Характеристика двигателей внутреннего сгорания

Содержание

Введение…………………………………………………………………...…3

История развития ДВС в 20 веке…………………………………………...5

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания…………………10

Заключение…………………………………………………………………15

Список использованной литературы……………………………………...16

Введение

XX век - это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами земной атмосферы, летают ракеты и искусственные Спутники Земли. Все это действует не без помощи электричества.

Человек начал свое развитие с присвоения готовых продуктов природы. Уже на первом этапе развития он стал применять искусственные орудия труда.

С развитием производства начинают складываться условия для возникновения и развития машин. Сначала машины, как и орудия труда лишь помогали человеку в его труде. Затем они стали постепенно заменять его.

В феодальный период истории впервые в качестве источника энергии была использована сила водяного потока. Движение воды вращало водяное колесо, которое в свою очередь приводило в действие различные механизмы. В этот период появилось множество разнообразных технологических машин. Однако широкое распространение этих машин часто тормозилось из-за отсутствия рядом водяного потока. Нужно было искать новые источники энергии, чтобы приводить в действие машины в любой точке земной поверхности. Пробовали энергию ветра, но это оказалось малоэффективным.

Стали искать другой источник энергии. Долго трудились изобретатели, много машин испытали - и вот, наконец , новый двигатель был построен . Это был паровой двигатель. Он приводил в движение многочисленные машины и станки на фабриках и заводах.В начале XIX века были изобретены первые сухопутные паровые транспортные средства -паровозы.

Но паровые машины были сложными, громоздкими и дорогими установками. Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был другой двигатель - небольшой и дешевый. В 1860 г. француз Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший практическое применение двигатель внутреннего сгорания .

История развития ДВС в 20 веке

Каждый из нас знаком с автомобилем, трактором, тепловозом, другими транспортными и энергетическими установками. Трудно представить себе вашу жизнь без этих привычных машин. Энергетические качества таких машин (способность быстро перемещаться, транспортировать грузы, совершать различные виды работ) определяется качествами их силовой установки, двигателя, ДВС.

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.[1]

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 XX веке ДВС стал основным двигателем в автомобильном транспорте. В 70-х годах почти 80 % суммарной мощности всех существовавших ДВС приходилось на транспортные машины (автомобили, трактора и пр.). Параллельно шло совершенствование гидротурбин, применявшихся на гидроэлектростанциях. Их мощность в 70-х годах XX века превысила 600 МВт.

В первой половине XX века. создали новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 50-х и ядерные силовые установки. Процесс совершенствования и изобретения первичных двигателей продолжается.

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.

В 1899 г. в Петербурге создан первый в мире экономичный и работоспособный двигатель с воспламенением от сжатия. Протекание рабочего цикла в этом двигателе отличалось от двигателя, предложенного немецким инженером Р. Дизелем, который предполагал осуществить цикл Карно со сгоранием по изотерме. В России в течение короткого времени была усовершенствована конструкция нового двигателя — бескомпрессорного дизеля, и уже в 1901 г. в России были построены бескомпрессорные дизели конструкции Г. В. Тринклера, а конструкции Я. В. Мамина — в 1910 г.[2]

Русский конструктор Е. А. Яковлев спроектировал и построил моторный экипаж с керосиновым двигателем.

Успешно работали над созданием экипажей и двигателей русские изобретатели и конст­рукторы: Ф. А. Блинов, Хайданов, Гурьев, Махчанский и многие Другие. [3]

Основными критериями при конструировании и производстве двигателей вплоть до 70-х годов XX в. оставалось стремление к повышению литровой мощности, а следовательно, и к получению наиболее компактного двигателя. После нефтяного кри­зиса 70 — 80 гг. основным требованием стало получение максимальной экономичности. Последние 10 — 15 лет XX в. главными критериями для любого двигателя стали постоянно растущие требования и нормы по экологической чистоте двигателей и прежде всего по коренному снижению токсичности отработавших газов при обеспечении хорошей экономичности и высокой мощности.

Карбюраторные двигатели, долгие годы не имевшие конкурентов по компактности и литровой мощности, не отвечают сегодня экологическим требованиям. Даже карбюраторы с электронным управлением не могут обеспечить выполнение современных требований по токсичности отработавших газов на большинстве рабочих режимов двигателя. Эти требования и жесткие условия конкуренции на мировом рынке достаточно быстро изменили типаж силовых установок для транспортных средств и прежде всего для легкового транспорта. Сегодня различные системы впрыска топлива с различными системами управления, включая электронные, практически полностью вытеснили использование карбюраторов на двигателях легковых автомобилей.[4]

Коренная перестройка двигателестроения крупнейшими автомобильными компаниями мира в последнее десятилетие XX в. совпала с третьим периодом торможения российского двигателестроения. Из-за кризисных явлений в экономике страны отечественная промышленность не смогла обеспечить своевременный перевод двига­телестроения на выпуск новых типов двигателей. Вместе с тем Россия имеет хороший научно-исследовательский задел по созданию перспективных двигателей и квалифицированные кадры специалистов, способных достаточно быстро реализовать имеющийся научный и конструкторский задел в производстве. За последние 8 — 10 лет разработаны и изготовлены принципиально новые опытные образцы двигателей с регулируемым рабочим объемом, а также с регулируемой степенью сжатия. В 1995 г. разработана и внедрена на Заволжском моторном заводе и на Нижне-Новгородском автозаводе микропроцессорная система управлением топливоподачей и зажиганием, обеспечивающая выполнение экологических норм ЕВРО-1. Разработаны и изготовлены образцы двигателей с микропроцессорной системой управления топливоподачей и нейтрализаторами, удовлетворяющие экологические требования ЕВРО-2. В этот период учеными и специалистами НАМИ разработаны и созданы: перспективный турбокомпаундный дизель, серия дизельных и бензиновых экологически чистых двигателей традиционной компоновки, двигатели, работающие на водородном топливе, плавающие транспортные средства высокой проходимости с щадящим воздействием на грунт и т. п.

Самым распространённым, получившим господствующее применение сегодня, является поршневой двигатель внутреннего сгорания. Он предпочтителен из-за высокой экономичности, что обусловлено высокими степенями сжатия и высокими температурами рабочего тела в цилиндрах ДВС.[5]

Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохраняться в ближайшей перспективе. Основные конкуренты поршневых двигателей — газотурбинные и электрические, солнечные и реактивные силовые установки — пока еще не вышли из этапа создания экспериментальных образцов и небольших опытных партий, хотя работы по их доводке и совершенствованию в качестве автотракторных двигателей продолжаются во многих компаниях и фирмах всего мира.

Современному ДВС присущи высокая мощность, быстроходность, надежность. Эти достоинства обеспечиваются при проектировании конструктором, тепловыми, гидродинамическими и прочностными расчетами ДВС. Расчетами также определяется срок службы каждой детали ДВС в конкретных условиях работы, которые могут оказаться тяжелыми. Достаточно сказать, что температура рабочего тела в камере сго­рания двигателя внутреннего сгорания может достигать 2600° K, а давление при этом нередко превышает 10 Мн/м2. Детали и механизмы ДВС испытывают тепловые и механические нагрузки, характеризующиеся значительным размахом и частотой колебаний.

Над совершенствованием и созданием новых схем и типов двигателей внутреннего сгорания работают многие ученые, конструкторы и инженеры. Ведутся работы по созданию всеядных (многотопливных) двигателей внутреннего сгорания, двигателей внутреннего сгорания, способных работать на газообразном, жидком и даже твердом топливе. Повышается актуальность работ по изысканию и созданию новых видов топлива для ДВС.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания

Создание автомобилей с учетом требований экологии—одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами.

Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ.

Для экономии топлива создаются различные типы зажигания. Инженеры югославского объединения «Электронска индустрия» создали электронную систему со сроком службы 30 тыс. ч. Кроме прочего, она регулирует расход горючего. А одна из английских фирм использовала плазменный вариант, обеспечивающий легкое воспламенение бедной горючей смеси. Автомобиль, оборудованный такой системой, расходует всего 2 л на 100 км пробега.

Разработаны и другие методы экономии. Французская фирма «Рено» экспериментирует с автомобильными газогенераторами. Сырьем для них служат древесина, солома, стебли кукурузы и другие растительные остатки. При сжигании полученного газа в смеси с дизельным топливом последнего нужно в 3—4 раза меньше.

Чистота «дыхания» машины во многом зависит от карбюратора. Около 75% этих приборов, устанавливаемых на отечественных легковых автомобилях, производят в Димитровграде.[6]

Перед создателями карбюратора «Озон» стояла задача: до­биться более оптимальных смесей на различных режимах работы двигателя. Это значило сократить расход топлива, а следовательно, снизить токсичность выхлопных газов.

С 1979 г. все автомобили, сходящие с ВАЗа, оснащаются карбюраторами «Озон». Такие карбюраторы обеспечивают действующие и перспективные нормы токсичности выхлопных газов и дают 10—15% экономии топлива по ездовому циклу. Производственное объединение «ГАЗ» (Горьковский автозавод) выпускает новую модель легковых автомобилей «Волга» ГАЗ-3102. Эта машина элегантнее, комфортабельнее и мощнее своей предшественницы, но главное в том, что у нее двигатель с принципиально новой системой воспламенения рабочей смеси. Эта система — форкамерное зажигание — разработана советскими специалистами на основе явления высокой химической активности продуктов неполного сгорания богатой углеводородами смеси.

Новый способ зажигания называется процессом лавинной ак­тивизации горения или сокращенно ЛАГ-процессом. Суть его в том, что в основную камеру сгорания бензино-воздушной смеси выбрасывается из вспомогательной форкамеры факел химически активных продуктов неполного сгорания этой смеси.

Форкамерный двигатель при высокой своей мощности обе­спечивает высокую экономичность в потреблении топлива и исключительно низкую токсичность отработавших газов.

Нейтрализаторы. Большое внимание придается разработке устройства снижения токсичности—нейтрализаторов, которыми можно оснастить современные автомобили. Способ каталитического преобразования продуктов сгорания заключается в том, что отработавшие газы очищаются, вступая в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомобилей.

Катализатором служат либо гранулы размером от 2 до 5 мм, на поверхности которых нанесен активный слой с добавками благородных металлов—платины, палладия и т. п., либо керамический блок сотового типа с подобной активной поверхностью. Конструкция нейтрализатора весьма проста. В металлическую оболочку с патрубками для подвода и отвода газа заключена реакторная камера, которая заполняется гранулами или керамическим блоком. Нейтрализатор крепят к выхлопной трубе, и газы, прошедшие через него, выбрасываются в атмосферу очищенными. Одновременно устройство может выполнять функции глушителя шума.[7]

В СССР налажено производство нейтрализатора для дизельных двигателей. В 1979 г. на городские трассы вышли первые «Волги», оборудованные необычной «ловушкой для дыма» — каталитическими нейтрализаторами, которые резко снижают токсичность выхлопных газов автомобиля. Эффект от использования нейтрализаторов достигается внушительный: при оптимальном режиме выброс в атмосферу оксида углерода уменьшается на 70—80%, а углеводородов—на 50—70%.

Большое количество машин в Москве работает с нейтрализа­торами, позволяющими очищать отработанные газы автомобилей от окиси углерода и углеводорода.

Специалистами Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института разработано устройство, которое значительно снижает содержание токсичных веществ в выхлопных газах,— «Каскад». В условиях городского движения «Каскад» обеспечивает снижение расхода топлива на 4—7% и уменьшает выброс окиси углерода на 20—40%. «Каскад» может быть уста­новлен как на находящихся в эксплуатации автомобилях, так и на вновь выпускаемых.[8]

Самый важный показатель качества автомобильного бензина—детонационная стойкость. Для повышения октанового числа в топливо вводят добавки. Самый простой метод повышения детонационной стойкости—добавление тетраэтилсвинца. В большинстве стран уже приняты или - разрабатываются законодательные меры, ограничивающие и дозы этилирования, и объем потребления этилированных бензинов. В СССР применение этилированных бензинов запрещено в Москве, Ленинграде, Киеве и в некоторых курортных центрах. Ограничена и величина добавки тетраэтилсвинца.

Перед учеными и инженерами возникла задача — погасить де­тонацию иными способами. Это можно сделать, скажем, обеднив топливно-воздушную смесь, но тогда на полных мощностях двигатель работал плохо. Добавляли к бензовоздушным смесям водород—получалось неплохо. Но пока широкое применение водорода требует большой подготовительной работы. Оставался один путь—найти иные, менее токсичные антидетонаторы. В поисках их ученые опробовали почти все элементы таблицы Менделеева и вынуждены были признать, что немногие из них могут быть использованы для этих целей. По многим причинам в числе основных претендентов оказались соединения марганца.

В нашей стране работы, связанные с созданием антидетонато­ров на основе элементоорганических соединений марганца (ЦТМ), ведутся под руководством академика А. Н. Несмеянова. Уже выполнен обширный комплекс моторных и эксплуатационных испытаний, а общий пробег автомобилей различных марок на топливах с присадками ТЦМ составил около 30 млн. км. Оказалось, что бензин с этими присадками обеспечивает нормальную эксплуатацию автомобилей в диапазоне пробега 60—100 тыс. км. Каталитические нейтрализаторы отработавших газов при этом работают безотказно. А токсичность выхода остается на уровне обычных бензинов.

Значительно улучшить состав выхлопных газов можно с помощью различных добавок к топливу. Ученые разработали присадку, которая снижает содержание сажи в выхлопных газах на 60—90% и канцерогенных веществ—на 40%.

В последнее время на нефтеперерабатывающих предприятиях страны широко внедряется процесс каталитического риформинга низкооктановых бензинов. Отличие данной установки от действующих на других заводах заключается в том, что она позволяет эффективнее облагораживать горючее. В результате можно выпускать неэтилированные, малотоксичные бензины. Поэтому они считаются относительно чистыми. Использование их снижает за­грязненность атмосферного воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей, сокращает расход топлива.

Заключение

Итак, мы видим, что двигатели внутреннего сгорания - очень сложный механизм. И Функция, выполняемая тепловым расширением в двигателях внутреннего сгорания не так проста, как это кажется на первый взгляд. Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расширения газов. И в этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подробно принцип работы ДВС, их рабочие циклы - вся их работа основана на использовании теплового расширении газов. Но ДВС - это только одно из конкретных применений теплового расширения. И судя по тому, какую пользу приносит тепловое расширение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно судить о пользе данного явления в других областях человеческой деятельности.

И пускай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у них есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не загрязняющие внутреннюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на новый уровень развития, а, пройдя его, человечество поднялось еще выше.

Список использованной литературы

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

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

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

4. Физика 8 класс, Москва. Издательство Дрофа. 2002.

5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001.

6. Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001.

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

[2] Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001.

[3] . Бородин Н.Г. Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968.

[4] Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001.

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

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

[7] Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001.

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