, стискаючи це повітря, чинить над ним роботу і, згідно з першим законом термодинаміки, внутрішня енергія повітря зростає. Газові двигуни, що використовують природні гази, що застосовуються на стаціонарних електростанціях, компресорних газоперекачувальних установках і т. п. Зріджені бутано-пропанові суміші використовуються для автомобільного транспорту

Економічність роботи Двигунів внутрішнього згоряння характеризується ефективним ККД, який являє собою відношення корисної роботи до кількості тепла, що виділяється при повному згорянні палива, витраченого на отримання цієї роботи. Максимальний ефективний ККД найбільш досконалих Двигунів внутрішнього згоряння близько 44% .

Основною перевагою Двигунів внутрішнього згоряння, так само як і ін. теплових двигунів (наприклад, реактивних двигунів), перед двигунами гідравлічними і електричними є незалежність від постійних джерел енергії (водних ресурсів, електростанцій тощо), у зв’язку з чим установки, обладнані Двигунами внутрішнього згоряння, можуть вільно переміщатися і розміщуватися в будь-якому місці. Це зумовило широке застосування Двигунів внутрішнього згоряння на транспортних засобах (автомобілях, будівельно-дорожніх машинах, самохідної військовій техніці і т. п.).

Удосконалення Двигунів внутрішнього згоряння йде по шляху підвищення їх потужності, надійності і довговічності, зменшення маси і габаритів, створення нових конструкцій. Можна намітити також такі тенденції у розвитку Двигунів внутрішнього згоряння, як поступове заміщення карбюраторних Двигунів дизелями на автомобільному транспорті, застосування багатопаливних двигунів, збільшення частоти обертання та іншими поліпшеннями в конструкції. Над вдосконалення двигуна внутрішнього згоряння працювали і продовжують працювати багато вчені, інженери, випробувачі.

Ось деякі цікаві новини розвитку Двигунів внутрішнього згоряння.

Міністр енергетики США Спенсер Абрахам представив топ-менеджерів американських автоконцернів доповідь про «національному водневому енергетичному графіку». Автори програми пропонують поступово розгортати виробництво водневих двигунів замість традиційних двигунів внутрішнього згоряння. За їхнім задумом, це дозволило б знизити залежність США від імпорту нафти.

Близько року тому Міністерство енергетики США разом з провідними американськими автоконцернами і нафтовими компаніями почав реалізовувати програму з розробки і виробництва автомобільних двигунів на основі водневих паливних осередків. У січні 2002 р. адміністрація Джорджа Буша відмовилася від програми розробки надекономічних автомобілів, оснащених бензиновими двигунами (її почали реалізовувати ще при президенті Клінтоні).

У штаб-квартирі Ford Motor відбулася презентація «національного водневого енергетичного графіка». За словами міністра енергетики США Спенсера Абрахама, який виступив з доповіддю перед представниками автоконцернів і нафтових компаній, впровадження нової технології істотно знизить залежність країни від імпорту нафти з Близького Сходу, а також вирішить проблему парникових газів, що викликають глобальне потепління клімату.

Для вироблення електроенергії в двигунах на паливних осередках використовується продукт хімічної реакції водню і кисню. При цьому, якщо застосовується абсолютно чистий водень, вихлоп автомобіля складається з водяної пари.

Відкриття Двигуна внутрішнього згоряння справило великий вплив

на розвиток багатьох галузей промисловості, сільського господарства

і науки.

Список літератури .

К. С. Шестопалов Пристрій, технічне обслуговування легкового автомобіля. Навчальний посібник. Москва. Видавництво ДОСААФ. 1990.

Короткий опис статті: двигун внутрішнього згоряння ШКОЛА
№9 З ПОГЛИБЛЕНИМ
ВИВЧЕННЯМ
АНГЛІЙСЬКОГО
МОВИ Реферат
з фізики на
тему: ДВИГУН
ВНУТРІШНЬОГО
ЗГОРЯННЯ
ПІДГОТУВАЛИ УЧНІ
КЛАСУ
ПІД КЕРІВНИЦТВОМ: Двигун внутрішнього згоряння

Джерело: Реферат: Двигун внутрішнього згорання — Xreferat.ru — Банк рефератів, творів, доповідей, курсових і дипломних робіт

Також ви можете прочитати