Реферат: Двигатели внутреннего сгорания
Средняяобщеобразовательная школа № 6
Исследовательскаяработа
на тему:
«Двигателивнутреннего сгорания»
Выполнил:
ученик 8класса
МОУ СОШ № 6
Важов Евгений
Руководитель:
Рабцевич И.С.
Оглавление.
1. Введение (цели,задачи, актуальность)
2. Теоретическая часть.
2.1 История открытия.
2.2 Устройство иразновидности двигателей внутреннего сгорания.
3. Вывод.
4. Список литературы.
Введение
Внутреннейэнергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннююэнергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человекаможет 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. Рассмотримодин из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел вмеханическую энергию.
Цели, задачи.
Я поставил перед собойзадачу изучить историю создания и развитие двигателей внутреннего сгорания.Подробнее изучить строение и разновидности двигателей внутреннего сгорания.Рассмотреть принцип работы двигателей внутреннего сгорания.
Актуальность.
Актуальность данной темы заключаетсяв том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизничеловечества.
Применение двигателейвнутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движениесамолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигателивнутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигателивнутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкийКПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своейавтономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшиеэлектрические аккумуляторы)двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.
История создания иразвития.
Двигательвнутреннего сгорания(двс) – тепловой двигатель, в котором химическаяэнергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическуюработу.
Создалидвигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда на транспортебезраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц сталиприменять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей намысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь. Навопрос о том, как воспламенить эту смесь помогло ответить ещё одно техническоедостижение – индукционная катушка получения электрической искры.
Первый практически пригодный газовый Д. в. с. былсконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822-1900) в 1860 г. КПД этого двигателя составляло всего 3,3%. В 1876 немецкий изобретатель Николаус Август Отто(1815-1891) построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнениюс паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устраненоодно звено энергетического преобразования — парокотельный агрегат. Этоусовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу наединицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалосьтопливо лучшего качества (газ, нефть).
В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновыйкарбюраторный двигатель. В 1897 немецкий инженер Рудольф Дизель(1858-1913)получил патент на двигатель, названный впоследствии его именем. Он, работая надповышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия.Усовершенствование этого Д.в.с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне«Русский дизель») в 1898-99 позволило применить в качестве топливанефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарнымтепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с.Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райтпостроить первый самолёт с Д. в. с.Несмотря на явныепреимуществадвигателя внутреннего сгорания,до конца 19 века паровые и электрическиесчитались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, извыпущенных к 1899г. механических экипажей 40% составлял«паромобили», 38%-«электромобили» и лишь 22%-«бензиномобили».
Разновидности и строениедвигателей внутреннего сгорания.
/>
По методу осуществлениягазообмена ДВС подразделяются на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий циклчетырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2оборота коленчатого вала. Первый такт – впуск. Второй такт – сжатие. Третийтакт – рабочий ход. Четвертый такт – выпуск.
Рабочий цикл двухтактногокарбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршняили за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширенияпрактически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного Двигателявнутреннего сгорания. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть вдва раза более мощным, чем четырёхтактный, т. к. рабочий ход в двухтактномдвигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактногокарбюраторного Двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышаетмощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, нооказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительную часть хода(20%-35%) поршень совершает при открытых клапанах, когда давление в цилиндреневелико и двигатель практически не производит работы.
По типу испособу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторныедвигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушнойсреде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха присжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками. Дизели также способныразвивать большую мощность. Кроме того, КПД дизелей достигает 35-40 %,что заметно выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 25-30 %.
Вкарбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе ивоспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой. Примером карбюраторного Двигателя внутреннегосгорания может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга". Эточетырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность 55 кВт (75л.с.) при 4000 об/мин
По способуобразования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешнимсмесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздухвсасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутрицилиндров перед воспламенением.
Внешнеесмесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемыйдвигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителедо попадания горючей смеси в цилиндры.
По способу охлаждения известны двигатели сжидкостным и воздушным охлаждением.
Двигатели сжидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы приколебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовыхмашинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовыежидкости, которые замерзают при более низких температурах (до минус 40оС).
Двигатели с воздушнымохлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренныеповерхности цилиндров.
Основным преимуществомДвигателей внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей(например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими иэлектрическими является независимость от постоянных источников энергии (водныхресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованныеДвигателями внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться влюбом месте. Это обусловило широкое применение Двигателей внутреннего сгоранияна транспортных средствах (автомобилях, строительно-дорожных машинах,самоходной военной технике и т. п.).
Основные составные ДВС.
Двигатели внутреннегосгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.
Остов двигателя — группанеподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. Костову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипниковколенчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддони ряд мелких деталей.
Механизм движения — группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах ипреобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя.Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатыйвал и маховик).
Механизмгазораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры ивыпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый(распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели,штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапаннымипружинами.
Система смазки — системаагрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло,находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки идалее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает кподшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизмагазораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производитсямасляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоровв подшипниках вращающихся деталей.
Система питанияосуществляет 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, топливногофильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.
Система зажигания служитдля образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. Всистему зажигания входят источники тока — генератор и аккумулятор, а такжепрерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В то время, когдаДвигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялисьзапальные калоризаторы.
Система пуска состоит изэлектрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источникатока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления.
Система впуска и выпускасостоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума навыпуске.
Такт – это процесс,происходящий в цилиндре за один ход поршня.
Ход поршня S — путь,проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой.
Мертвыми точкаминазываются крайние верхнее и нижнее положения поршня, где его скорость равнанулю. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в.м.т., нижняя мертваяточка – н.м.т.
Рабочий объем цилиндра Vр — объем, освобождаемый поршнем при движении от в.м.т.до н.м.т.
Литраж – рабочий объемвсех цилиндров двигателя.
Объем камеры сгорания Vc — объем, образующийся над поршнем,когда последний находится в в.м.т.
Полный объем цилиндра Vп — это его рабочий объем плюс объем камеры сгорания.
Индикаторная мощность –мощность, развиваемая расширяющимися газами при сгорании топлива в цилиндрахдвигателя (без учета потерь).
Эффективная мощность –мощность, получаемая на маховике коленчатого вала. Она на 10 – 15% меньшеиндикаторной из-за потерь на трение в двигателе и приведение в движение еговспомогательных механизмов и приборов.
Литровой мощностьюназывается эффективная наибольшая мощность, получаемая с одного литра рабочегообъема (литража) цилиндрического двигателя.
Принцип работы ДВС.
Рабочий циклчетырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2оборота коленчатого вала.
Первый такт – впуск. Придвижении поршня от в.м.т. (вниз) вследствие увеличения объема в цилиндресоздается разрежение, под действием которого из карбюратора через открывающийсявпускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). Вцилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предыдущего рабочегоцикла отработавшими газами и образует рабочую смесь.
Второй такт – сжатие.Поршень движется вверх, при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндреуменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси. Смесь сжимается, температурасмеси в конце сжатия составляет 200-400°C.
Третий такт – рабочийход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой ибыстро сгорает (за 0,001 – 0,002 с). При этом происходитвыделение большого количества тепла и газы, расширяясь, создают сильноедавление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршняпередается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на немопределенный крутящий момент. Таким образом, во время рабочего хода происходитпреобразование тепловой энергии в механическую работу.
Четвертый такт – выпуск.После совершения полезной работы поршень движется вверх и выталкиваетотработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.
Из рабочего цикладвигателя видно, что полезная работа совершается только в течение рабочегохода, а остальные три такта являются вспомогательными. Для равномерностивращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающийзначительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе, и часть ееотдает на совершение вспомогательных тактов.
Рабочий цикл двухтактногокарбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршняили за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширенияпрактически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного.
Сжатие — первый такт. При движении поршнявверх он перекрывает продувочное 1 и выпускное 3 окна и сжимает ранеепоступившую в цилиндр топливовоздушную смесь. Одновременно с этим в кривошипнойкамере 6 создается разрежение, и в нее через открывшееся впускное окно 5поступает свежий заряд топливовоздушной смеси, приготовленной в карбюраторе 4.
Рабочий ход, выпуски впуск — второй такт. Когда поршень, идущийвверх, не доходит до в. м. т. на 25… 27° (по углу поворота коленчатого вала),в свече 2 проскакивает искра, которая воспламеняет топливо. Горение топливапродолжается до прихода поршня в в.м.т. После этого нагретые газы, расширяясь, толкаютпоршень вниз и тем самым совершают рабочий ход (см. рис 2, б). Топливовоздушнаясмесь, находящаяся в это время в кривошипной камере 6, сжимается.
В конце рабочего ходапоршень вначале открывает выпускное окно 3, через которое выходят отработавшиегазы, затем продувочное окно 1 (рис 2, в), через которое из кривошипной камерыв цилиндр поступает свежий заряд топливовоздушной смеси. В дальнейшем все этипроцессы повторяются в такой же последовательности.
/>
/>
Вывод.
В этой исследовательскойработе я изучил историю создания и развития, строение, разновидности и принципработы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этойтеме.
В дальнейшем, используятеоретические знания, создать работающую модель двигателя внутреннего сгорания.
Список литературы.
1. К.С. Шестопалов Устройство, техническое обслуживание легкового автомобиля. Учебное пособие.Москва. Издательство ДОСААФ. 1990.
2. Двигателивнутреннего сгорания, т. 1-3, Москва… 1957.
3. Двигателивнутреннего сгорания, Москва. 1968.
4. Физика 8 класс,Москва. Издательство Дрофа. 2002.
5. Большаяэнциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 (2 cd).
6. Большойсправочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001.