Savivaldybės švietimo įstaiga
6 vidurinė mokykla
Esė apie fiziką šia tema:
Vidaus degimo varikliai. Jų privalumai ir trūkumai.
8 mokinys „A“ klasė
Butrinova Aleksandra
Mokytoja: Shulpina Taisiya Vladimirovna
1. Įvadas………………………………………………………………….. Puslapis 3
1.1.Darbo tikslas
1.2 Užduotys
2. Pagrindinė dalis.
2.1.Vidaus degimo variklių sukūrimo istorija………………. 4 psl
2.2.Bendras vidaus degimo variklių išdėstymas……………… 7 psl
2.2.1. Dviejų ir keturtakčių variklių įtaisas
vidaus degimas;……………………………………….……………..15 psl.
2.3 Šiuolaikiniai vidaus degimo varikliai.
2.3.1. Vidaus degimo variklyje įdiegti nauji konstrukciniai sprendimai;……………………………………………………………………P. 21
2.3.2. Užduotys, su kuriomis susiduria dizaineriai……………………22 p
2.4. Privalumai ir trūkumai, palyginti su kitų tipų vidaus degimo varikliais ………………………………………………………..P.23
2.5. Vidaus degimo variklio taikymas..……………………….P.25
3. Išvada ………………………………………………………………. 26 psl
4. Literatūros sąrašas………………………………………………………….. 27 psl
5. Paraiškos ………………………………………………………………. 28 psl
1. Įvadas.
1.1. Darbo tikslas:
Išanalizuoti mokslininkų atradimą ir pasiekimus vidaus degimo variklio (D.V.S.) išradimo ir taikymo srityje, kalbėti apie jo privalumus ir trūkumus.
1.2. Užduotys:
1. Išstudijuoti reikiamą literatūrą ir parengti medžiagą
2. Atlikti teorinius tyrimus (D.V.S.)
3. Sužinokite, kuris iš (D.V.S.) yra geresnis.
2. Pagrindinė dalis.
2.1 .Vidaus degimo variklio istorija .
Pirmojo vidaus degimo variklio (ICE) projektas priklauso garsiam laikrodžio inkaro išradėjui Christianui Huygensui ir buvo pasiūlytas dar XVII a. Įdomu tai, kad parakas turėjo būti naudojamas kaip kuras, o pačią idėją paskatino artilerijos ginklas. Visi Deniso Papino bandymai sukurti mašiną šiuo principu buvo nesėkmingi. Istoriškai pirmąjį veikiantį vidaus degimo variklį 1859 metais užpatentavo belgų išradėjas Jeanas Josephas Etienne'as Lenoiras (pav. Nr. 1)
Lenoir variklis turi mažą šiluminį efektyvumą, be to, lyginant su kitais stūmokliniais vidaus degimo varikliais, jis turėjo itin mažą galią, paimamą vienam cilindro darbinio tūrio vienetui.
18 litrų variklis išvystė tik 2 arklio galias. Šie trūkumai atsirado dėl to, kad Lenoir variklis nesuspaudžia degalų mišinio prieš uždegimą. Jam vienodos galios Otto variklis (kurio cikle buvo numatytas specialus suspaudimo taktas) svėrė kelis kartus mažiau ir buvo daug kompaktiškesnis.
Net ir akivaizdūs Lenoir variklio pranašumai – palyginti mažas triukšmas (išmetimo beveik atmosferos slėgyje pasekmė) ir žemas vibracijos lygis (tolygesnio galios taktų pasiskirstymo cikle pasekmė) nepadėjo jam atlaikyti konkurencijos. .
Tačiau veikiant varikliams paaiškėjo, kad vienam arklio galiai tenka 3 kubiniai metrai dujų. per valandą vietoje numatomo maždaug 0,5 kub.m. „Lenoir“ variklio naudingumo koeficientas siekė tik 3,3%, o to meto garo mašinos – 10%.
1876 metais Otto ir Langenas antrojoje pasaulinėje Paryžiaus parodoje eksponavo naują 0,5 AG variklį (pav. Nr. 2)
Pav.2 Variklis Otto
Nepaisant šio variklio konstrukcijos netobulumo, primenančio pirmuosius garo-atmosferinius aparatus, jis tuo metu rodė aukštą efektyvumą; dujų sąnaudos buvo 82 kub.m/m. už arklio galias per valandą ir efektyvumą. siekė 14 proc. Per 10 metų smulkiajai pramonei buvo pagaminta apie 10 000 tokių variklių.
1878 m. Otto sukūrė keturtaktį variklį, remdamasis Boudet-Roche idėja. Kartu naudojant dujas kaip kurą, buvo pradėta kurti idėja naudoti benzino garus, benziną, benziną kaip degiojo mišinio medžiagą, o nuo 90-ųjų - žibalą. Degalų sąnaudos šiuose varikliuose siekė apie 0,5 kg arklio galiai per valandą.
Nuo to laiko vidaus degimo variklių (D.V.S.) konstrukcija, pagal veikimo principą, keitėsi gamyboje naudojamos medžiagos. Vidaus degimo varikliai tapo galingesni, kompaktiškesni, lengvesni, bet vis tiek vidaus degimo variklyje iš kiekvienų 10 litrų degalų naudingiems darbams sunaudojama tik apie 2 litrus, likę 8 litrai iššvaistomi. Tai yra, vidaus degimo variklio efektyvumas yra tik 20%.
2. 2. Bendras vidaus degimo variklio išdėstymas.
Kiekvieno D.V.S. yra stūmoklio judėjimas cilindre, veikiamas dujų, susidarančių degant kuro mišiniui, toliau vadinamų darbinėmis, slėgio. Tokiu atveju pats kuras nedega. Dega tik jo garai, susimaišę su oru, kurie yra darbo mišinys vidaus degimo varikliui. Jei padegsite šį mišinį, jis akimirksniu sudegs ir padidės. Ir jei įdėkite mišinį į uždarą tūrį ir vieną sieną padarysite kilnojamą, tada ant šios sienos
atsiras didžiulis slėgis, kuris judins sieną.
Lengvuosiuose automobiliuose naudojamas D.V.S. susideda iš dviejų mechanizmų: švaistiklio ir dujų paskirstymo, taip pat šių sistemų:
mityba;
· užpildytų dujų išleidimas;
· uždegimas;
aušinimas;
lubrikantai.
Pagrindinės vidaus degimo variklio detalės:
Cilindro galvutė
· cilindrai;
· stūmokliai;
· stūmoklių žiedai;
Stūmoklio kaiščiai
· švaistikliai;
· alkūninis velenas;
smagratis
skirstomasis velenas su kumšteliais;
· vožtuvai;
· uždegimo žvakė.
Dauguma šiuolaikinių mažos ir vidutinės klasės automobilių komplektuojami su keturių cilindrų varikliais. Yra didesnio tūrio varikliai – aštuonių ar net dvylikos cilindrų (3 pav.). Kuo didesnis variklis, tuo jis galingesnis ir tuo didesnės degalų sąnaudos.
Vidaus degimo variklio veikimo principą lengviausia apsvarstyti naudojant vieno cilindro benzininio variklio pavyzdį. Toks variklis susideda iš cilindro su vidiniu veidrodiniu paviršiumi, prie kurio prisukama nuimama galvutė. Cilindre yra cilindrinis stūmoklis – stiklas, susidedantis iš galvutės ir gaubto (4 pav.). Stūmoklyje yra grioveliai, kuriuose sumontuoti stūmoklio žiedai. Jie užtikrina tarpo virš stūmoklio sandarumą, neleidžiant po stūmokliu prasiskverbti variklio veikimo metu susidariusioms dujoms. Be to, stūmoklio žiedai neleidžia alyvai patekti į erdvę virš stūmoklio (alyva skirta sutepti vidinį cilindro paviršių). Kitaip tariant, šie žiedai atlieka tarpiklių vaidmenį ir skirstomi į du tipus: kompresinius (tokius, kurie nepraleidžia dujų) ir alyvos grandiklį (neleidžia alyvai patekti į degimo kamerą) (5 pav.).
Ryžiai. 3. Cilindrų išdėstymas įvairaus išdėstymo varikliuose:
a - keturių cilindrų; b - šešių cilindrų; c – dvylikos cilindrų (α – kampo kampas)
Ryžiai. 4. Stūmoklis
Benzino ir oro mišinys, paruoštas karbiuratoriumi arba purkštuvu, patenka į cilindrą, kur jį suspaudžia stūmoklis ir užsidega kibirkštis iš žvakės. Dega ir plečiasi, todėl stūmoklis juda žemyn.
Taigi šiluminė energija paverčiama mechanine energija.
Ryžiai. 5. Stūmoklis su švaistikliu:
1 - švaistiklio mazgas; 2 - švaistiklio dangtis; 3 - švaistiklio įdėklas; 4 - varžto veržlė; 5 - švaistiklio dangtelio varžtas; 6 - švaistiklis; 7 - švaistiklio įvorė; 8 - atraminiai žiedai; 9 - stūmoklio kaištis; 10 - stūmoklis; 11 - alyvos grandiklio žiedas; 12, 13 - suspaudimo žiedai
Po to stūmoklio eiga paverčiama veleno sukimu. Tam stūmoklis, naudojant kaištį ir švaistiklį, pasukamai prijungiamas prie alkūninio veleno švaistiklio, kuris sukasi ant variklio karteryje sumontuotų guolių (6 pav.).
Ryžiai. 6 Alkūninis velenas su smagračiu:
1 - alkūninis velenas; 2 - švaistiklio guolio įdėklas; 3 - patvarūs pusžiedžiai; 4 - smagratis; 5 - smagračio tvirtinimo varžtų poveržlė; 6 - pirmojo, antrojo, ketvirtojo ir penktojo pagrindinių guolių įdėklai; 7 - centrinio (trečiojo) guolio įdėklas
Dėl stūmoklio judėjimo cilindre iš viršaus į apačią ir atgal per švaistiklį, alkūninis velenas sukasi.
Top dead center (TDC) yra aukščiausia stūmoklio padėtis cilindre (tai yra vieta, kur stūmoklis nustoja judėti aukštyn ir yra pasirengęs pradėti judėti žemyn) (žr. 4 pav.).
Žemiausia stūmoklio padėtis cilindre (tai yra vieta, kur stūmoklis nustoja judėti žemyn ir yra pasirengęs pradėti judėti aukštyn) vadinama apatiniu negyvu centru (BDC) (žr. 4 pav.).
Atstumas tarp kraštinių stūmoklio padėčių (nuo TDC iki BDC) vadinamas stūmoklio eiga.
Stūmokliui judant iš viršaus į apačią (iš TDC į BDC), virš jo esantis tūris keičiasi nuo minimalaus iki didžiausio. Mažiausias cilindro tūris virš stūmoklio, kai jis yra ties TDC, yra degimo kamera.
O tūris virš cilindro, kai jis yra BDC, vadinamas darbiniu cilindro tūriu. Savo ruožtu bendras visų variklio cilindrų darbinis tūris, išreikštas litrais, vadinamas variklio darbiniu tūriu. Bendras cilindro tūris yra jo darbinio tūrio ir degimo kameros tūrio suma tuo metu, kai stūmoklis yra BDC.
Svarbi vidaus degimo variklio charakteristika yra jo suspaudimo laipsnis, kuris apibrėžiamas kaip viso cilindro tūrio ir degimo kameros tūrio santykis. Suspaudimo laipsnis parodo, kiek kartų oro ir kuro mišinys, patenkantis į cilindrą, suspaudžiamas, kai stūmoklis juda iš BDC į TDC. Benzininiams varikliams suspaudimo laipsnis yra 6–14, dyzelinių - 14–24. Suspaudimo laipsnis daugiausia lemia variklio galią ir jo efektyvumą, taip pat daro didelę įtaką išmetamųjų dujų toksiškumui.
Variklio galia matuojama kilovatais arba arklio galiomis (dažniau naudojama). Tuo pačiu metu 1 l. Su. lygus maždaug 0,735 kW. Kaip jau minėjome, vidaus degimo variklio veikimas pagrįstas dujų, susidarančių degant oro ir kuro mišiniui cilindre, slėgio jėgos panaudojimu.
Benzininiuose ir dujiniuose varikliuose mišinys uždegamas žvake (7 pav.), dyzeliniuose – suspaudimu.
Ryžiai. 7 Uždegimo žvakė
Kai dirba vieno cilindro variklis, jo alkūninis velenas sukasi netolygiai: degimo mišinio degimo momentu jis smarkiai įsibėgėja, o likusį laiką sulėtėja. Siekiant pagerinti sukimosi tolygumą ant alkūninio veleno, išeinančio iš variklio korpuso, pritvirtinamas masyvus diskas - smagratis (žr. 6 pav.). Kai variklis veikia, smagratis sukasi.
2.2.1. Dvitaktis ir keturtaktis įrenginys
vidaus degimo varikliai;
Dviejų taktų variklis yra stūmoklinis vidaus degimo variklis, kuriame darbo procesas kiekviename cilindre vyksta vienu alkūninio veleno apsisukimu, tai yra dviem stūmoklio taktais. Suspaudimo ir eigos taktai dvitakčiame variklyje vyksta taip pat kaip ir keturtakčiuose, tačiau cilindro valymo ir užpildymo procesai yra derinami ir atliekami ne atskirais taktais, o per trumpą laiką, kai. stūmoklis yra netoli apatinės aklavietės (8 pav.).
8 pav. Dviejų taktų variklis
Dėl to, kad dvitakčiuose varikliuose su vienodu cilindrų skaičiumi ir alkūninio veleno apsisukimų skaičiumi darbiniai taktai būna dvigubai dažniau, dvitakčių variklių litrų galia yra didesnė nei keturių. taktiniai varikliai - teoriškai du kartus, praktiškai 1,5-1,7 karto, nes dalį naudingo stūmoklio eigos užima dujų mainų procesai, o pati dujų mainai yra ne tokie tobuli nei keturtakčiuose varikliuose.
Skirtingai nuo keturtakčių variklių, kur išmetamųjų dujų pašalinimas ir naujo mišinio siurbimas vyksta pačiu stūmokliu, dvitakčiuose varikliuose dujų mainai vyksta tiekiant darbinį mišinį arba orą (dyzeliniuose varikliuose). į balioną esant slėgiui, kurį sukuria prapūtimo siurblys, o pats dujų mainų procesas vadinamas - prapūtimu. Išsiurbimo proceso metu grynas oras (mišinys) iš cilindro išstumia degimo produktus į išmetimo organus ir užima jų vietą.
Pagal prapūtimo oro srautų (mišinių) judėjimo organizavimo būdą dvitakčiai varikliai išskiriami su kontūriniu ir tiesioginio srauto prapūtimu.
Keturtaktis variklis yra stūmoklinis vidaus degimo variklis, kuriame darbo procesas kiekviename cilindre baigiamas dviem alkūninio veleno apsisukimais, tai yra keturiais stūmoklio taktais (taktais). Šie ritmai yra:
Pirmas smūgis – įėjimas:
Šio ciklo metu stūmoklis juda iš TDC į BDC. Įsiurbimo vožtuvas atidarytas, o išmetimo vožtuvas uždarytas. Per įleidimo vožtuvą cilindras užpildomas degiu mišiniu, kol stūmoklis yra BDC, tai yra, tolesnis jo judėjimas žemyn tampa neįmanomas. Iš to, kas buvo pasakyta anksčiau, mes jau žinome, kad stūmoklio judėjimas cilindre reiškia švaistiklio judėjimą, taigi ir alkūninio veleno sukimąsi ir atvirkščiai. Taigi, pirmam variklio taktui (stūmokliui pajudėjus iš TDC į BDC), alkūninis velenas sukasi pusę apsisukimo (9 pav.).
9 pav. Pirmas smūgis – siurbimas
Antras žingsnis – suspaudimas .
Karbiuratoriaus ar purkštuko paruoštam oro ir kuro mišiniui patekus į cilindrą, susimaišius su išmetamųjų dujų likučiais ir už jo užsidarius įsiurbimo vožtuvui, jis pradeda veikti. Dabar atėjo momentas, kai darbinis mišinys užpildo cilindrą ir jam nebėra kur dingti: įsiurbimo ir išmetimo vožtuvai yra patikimai uždaryti. Šiuo metu stūmoklis pradeda judėti iš apačios į viršų (iš BDC į TDC) ir bando prispausti darbinį mišinį prie cilindro galvutės. Tačiau, kaip sakoma, jam nepavyks šio mišinio ištrinti į miltelius, nes stūmoklis
negali, bet vidinė cilindro erdvė suprojektuota taip (ir atitinkamai alkūninis velenas yra išdėstytas bei parenkami švaistiklio matmenys), kad virš stūmoklio, esančio ties TDC, visada būtų, jei ne labai didelis, bet laisva erdvė – degimo kamera. Suspaudimo takto pabaigoje slėgis cilindre padidėja iki 0,8–1,2 MPa, o temperatūra siekia 450–500 °C. (10 pav.)
10 pav. Antrasis ciklas – suspaudimas
Trečias ciklas – darbinis smūgis (pagrindinis)
Trečiasis ciklas yra pats svarbiausias momentas, kai šiluminė energija paverčiama mechanine energija. Trečiojo takto pradžioje (o faktiškai suspaudimo takto pabaigoje) degusis mišinys uždegamas žvakės pagalba (11 pav.)
11 pav. Trečiasis ciklas, darbinis taktas.
Ketvirta priemonė – paleidimas
Šio proceso metu įsiurbimo vožtuvas uždaromas, o išmetimo vožtuvas atidarytas. Stūmoklis, judėdamas iš apačios į viršų (iš BDC į TDC), stumia išmetamąsias dujas, likusias cilindre po degimo ir išsiplėtimo per atidarytą išmetimo vožtuvą į išmetimo kanalą (12 pav.)
12 pav. Atleidimas.
Visi keturi ciklai periodiškai kartojami variklio cilindre, taip užtikrinant nuolatinį jo veikimą, ir vadinami darbo ciklu.
2.3 Šiuolaikiniai vidaus degimo varikliai.
2.3.1. Vidaus degimo variklyje įdiegti nauji dizaino sprendimai.
Nuo Lenoir laikų iki šių dienų vidaus degimo variklis patyrė didelių pokyčių. Pasikeitė jų išvaizda, įrenginys, galia. Daugelį metų dizaineriai visame pasaulyje stengėsi padidinti vidaus degimo variklio efektyvumą, naudojant mažiau degalų, kad būtų pasiekta didesnė galia. Pirmasis žingsnis to link buvo pramonės plėtra, atsirado tikslesnės staklės DVS gamybai, įranga, nauji (lengvieji) metalai. Tolesni automobilių gamybos žingsniai priklausė nuo variklių nuosavybės. Pastato automobilyje buvo reikalingi galingi, ekonomiški, kompaktiški, lengvai prižiūrimi, patvarūs varikliai. Laivų statyboje, traktorių gamyboje, ar reikėtų traukos variklių su dideliu galios rezervu (daugiausia dyzeliniai).Aviacijoje galingi, be gedimų, ilgaamžiai varikliai.
Norint pasiekti aukščiau nurodytus parametrus, buvo naudojami aukšti ir žemi sūkiai. Savo ruožtu visuose varikliuose keitėsi suspaudimo laipsniai, cilindrų tūriai, vožtuvų laikas, įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų skaičius viename cilindre, mišinio padavimo į cilindrą būdai. Pirmieji varikliai buvo su dviem vožtuvais, mišinys buvo paduodamas per karbiuratorių, susidedantį iš oro difuzoriaus, droselio vožtuvo ir kalibruoto kuro purkštuko. Karbiuratoriai buvo greitai atnaujinami, prisitaikant prie naujų variklių ir jų darbo režimų. Pagrindinė karbiuratoriaus užduotis yra degiojo mišinio paruošimas ir jo tiekimas į variklio kolektorių. Be to, buvo naudojami kiti metodai, siekiant padidinti vidaus degimo variklio galią ir efektyvumą.
2.3.2. Iššūkiai, su kuriais susiduria dizaineriai.
Technologijų pažanga pasistūmėjo taip toli, kad vidaus degimo varikliai pasikeitė beveik neatpažįstamai. Suspaudimo laipsniai vidaus degimo variklio cilindruose padidėjo iki 15 kg/kv.cm benzininiams varikliams ir iki 29 kg/kv.cm dyzeliniams varikliams. Vožtuvų skaičius išaugo iki 6 cilindre, nuo mažų variklio tūrių jie pašalina galią, kurią anksčiau išskirdavo didelio tūrio varikliai, pavyzdžiui: iš 1600 kub. kub. centimetrų variklio pašalinama 120 AG, iš variklio – 2400 cc. iki 200 AG Atsižvelgiant į visa tai, reikalavimai D.V.S. kasmet didėja. Tai susiję su vartotojo skoniu. Varikliams taikomi reikalavimai, susiję su kenksmingų dujų mažinimu. Šiais laikais EURO-3 standartas buvo įvestas Rusijoje, o EURO-4 standartas – Europos šalyse. Tai privertė dizainerius visame pasaulyje pereiti prie naujo kuro tiekimo, valdymo, variklio veikimo būdo. Mūsų laikais už D.V.S. valdo, valdo, mikroprocesorius. Išmetamosios dujos sudeginamos įvairių tipų katalizatoriais. Šiuolaikinių dizainerių uždavinys yra toks: įtikti vartotojui, sukuriant reikiamų parametrų variklius ir atitikti EURO-3, EURO-4 standartus.
2.4. Privalumai ir trūkumai
palyginti su kitų tipų vidaus degimo varikliais.
Įvertinus D.V.S. privalumus ir trūkumus. su kitų tipų varikliais reikia palyginti konkrečių tipų variklius.
2.5. Vidaus degimo variklio naudojimas.
D.V.S. naudojamas daugelyje transporto priemonių ir pramonėje. Dviejų taktų varikliai naudojami ten, kur svarbus mažas dydis, bet santykinai nesvarbus degalų taupymas, pavyzdžiui, motociklai, mažos motorinės valtys, grandininiai pjūklai ir motorizuoti įrankiai. Keturių taktų varikliai montuojami daugumoje kitų transporto priemonių.
3. Išvada.
Išanalizavome mokslininkų atradimus ir pasiekimus vidaus degimo variklių išradimo klausimu, išsiaiškinome, kokie jų privalumai ir trūkumai.
4. Literatūros sąrašas.
1. Vidaus degimo varikliai, t. 1-3, Maskva.. 1957 m.
2. Fizikos 8 klasė. A.V. Periškinas.
3. Vikipedija (nemokama enciklopedija)
4. Žurnalas „Už vairo“
5. Didelis žinynas, skirtas 5-11 klasių mokiniams. Maskva. Leidykla „Drofa“.
5. Taikymas
1 pav http://images.yandex.ru
2 pav http://images.yandex.ru
3 pav http://images.yandex.ru
4 pav http://images.yandex.ru
5 pav http://images.yandex.ru
6 pav http://images.yandex.ru
7 pav http://images.yandex.ru
8 pav http://images.yandex.ru
9 pav http://images.yandex.ru
10 pav http://images.yandex.ru
11 pav http://images.yandex.ru
12 pav http://images.yandex.ru
Tačiau apšvietimo dujos tiko ne tik apšvietimui.
Nuopelnas už komerciškai sėkmingo vidaus degimo variklio sukūrimą priklauso belgų mechanikui Jeanui Étienne'ui Lenoirui. Dirbdamas galvanizavimo gamykloje, Lenoiras sugalvojo, kad dujiniame variklyje esantį oro ir kuro mišinį gali uždegti elektros kibirkštis, ir pagal šią idėją nusprendė sukurti variklį. Išsprendęs pakeliui iškilusias problemas (storas eiga ir stūmoklio perkaitimas, dėl kurio užstrigdavo), apgalvojęs variklio aušinimo ir tepimo sistemą, Lenoir sukūrė veikiantį vidaus degimo variklį. 1864 metais buvo pagaminta daugiau nei trys šimtai šių įvairaus galingumo variklių. Praturtėjęs Lenoiras nustojo toliau tobulinti savo automobilį ir tai nulėmė jos likimą – ją iš rinkos privertė pažangesnis variklis, kurį sukūrė vokiečių išradėjas Augustas Otto ir gavo patentą už jo dujų išradimą. variklio modelis 1864 m.
1864 metais vokiečių išradėjas Augusto Otto sudarė sutartį su turtingu inžinieriumi Langenu dėl jo išradimo įgyvendinimo – buvo sukurta įmonė „Otto ir kompanija“. Nei Otto, nei Langenas neturėjo pakankamai žinių apie elektros inžineriją ir atsisakė elektrinio uždegimo. Jie užsidegė atvira liepsna per vamzdelį. Otto variklio cilindras, skirtingai nei Lenoir variklio, buvo vertikalus. Besisukantis velenas buvo padėtas virš cilindro šone. Veikimo principas: besisukantis velenas stūmoklį pakėlė 1/10 cilindro aukščio, dėl to po stūmokliu susidarė išretėjusi erdvė ir buvo įsiurbtas oro ir dujų mišinys. Tada mišinys užsidegė. Sprogimo metu slėgis po stūmokliu padidėjo iki maždaug 4 atm. Veikiant šiam slėgiui, stūmoklis pakilo, dujų tūris padidėjo ir slėgis sumažėjo. Stūmoklis, pirmiausia esant dujų slėgiui, o paskui inercijai, kilo, kol po juo susidarė vakuumas. Taigi sudegusio kuro energija variklyje buvo panaudota maksimaliai pilnai. Tai buvo pagrindinis originalus Otto radinys. Stūmoklio darbo eiga žemyn prasidėjo veikiant atmosferos slėgiui, o slėgiui cilindre pasiekus atmosferos slėgį atsidarė išmetimo vožtuvas ir stūmoklis savo mase išstūmė išmetamąsias dujas. Dėl pilnesnio degimo produktų išsiplėtimo šio variklio naudingumo koeficientas buvo gerokai didesnis už Lenoir variklio naudingumą ir siekė 15%, tai yra viršijo geriausių to meto garo mašinų efektyvumą. Be to, Otto varikliai buvo beveik penkis kartus ekonomiškesni už Lenoir variklius, jie iškart tapo labai paklausūs. Vėlesniais metais jų buvo pagaminta apie penkis tūkstančius. Nepaisant to, Otto sunkiai dirbo, kad pagerintų jų dizainą. Netrukus buvo panaudota alkūninė pavara. Tačiau reikšmingiausi jo išradimai buvo 1877 m., kai Otto gavo patentą naujam keturtakčio ciklo varikliui. Šis ciklas vis dar yra daugelio dujų ir benzininių variklių veikimo pagrindas iki šiol.
Vidaus degimo variklių tipai
stūmoklinis variklis
rotorinis vidaus degimo variklis
Dujų turbininis vidaus degimo variklis
- Stūmokliniai varikliai - degimo kamera yra cilindre, kur kuro šiluminė energija paverčiama mechanine energija, kuri iš stūmoklio transliacinio judėjimo paverčiama sukimosi judesiu naudojant švaistiklio mechanizmą.
ICE klasifikuojami:
a) Pagal paskirtį – skirstomi į transportinius, stacionarius ir specialiuosius.
b) Pagal naudojamo kuro rūšį – lengvas skystis (benzinas, dujos), sunkusis skystis (dyzelinas, jūrinis mazutas).
c) Pagal degiojo mišinio susidarymo būdą – išorinis (karbiuratorius, purkštukas) ir vidinis (variklio cilindre).
d) Pagal uždegimo būdą (su priverstiniu uždegimu, su slėginiu uždegimu, kalorizuojant).
e) Pagal cilindrų vietą jie skirstomi į linijinius, vertikalius, priešingus su vienu ir dviem alkūniniais velenais, V formos su viršutiniu ir apatiniu alkūniniu velenu, VR formos ir W formos, vienos eilės ir dvigubus -eilės žvaigždės formos, H formos, dviejų eilių su lygiagrečiais alkūniniais velenais, "dvigubas ventiliatorius", rombo formos, trijų sijų ir kai kurie kiti.
Benzinas
Benzino karbiuratorius
Keturių taktų vidaus degimo variklių darbo ciklas trunka du pilnus švaistiklio apsisukimus, susidedančius iš keturių atskirų taktų:
- suvartojimas,
- įkrovos suspaudimas,
- darbinis insultas ir
- išleidimas (išmetimas).
Darbo ciklų pasikeitimą užtikrina specialus dujų paskirstymo mechanizmas, dažniausiai jį vaizduoja vienas ar du skirstomieji velenai, stūmoklių ir vožtuvų sistema, tiesiogiai užtikrinanti fazės keitimą. Kai kuriuose vidaus degimo varikliuose šiam tikslui buvo naudojamos ritės įvorės (Ricardo), turinčios įleidimo ir (arba) išmetimo angas. Cilindro ertmės susisiekimas su kolektoriais šiuo atveju buvo užtikrintas radialiniais ir sukamaisiais ritės įvorės judesiais, atveriant norimą kanalą su langais. Dėl dujų dinamikos ypatumų – dujų inercijos, dujų vėjo atsiradimo laiko, įsiurbimo, galios takto ir išmetimo taktų realiame keturtakčio ciklo sutapimo, tai vadinama. vožtuvo laiko sutapimas. Kuo didesnis variklio darbinis greitis, tuo didesnis fazių persidengimas ir kuo jis didesnis, tuo mažesnis vidaus degimo variklio sukimo momentas esant mažiems sūkiams. Todėl šiuolaikiniuose vidaus degimo varikliuose vis dažniau naudojami įrenginiai, leidžiantys eksploatacijos metu keisti vožtuvo laiką. Tam ypač tinka varikliai su solenoidinių vožtuvų valdymu (BMW, Mazda). Taip pat galimi kintamo suspaudimo laipsnio (SAAB) varikliai, siekiant didesnio lankstumo.
Dviejų taktų varikliai turi daugybę išdėstymo galimybių ir daugybę konstrukcinių sistemų. Pagrindinis bet kurio dvitakčio variklio principas yra tai, kad stūmoklis atlieka dujų paskirstymo elemento funkcijas. Darbo ciklas, griežtai tariant, susideda iš trijų ciklų: darbinio smūgio, besitęsiančio nuo viršutinio negyvojo taško ( TDC) iki 20-30 laipsnių iki apatinio negyvojo taško ( NMT), išvalymas, kuris iš tikrųjų sujungia įsiurbimą ir išmetimą bei suspaudimą, trunkantį nuo 20–30 laipsnių po BDC iki TDC. Išvalymas dujų dinamikos požiūriu yra silpnoji dvitakčio ciklo grandis. Viena vertus, neįmanoma užtikrinti visiško šviežio įkrovimo ir išmetamųjų dujų atskyrimo, todėl arba šviežio mišinio praradimas yra neišvengiamas, tiesiogine prasme išskrendantis į išmetimo vamzdį (jei vidaus degimo variklis yra dyzelinis, mes kalbame apie oro praradimą), kita vertus, darbinis smūgis trunka ne pusę apyvartos, o mažiau, o tai savaime mažina efektyvumą. Tuo pačiu metu negalima padidinti itin svarbaus dujų mainų proceso, kuris keturių taktų variklyje trunka pusę darbo ciklo, trukmės. Dvitaktis variklis gali išvis neturėti dujų paskirstymo sistemos. Tačiau jei nekalbame apie supaprastintus pigius variklius, dvitaktis variklis yra sudėtingesnis ir brangesnis dėl privalomo orapūtės ar slėginės sistemos naudojimo, dėl padidėjusio CPG šiluminio įtempimo reikia brangesnių medžiagų stūmokliams, žiedams. , cilindrų įdėklai. Stūmoklio atlikimas dujų paskirstymo elemento funkcijoms įpareigoja, kad jo aukštis būtų ne mažesnis nei stūmoklio eiga + prapūtimo langų aukštis, o tai nekritiška mopede, tačiau žymiai apsunkina stūmoklį net esant santykinai mažoms galioms. . Kai galia matuojama šimtais arklio galių, stūmoklio masės padidėjimas tampa labai rimtu veiksniu. „Ricardo“ varikliuose įdiegtos vertikaliai aptrauktos skirstytuvo movos buvo bandymas sumažinti stūmoklio dydį ir svorį. Sistema pasirodė sudėtinga ir brangi, išskyrus aviaciją, tokie varikliai niekur kitur nebuvo naudojami. Išmetimo vožtuvai (su tiesioginio srauto vožtuvo prapūtimu) turi dvigubai didesnį šilumos tankį, palyginti su keturtakčiais išmetimo vožtuvais, ir prastesnės šilumos šalinimo sąlygos, o jų lizdai turi ilgesnį tiesioginį kontaktą su išmetamosiomis dujomis.
Paprasčiausia veikimo tvarka ir sudėtingiausia dizaino požiūriu yra „Fairbanks-Morse“ sistema, pristatyta SSRS ir Rusijoje, daugiausia naudojant D100 serijos dyzelinius lokomotyvus. Toks variklis yra simetriška dviejų velenų sistema su besiskiriančiais stūmokliais, kurių kiekvienas yra prijungtas prie savo alkūninio veleno. Taigi šis variklis turi du mechaniškai sinchronizuotus alkūninius velenus; prijungtas prie išmetimo stūmoklių yra 20-30 laipsnių prieš įsiurbimą. Dėl šio pažangos pagerėja siurbimo kokybė, kuri šiuo atveju yra tiesioginio srauto, ir pagerėjo cilindro užpildymas, nes išmetimo langai jau yra uždaryti pasibaigus plovimui. Dvidešimtojo amžiaus 30–40-aisiais buvo pasiūlytos schemos su besiskiriančių stūmoklių poromis - rombo formos, trikampės; Buvo aviaciniai dyzeliniai varikliai su trimis radialiai besiskiriančiais stūmokliais, iš kurių du buvo įleidimo ir vienas išmetimo. 1920-aisiais Junkers pasiūlė vieno veleno sistemą su ilgais švaistikliais, sujungtais su viršutinių stūmoklių pirštais specialiomis svirtimis; viršutinis stūmoklis perdavė jėgas alkūniniam velenui pora ilgų švaistiklio, o viename cilindre buvo trys alkūniniai velenai. Ant svirties svirčių taip pat buvo kvadratiniai valymo ertmių stūmokliai. Bet kokios sistemos dvitakčiai varikliai su skirtingais stūmokliais iš esmės turi du trūkumus: pirma, jie yra labai sudėtingi ir dideli, antra, išmetimo stūmokliai ir įvorės išmetimo langų srityje turi didelę šiluminę įtampą ir tendenciją. perkaisti. Išmetimo stūmoklio žiedai taip pat yra termiškai įtempti, linkę koksuoti ir prarasti elastingumą. Dėl šių savybių tokių variklių projektavimas yra nereikšminga užduotis.
Tiesioginio srauto vožtuvais praleidžiami varikliai turi skirstomąjį veleną ir išmetimo vožtuvus. Tai žymiai sumažina reikalavimus medžiagoms ir CPG vykdymui. Įsiurbimas atliekamas per cilindro įdėklo langus, atidarytus stūmokliu. Taip surenkama dauguma šiuolaikinių dvitakčių dyzelių. Lango sritis ir apatinėje dalyje esanti rankovė daugeliu atvejų vėsinama pripučiamu oru.
Tais atvejais, kai vienas iš pagrindinių reikalavimų varikliui yra jo sąnaudų sumažinimas, naudojami skirtingi alkūninės kameros kontūro lango-lango prapūtimo tipai - kilpa, stūmoklinė kilpa (deflektorius) įvairiomis modifikacijomis. Siekiant pagerinti variklio parametrus, naudojami įvairūs projektavimo būdai - kintamas įsiurbimo ir išmetimo kanalų ilgis, gali skirtis aplinkkelio kanalų skaičius ir vieta, naudojami ritės, besisukantys dujų pjaustytuvai, rankovės ir užuolaidos, kurios keičia langų aukštis (ir atitinkamai įsiurbimo ir išmetimo pradžios momentai). Dauguma šių variklių yra pasyviai aušinami oru. Jų trūkumai yra santykinai žema dujų mainų kokybė ir degiojo mišinio praradimas prapūtimo metu, esant keliems cilindrams, alkūninių kamerų sekcijos turi būti atskirtos ir sandarinamos, alkūninio veleno konstrukcija tampa sudėtingesnė ir sudėtingesnė. brangus.
Papildomi agregatai reikalingi vidaus degimo varikliams
Vidaus degimo variklio trūkumas – didžiausią galią jis išvysto tik siaurame sūkių diapazone. Todėl esminis vidaus degimo variklio atributas yra transmisija. Tik kai kuriais atvejais (pavyzdžiui, lėktuvuose) galima atsisakyti sudėtingos transmisijos. Hibridinio automobilio idėja pamažu užkariauja pasaulį, kuriame variklis visada dirba optimaliu režimu.
Be to, vidaus degimo varikliui reikia maitinimo sistemos (kuro ir oro tiekimui - kuro ir oro mišinio paruošimui), išmetimo sistemos (išmetamųjų dujų) ir tepimo sistemos (skirtos sumažinti trinties jėgas variklio mechanizmuose, apsaugoti variklio dalys nuo korozijos, taip pat kartu su aušinimo sistema optimalioms šiluminėms sąlygoms palaikyti), aušinimo sistemomis (optimalioms variklio šiluminėms sąlygoms palaikyti), užvedimo sistema (naudojami užvedimo būdai: elektrinis starteris, pagalbinio įtaiso pagalba). užvedimo variklis, pneumatinis, žmogaus raumenų jėgos pagalba ), uždegimo sistema (oro ir kuro mišinio uždegimui, naudojama priverstinio uždegimo varikliuose).
taip pat žr
- Philippe'as Lebonas – prancūzų inžinierius, 1801 metais gavęs patentą vidaus degimo varikliui, kuris suspaudžia dujų ir oro mišinį.
- Rotorinis variklis: konstrukcijos ir klasifikacija
- Rotorinis stūmoklinis variklis (Wankel variklis)
Pastabos
Nuorodos
- Benas Knightas „Didėjanti rida“ //Straipsnis apie technologijas, mažinančias automobilių vidaus degimo variklių degalų sąnaudas
Šiuo metu vidaus degimo variklis yra pagrindinis automobilių variklių tipas. Vidaus degimo variklis (sutrumpintas pavadinimas – ICE) – šilumos variklis, kuris cheminę kuro energiją paverčia mechaniniu darbu.
Yra šie pagrindiniai vidaus degimo variklių tipai: stūmoklinis, rotacinis stūmoklis ir dujų turbina. Iš pateiktų variklių tipų labiausiai paplitęs yra stūmoklinis vidaus degimo variklis, todėl prietaisas ir veikimo principas nagrinėjami jo pavyzdžiu.
Dorybės stūmoklinis vidaus degimo variklis, kuris užtikrino platų jo pritaikymą, yra: autonomiškumas, universalumas (derinys su įvairiais vartotojais), maža kaina, kompaktiškumas, mažas svoris, galimybė greitai užvesti, įvairių degalų.
Tačiau vidaus degimo varikliai turi nemažai reikšmingų trūkumus, kurios apima: aukštą triukšmo lygį, didelį alkūninio veleno greitį, išmetamųjų dujų toksiškumą, mažus išteklius, mažą efektyvumą.
Priklausomai nuo naudojamo kuro tipo, išskiriami benzininiai ir dyzeliniai varikliai. Vidaus degimo varikliuose naudojami alternatyvūs degalai yra gamtinės dujos, alkoholio kuras – metanolis ir etanolis, vandenilis.
Ekologijos požiūriu vandenilinis variklis yra perspektyvus, nes. nesukelia kenksmingų emisijų. Kartu su vidaus degimo varikliais vandenilis naudojamas elektros energijai gaminti automobilių kuro elementuose.
Vidaus degimo variklio įtaisas
Stūmoklinį vidaus degimo variklį sudaro korpusas, du mechanizmai (alkūninis ir dujų paskirstymas) ir daugybė sistemų (įleidimo, degalų, uždegimo, tepimo, aušinimo, išmetimo ir valdymo sistemos).
Variklio korpusas sujungia cilindrų bloką ir cilindro galvutę. Alkūninis mechanizmas stūmoklio stūmoklio judesį paverčia sukamuoju alkūninio veleno judesiu. Dujų paskirstymo mechanizmas užtikrina savalaikį oro arba kuro-oro mišinio tiekimą į cilindrus ir išmetamųjų dujų išsiskyrimą.
Variklio valdymo sistema užtikrina elektroninį vidaus degimo variklio sistemų valdymą.
Vidaus degimo variklio veikimas
Vidaus degimo variklio veikimo principas pagrįstas dujų šiluminio plėtimosi poveikiu, atsirandančiu degant kuro-oro mišiniui ir užtikrinančiu stūmoklio judėjimą cilindre.
Stūmoklinio vidaus degimo variklio veikimas atliekamas cikliškai. Kiekvienas darbo ciklas vyksta dviem alkūninio veleno apsisukimais ir apima keturis ciklus (keturtaktis variklis): įsiurbimo, suspaudimo, galios takto ir išmetimo.
Įsiurbimo ir galios taktų metu stūmoklis juda žemyn, o suspaudimo ir išmetimo taktai – aukštyn. Darbo ciklai kiekviename variklio cilindre nesutampa fazėje, o tai užtikrina vienodą vidaus degimo variklio darbą. Kai kuriose vidaus degimo variklių konstrukcijose darbo ciklas įgyvendinamas dviem ciklais - suspaudimo ir galios takto (dvitaktis variklis).
Dėl įsiurbimo smūgioįsiurbimo ir kuro sistemos užtikrina kuro ir oro mišinio susidarymą. Priklausomai nuo konstrukcijos, mišinys formuojamas įsiurbimo kolektoriuje (benzininių variklių centrinis ir daugiataškis įpurškimas) arba tiesiogiai degimo kameroje (benzininių variklių tiesioginis įpurškimas, dyzelinių variklių įpurškimas). Atidarius dujų paskirstymo mechanizmo įsiurbimo vožtuvus, į degimo kamerą tiekiamas oras arba kuro-oro mišinys dėl vakuumo, atsirandančio stūmokliui judant žemyn.
Ant suspaudimo eigosĮsiurbimo vožtuvai užsidaro, o oro ir kuro mišinys suspaudžiamas variklio cilindruose.
Insulto insultas kartu su kuro ir oro mišinio užsidegimu (priverstinis arba savaiminis užsidegimas). Dėl užsidegimo susidaro didelis kiekis dujų, kurios daro spaudimą stūmokliui ir verčia jį judėti žemyn. Stūmoklio judėjimas per alkūninį mechanizmą paverčiamas sukamuoju alkūninio veleno judėjimu, kuris vėliau naudojamas automobiliui varyti.
Apie taktišką paleidimą atsidaro dujų paskirstymo mechanizmo išmetimo vožtuvai, o išmetamosios dujos iš cilindrų pašalinamos į išmetimo sistemą, kur jos išvalomos, vėsinamos ir mažinamas triukšmas. Tada dujos išleidžiamos į atmosferą.
Apsvarstytas vidaus degimo variklio veikimo principas leidžia suprasti, kodėl vidaus degimo variklio efektyvumas mažas – apie 40 proc. Konkrečiu laiko momentu, kaip taisyklė, naudingas darbas atliekamas tik viename cilindre, o likusiuose - aprūpinimo ciklai: įsiurbimas, suspaudimas, išmetimas.
šiluminis plėtimasis
Stūmokliniai vidaus degimo varikliai
ICE klasifikacija
Stūmoklinių vidaus degimo variklių pagrindai
Veikimo principas
Keturtakčio karbiuratoriaus variklio veikimo principas
Keturių taktų dyzelinio variklio veikimo principas
Dviejų taktų variklio veikimo principas
Keturių taktų variklio darbo ciklas
Dviejų taktų variklių darbo ciklai
VARIKLIO VEIKSMĄ Apibūdinantys INDIKATORIAI
Vidutinis rodomas slėgis ir nurodyta galia
Efektyvi galia ir vidutinis efektyvus slėgis
Indikatoriaus efektyvumas ir specifinis indikatorius degalų sąnaudos
Efektyvus efektyvumas ir specifinės efektyvios degalų sąnaudos
Variklio šiluminis balansas
Inovacijos
Įvadas
Dideliam visų šalies ūkio sektorių augimui reikalingas didelis krovinių ir keleivių judėjimas. Didelis manevringumas, gebėjimas keliauti ir prisitaikymas dirbti įvairiomis sąlygomis paverčia automobilį viena iš pagrindinių prekių ir keleivių gabenimo priemonių.
Kelių transportas vaidina svarbų vaidmenį plėtojant mūsų šalies rytinius ir ne černozemo regionus. Išplėtoto geležinkelių tinklo trūkumas ir ribotas upių naudojimas laivybai daro automobilį pagrindine susisiekimo priemone šiose vietovėse.
Kelių transportas Rusijoje aptarnauja visus šalies ekonomikos sektorius ir užima vieną iš pirmaujančių vietų vieningoje šalies transporto sistemoje. Kelių transporto dalis sudaro daugiau kaip 80% visų transporto rūšių kartu vežamų krovinių ir daugiau nei 70% keleivių srauto.
Kelių transportas buvo sukurtas plėtojant naują šalies ekonomikos šaką - automobilių pramonę, kuri šiuo metu yra viena iš pagrindinių vidaus inžinerinės pramonės grandžių.
Automobilio kūrimo pradžia buvo nustatyta prieš daugiau nei du šimtus metų (pavadinimas „automobilis“ kilęs iš graikiško žodžio autos – „savarankiškas“ ir lotyniško mobilis – „mobilusis“), kai buvo pradėta gaminti „savarankiška“. varomi" vežimėliai. Pirmą kartą jie pasirodė Rusijoje. 1752 m. rusų savamokslis mechanikas valstietis L. Šamšurenkovas sukūrė savo laikui visiškai tobulą „savarankišką vežimą“, kurį paleido dviejų žmonių jėga. Vėliau rusų išradėjas I.P.Kulibinas sukūrė „paspirtuko vežimėlį“ su pedalo pavara. Atsiradus garo varikliui, savaeigių vežimėlių kūrimas sparčiai tobulėjo. 1869-1870 metais. J. Cugno Prancūzijoje, o po kelerių metų – Anglijoje, buvo gaminami garo automobiliai. Plačiai paplitęs automobilio kaip transporto priemonės naudojimas prasideda atsiradus greitaeigiam vidaus degimo varikliui. 1885 metais G. Daimleris (Vokietija) sukonstravo motociklą su benzininiu varikliu, o 1886 metais K. Benzas - triratį vežimėlį. Maždaug tuo pačiu metu pramoninėse šalyse (Prancūzijoje, Didžiojoje Britanijoje, JAV) buvo kuriami automobiliai su vidaus degimo varikliais.
XIX amžiaus pabaigoje daugelyje šalių atsirado automobilių pramonė. Carinėje Rusijoje ne kartą buvo bandoma organizuoti savo mechaninę inžineriją. 1908 m. Rygoje Rusijos-Baltijos karietų gamykloje buvo organizuota automobilių gamyba. Šešerius metus čia buvo gaminami automobiliai, surinkti daugiausia iš importuotų dalių. Iš viso gamykla pagamino 451 lengvąjį automobilį ir nedidelį skaičių sunkvežimių. 1913 metais automobilių parkas Rusijoje buvo apie 9000 automobilių, iš kurių dauguma – užsienio gamybos. Po Didžiosios Spalio socialistinės revoliucijos vidaus automobilių pramonė turėjo būti sukurta beveik iš naujo. Rusijos automobilių pramonės plėtros pradžia siekia 1924 m., kai AMO gamykloje Maskvoje buvo pagaminti pirmieji AMO-F-15 sunkvežimiai.
Laikotarpiu 1931-1941 m. kuriama stambi ir masinė automobilių gamyba. 1931 metais AMO gamykloje pradėta masinė sunkvežimių gamyba. 1932 metais pradėjo veikti GAZ gamykla.
1940 metais Maskvos mažųjų automobilių gamykla pradėjo mažų automobilių gamybą. Šiek tiek vėliau buvo sukurta Uralo automobilių gamykla. Pokario penkerių metų planų metais pradėjo veikti Kutaisio, Kremenčugo, Uljanovsko, Minsko automobilių gamyklos. Nuo septintojo dešimtmečio pabaigos automobilių pramonės plėtra pasižymėjo ypač sparčiais tempais. 1971 metais Volgos automobilių gamykla, pavadinta V.I. SSRS 50-metis.
Pastaraisiais metais automobilių pramonės įmonės įsisavino daugybę modernizuotos ir naujos automobilių įrangos pavyzdžių, įskaitant žemės ūkio, statybos, prekybos, naftos ir dujų bei miškininkystės pramonę.
Vidaus degimo varikliai
Šiuo metu yra daug įrenginių, kurie naudoja šiluminį dujų plėtimąsi. Tokie įtaisai yra karbiuratoriaus variklis, dyzeliniai varikliai, turboreaktyviniai varikliai ir kt.
Šilumos variklius galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes:
1. Išorinio degimo varikliai – garo varikliai, garo turbinos, Stirlingo varikliai ir kt.
2. Vidaus degimo varikliai. Kaip automobilių jėgainės plačiausiai naudojami vidaus degimo varikliai, kuriuose degimo procesas
kuras su šilumos išsiskyrimu ir jos pavertimu mechaniniu darbu vyksta tiesiai cilindruose. Dauguma šiuolaikinių automobilių yra aprūpinti vidaus degimo varikliais.
Ekonomiškiausi yra stūmokliniai ir kombinuoto vidaus degimo varikliai. Jie turi gana ilgą tarnavimo laiką, palyginti nedidelius gabaritus ir svorį. Pagrindinis šių variklių trūkumas turėtų būti laikomas stūmoklio judesiu atgal, susijusiu su švaistiklio mechanizmo buvimu, kuris apsunkina konstrukciją ir riboja galimybę padidinti greitį, ypač esant dideliems variklio dydžiams.
O dabar šiek tiek apie pirmuosius vidaus degimo variklius. Pirmąjį vidaus degimo variklį (ICE) 1860 metais sukūrė prancūzų inžinierius Ethwen Lenoir, tačiau ši mašina vis tiek buvo labai netobula.
1862 m. prancūzų išradėjas Beau de Rocha pasiūlė vidaus degimo variklyje naudoti keturtaktį ciklą:
1. siurbimas;
2. suspaudimas;
3. degimas ir plėtimasis;
4. išmetimas.
Šia idėja pasinaudojo vokiečių išradėjas N. Otto, 1878 metais sukonstravęs pirmąjį keturtaktį vidaus degimo variklį. Tokio variklio efektyvumas siekė 22%, o tai viršijo vertes, gautas naudojant visų ankstesnių tipų variklius.
Spartų vidaus degimo variklių plitimą pramonėje, transporte, žemės ūkyje ir stacionarioje energetikoje lėmė nemažai teigiamų jų savybių.
Vidaus degimo variklio ciklo įgyvendinimas viename cilindre su mažais nuostoliais ir dideliu temperatūrų skirtumu tarp šilumos šaltinio ir šaldytuvo užtikrina aukštą šių variklių efektyvumą. Didelis efektyvumas yra viena iš teigiamų vidaus degimo variklių savybių.
Tarp vidaus degimo variklių dyzelinas šiuo metu yra toks variklis, kuris didžiausiu efektyvumu paverčia kuro cheminę energiją mechaniniu darbu, esant įvairiems galios pokyčiams. Ši dyzelinių variklių kokybė ypač svarbi, nes naftos degalų atsargos yra ribotos.
Prie teigiamų vidaus degimo variklių savybių reikėtų priskirti ir tai, kad juos galima prijungti prie beveik bet kokio energijos vartotojo. Taip yra dėl plačių galimybių gauti atitinkamas šių variklių galios ir sukimo momento pokyčio charakteristikas. Aptariami varikliai sėkmingai naudojami automobiliuose, traktoriuose, žemės ūkio mašinose, dyzeliniuose lokomotyvuose, laivuose, elektrinėse ir kt., t.y. Vidaus degimo varikliai išsiskiria geru prisitaikymu prie vartotojo.
Palyginti maža pradinė kaina, kompaktiškumas ir mažas vidaus degimo variklių svoris leido juos plačiai naudoti elektrinėse, kurios yra plačiai naudojamos ir turi nedidelį variklio skyrių.
Įrenginiai su vidaus degimo varikliais turi didelę autonomiją. Netgi orlaiviai su vidaus degimo varikliais gali skristi dešimtis valandų nepripylę kuro.
Svarbi teigiama vidaus degimo variklių savybė yra galimybė juos greitai užvesti normaliomis sąlygomis. Varikliuose, dirbančiuose esant žemai temperatūrai, įrengti specialūs įtaisai, palengvinantys ir pagreitinantys užvedimą. Užvedę varikliai gana greitai gali įkrauti visą apkrovą. Vidaus degimo varikliai turi didelį stabdymo momentą, kuris yra labai svarbus juos naudojant transporto įrenginiuose.
Teigiama dyzelinių variklių kokybė – vieno variklio gebėjimas dirbti su daugybe degalų. Taip žinomos automobilių kelių degalų variklių konstrukcijos, taip pat didelės galios jūrinių variklių, veikiančių įvairiu kuru – nuo dyzelino iki katilinės alyvos.
Tačiau kartu su teigiamomis vidaus degimo variklių savybėmis jie turi nemažai trūkumų. Tarp jų bendra galia yra ribota, palyginti su, pavyzdžiui, su garo ir dujų turbinomis, aukštu triukšmo lygiu, santykinai dideliu alkūninio veleno greičiu paleidžiant ir negalimybe tiesiogiai prijungti jo prie vartotojo varomųjų ratų, išmetamųjų dujų toksiškumu. , grįžtamasis stūmoklio judėjimas, ribojantis greitį ir yra nesubalansuotų inercijos jėgų ir iš jų momentų atsiradimo priežastis.
Bet sukurti vidaus degimo variklių, jų kūrimo ir pritaikymo būtų neįmanoma, jei ne šiluminio plėtimosi efektas. Juk šiluminio plėtimosi procese iki aukštos temperatūros įkaitintos dujos atlieka naudingą darbą. Dėl greito mišinio degimo vidaus degimo variklio cilindre smarkiai pakyla slėgis, kurio veikiamas stūmoklis juda cilindre. O tai yra labai reikalinga technologinė funkcija, t.y. jėgos veikimas, didelio slėgio kūrimas, kuris atliekamas šiluminio plėtimosi būdu ir kuriam šis reiškinys naudojamas įvairiose technologijose, o ypač vidaus degimo varikliuose.
Tema: VIDAUS DEGO VARIKLIAI.
Paskaitos planas:
2. Vidaus degimo variklių klasifikacija.
3. Bendras vidaus degimo variklio išdėstymas.
4. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai.
5. ICE kuras.
1. Vidaus degimo variklių apibrėžimas.
Vidaus degimo varikliai (ICE) vadinami stūmokliniu šiluminiu varikliu, kuriame kuro degimo, šilumos išsiskyrimo ir jos pavertimo mechaniniu darbu procesai vyksta tiesiai jo cilindre.
2. Vidaus degimo variklių klasifikacija
Pagal vidaus degimo variklio darbo ciklo įgyvendinimo būdą skirstomi į dvi plačias kategorijas:
1) keturtakčiai vidaus degimo varikliai, kurių darbo ciklas kiekviename cilindre trunka keturis stūmoklio taktus arba du alkūninio veleno apsisukimus;
2) dvitakčiai vidaus degimo varikliai, kurių darbo ciklas kiekviename cilindre vyksta dviem stūmoklio taktais arba vienu alkūninio veleno apsisukimu.
Pagal maišymo būdą Keturtakčiai ir dvitakčiai vidaus degimo varikliai išskiria:
1) Vidaus degimo varikliai su išoriniu maišymu, kuriuose degusis mišinys susidaro už cilindro ribų (įskaitant karbiuratorių ir dujinius variklius);
2) ICE su vidiniu maišymu, kuriame degus mišinys susidaro tiesiai cilindro viduje (tai apima dyzelinius variklius ir variklius su lengvo kuro įpurškimu į cilindrą).
Pagal uždegimo būdą išskiriami degūs mišiniai:
1) ICE su degiojo mišinio uždegimu iš elektros kibirkšties (karbiuratorius, dujų ir lengvojo kuro įpurškimas);
2) ICE su degalų užsidegimu mišinio susidarymo procese iš aukštos suslėgto oro temperatūros (dyzeliniai varikliai).
Pagal naudojamo kuro rūšį išskirti:
1) vidaus degimo varikliai, veikiantys lengvuoju skystuoju kuru (benzinu ir žibalu);
2) vidaus degimo varikliai, veikiantys sunkiuoju skystuoju kuru (gazoliu ir dyzelinu);
3) vidaus degimo varikliai, veikiantys dujiniu kuru (suslėgtomis ir suskystintomis dujomis; dujomis, gaunamomis iš specialių dujų generatorių, kuriuose pritrūkus deguonies kūrenamas kietasis kuras – malkos ar anglis).
Pagal aušinimo būdą išskirti:
1) skysčiu aušinamas vidaus degimo variklis;
2) ICE su oro aušinimu.
Pagal cilindrų skaičių ir išdėstymą išskirti:
1) vieno ir kelių cilindrų vidaus degimo varikliai;
2) viena eilė (vertikali ir horizontali);
3) dviejų eilių (formos, su priešingais cilindrais).
Paskyrimu išskirti:
1) transportuoti vidaus degimo variklius, sumontuotus įvairiose transporto priemonėse (automobiliuose, traktoriuose, statybinėse transporto priemonėse ir kituose objektuose);
2) stacionarus;
3) specialūs vidaus degimo varikliai, kurie dažniausiai atlieka pagalbinį vaidmenį.
3. Bendras vidaus degimo variklio išdėstymas
Plačiai naudojami šiuolaikinėse technologijose, vidaus degimo varikliai susideda iš dviejų pagrindinių mechanizmų: švaistiklio ir dujų paskirstymo; ir penkios sistemos: maitinimo, aušinimo, tepimo, paleidimo ir uždegimo sistemos (karbiuratoriuje, dujose ir varikliuose su lengvo kuro įpurškimu).
alkūninis mechanizmas skirtas suvokti dujų slėgį ir paversti tiesinį stūmoklio judėjimą į alkūninio veleno sukimosi judesį.
Dujų paskirstymo mechanizmas skirtas užpildyti balioną degiu mišiniu arba oru ir išvalyti balioną nuo degimo produktų.
Keturtakčių variklių dujų paskirstymo mechanizmą sudaro paskirstymo velenu varomi įsiurbimo ir išmetimo vožtuvai (skirtasis velenas, kuris varomas iš alkūninio veleno per pavarų bloką. Skirstomojo veleno sukimosi greitis yra perpus mažesnis už alkūninio veleno sukimosi greitį).
Dujų paskirstymo mechanizmas dvitakčiai varikliai paprastai gaminami iš dviejų skersinių cilindro plyšių (skylių): išmetimo ir įsiurbimo, atidaromos nuosekliai stūmoklio eigos pabaigoje.
Tiekimo sistema skirtas paruošti ir tiekti į stūmoklio erdvę reikiamos kokybės degiam mišiniui (karbiuratoriniams ir dujiniams varikliams) arba tam tikru momentu purškiamų degalų porcijoms (dyzeliniams varikliams).
Karbiuratoriniuose varikliuose degalai siurblio arba gravitacijos būdu patenka į karbiuratorių, kur tam tikra proporcija susimaišo su oru ir per įleidimo vožtuvą arba angą patenka į cilindrą.
Dujiniuose varikliuose oras ir degiosios dujos maišomi specialiuose maišytuvuose.
Dyzeliniuose ir vidaus degimo varikliuose su lengvu degalų įpurškimu degalai į cilindrą paduodami tam tikru momentu, dažniausiai naudojant stūmoklinį siurblį.
Vėsinimo sistema skirtas priverstiniam šilumos pašalinimui iš įkaitusių dalių: cilindrų bloko, cilindro galvutės ir kt. Priklausomai nuo šilumą šalinančios medžiagos tipo, išskiriamos skysčio ir oro aušinimo sistemos.
Skysčio aušinimo sistemą sudaro cilindrus supantys kanalai (skysčio apvalkalas), skysčio siurblys, radiatorius, ventiliatorius ir daugybė pagalbinių elementų. Radiatoriuje aušinamas skystis siurblio pagalba pumpuojamas į skysčio apvalkalą, atvėsina cilindrų bloką, įšyla ir vėl patenka į radiatorių. Radiatoriuje skystis aušinamas dėl artėjančio oro srauto ir ventiliatoriaus sukuriamo srauto.
Oro aušinimo sistema – tai variklio cilindrų pelekai, pučiami įeinančio arba ventiliatoriaus generuojamo oro srauto.
Tepimo sistema tarnauja nuolatiniam tepalo tiekimui į frikcinius mazgus.
Paleidimo sistema skirtas greitam ir patikimam variklio užvedimui ir dažniausiai yra pagalbinis variklis: elektrinis (starteris) arba mažos galios benzininis).
Degimo sistema naudojamas karbiuratoriniuose varikliuose ir padeda uždegti degųjį mišinį elektros kibirkštimi, sukuriama uždegimo žvakėje, įsuktoje į variklio cilindro galvutę.
4. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai
viršutinis negyvas centras- TDC, nurodykite stūmoklio padėtį, labiausiai nutolusią nuo alkūninio veleno ašies.
apatinis negyvasis centras- BDC, nurodykite stūmoklio padėtį, mažiausiai nutolusią nuo alkūninio veleno ašies.
Negyvose vietose stūmoklio greitis yra , nes jie keičia stūmoklio judėjimo kryptį.
Stūmoklio judėjimas iš TDC į BDC arba atvirkščiai vadinamas stūmoklio eiga ir yra žymimas.
Cilindro ertmės tūris, kai stūmoklis yra BDC, vadinamas bendru cilindro tūriu ir žymimas .
Variklio suspaudimo laipsnis yra viso cilindro tūrio ir degimo kameros tūrio santykis.
Suspaudimo laipsnis parodo, kiek kartų sumažėja stūmoklio erdvės tūris, kai stūmoklis juda iš BDC į TDC. Kaip bus parodyta ateityje, suspaudimo laipsnis daugiausia lemia bet kurio vidaus degimo variklio efektyvumą (efektyvumą).
Grafinė dujų slėgio stūmoklio erdvėje priklausomybė nuo stūmoklio erdvės tūrio, stūmoklio judėjimo ar alkūninio veleno sukimosi kampo vadinama variklio indikatorių lentelė.
5. ICE kuras
5.1. Degalai karbiuratoriniams varikliams
Benzinas naudojamas kaip kuras karbiuratoriuose. Pagrindinis benzino šiluminis rodiklis yra mažesnis jo kaloringumas (apie 44 MJ/kg). Benzino kokybė vertinama pagal pagrindines eksploatacines ir technines savybes: lakumą, atsparumą detonacijai, terminį oksidacinį stabilumą, mechaninių priemaišų ir vandens nebuvimą, stabilumą sandėliuojant ir transportuojant.
Benzino lakumas apibūdina jo gebėjimą pereiti iš skystos fazės į garų fazę. Benzino lakumą lemia jo dalinė sudėtis, kuri nustatoma distiliuojant jį skirtingomis temperatūromis. Benzino lakumas vertinamas pagal 10, 50 ir 90% benzino virimo taškus. Taigi, pavyzdžiui, 10% benzino virimo temperatūra apibūdina jo pradines savybes. Kuo didesnis lakumas žemoje temperatūroje, tuo geresnė benzino kokybė.
Benzinai turi skirtingą atsparumą detonacijai, t.y. skirtingas polinkis detonuoti. Benzino atsparumas detonacijai apskaičiuojamas pagal oktaninį skaičių (OC), kuris yra skaitinis lygus izooktano tūrio procentinei daliai izooktano ir heptano mišinyje, kurio atsparumas detonacijai skiriasi nuo šio kuro. Izooktano oktanas laikomas 100, o heptano - nuliu. Kuo didesnis benzino oktaninis skaičius, tuo mažesnis jo polinkis detonuoti.
Norint padidinti OCh, į benziną pilamas etilo skystis, kurį sudaro tetraetilšvinas (TES) - antidetonacinis agentas ir dibrometenas - ploviklis. Etilo skysčio į benziną įpilama 0,5–1 cm 3 1 kg benzino. Benzai, kurių sudėtyje yra etilo skysčio, vadinami švino benzinu, jie yra nuodingi, todėl juos naudojant reikia imtis atsargumo priemonių. Švino turintis benzinas yra raudonai oranžinės arba mėlynai žalios spalvos.
Benzino sudėtyje neturi būti korozinių medžiagų (sieros, sieros junginių, vandenyje tirpių rūgščių ir šarmų), nes jų buvimas sukelia variklio dalių koroziją.
Terminis oksidacinis benzino stabilumas apibūdina jo atsparumą dervos ir anglies susidarymui. Dėl padidėjusio suodžių ir dervos susidarymo pablogėja šilumos pašalinimas iš degimo kameros sienelių, sumažėja degimo kameros tūris ir sutrinka normalus degalų tiekimas į variklį, dėl ko sumažėja variklio galia ir efektyvumą.
Benzino sudėtyje neturi būti mechaninių priemaišų ir vandens. Dėl mechaninių priemaišų užsikemša filtrai, degalų tiekimo linijos, karbiuratoriaus kanalai ir padidėja cilindrų sienelių bei kitų dalių susidėvėjimas. Dėl vandens buvimo benzine sunku užvesti variklį.
Benzino laikymo stabilumas apibūdina jo gebėjimą išlaikyti pradines fizines ir chemines savybes sandėliavimo ir transportavimo metu.
Automobilių benzinai yra pažymėti A raide su skaitmeniniu indeksu, jie rodo OC reikšmę. Pagal GOST 4095-75 gaminamas A-66, A-72, A-76, AI-93, AI-98 klasių benzinas.
5.2. Degalai dyzeliniams varikliams
Dyzeliniuose varikliuose naudojamas dyzelinis kuras, kuris yra naftos perdirbimo produktas. Dyzeliniuose varikliuose naudojami degalai turi turėti šias pagrindines savybes: optimalų klampumą, žemą stingimo temperatūrą, didelį užsidegimo polinkį, aukštą šiluminį ir oksidacinį stabilumą, aukštas antikorozines savybes, mechaninių priemaišų ir vandens nebuvimą, gerą sandėliavimo ir transportavimo stabilumą.
Dyzelinio kuro klampumas turi įtakos degalų tiekimui ir purškimui. Jei kuro klampumas yra nepakankamas, nuotėkis vainikuojamas per purkštukų purkštukų tarpus ir inertines kuro siurblio poras, o esant dideliam klampumui, pablogėja kuro padavimo, purškimo ir mišinio susidarymo variklyje procesai. Kuro klampumas priklauso nuo temperatūros. Degalų stingimo temperatūra turi įtakos degalų tiekimo iš kuro bako procesui. į variklio cilindrus. Todėl kuro stingimo temperatūra turi būti žema.
Degalų polinkis užsidegti turi įtakos degimo proceso eigai. Dyzeliniai degalai, kurie turi didelį polinkį užsidegti, užtikrina sklandų degimo proceso eigą, staigiai nepadidėjus slėgiui, kuro degumas įvertinamas cetaniniu skaičiumi (CN), kuris skaitine tvarka lygus procentais cetano tūrio cetano ir alfametilnaftaleno mišinyje, degumu prilygstančio šio kuro degumui. Dyzeliniam kurui CCH = 40-60.
Dyzelinio kuro terminis oksidacinis stabilumas apibūdina jo atsparumą dervos ir anglies susidarymui. Dėl padidėjusio suodžių ir dervos susidarymo pablogėja šilumos pašalinimas iš degimo kameros sienelių ir sutrinka degalų tiekimas per purkštukus į variklį, dėl to sumažėja variklio galia ir efektyvumas.
Dyzeliniuose degaluose neturi būti korozinių medžiagų, nes jų buvimas sukelia degalų tiekimo įrangos ir variklio dalių koroziją. Dyzeliniame kure neturi būti mechaninių priemaišų ir vandens. Dėl mechaninių priemaišų užsikemša filtrai, degalų tiekimo linijos, purkštukai, kuro siurblio kanalai, didėja variklio degalų įrangos dalių susidėvėjimas. Dyzelinio kuro stabilumas apibūdina jo gebėjimą išlaikyti pradines fizines ir chemines savybes sandėliavimo ir transportavimo metu.
Autotraktorių dyzeliniams varikliams naudojami pramoninės gamybos degalai: DL - vasarinis dyzelinis (esant aukštesnei nei 0 ° C temperatūrai), DZ - dyzelinis žieminis (esant temperatūrai iki -30 ° C); TAIP - dyzelinis arktinis (esant žemesnei nei -30 ° C temperatūrai) (GOST 4749-73).
