Pašvaldības izglītības iestāde
6. vidusskola
Eseja par fiziku par tēmu:
Iekšdedzes dzinēji. To priekšrocības un trūkumi.
8. skolēns "A" klase
Butrinova Aleksandra
Skolotāja: Šulpina Taisija Vladimirovna
1. Ievads………………………………………………………………….. 3. lpp.
1.1.Darba mērķis
1.2 Uzdevumi
2. Galvenā daļa.
2.1.Iekšdedzes dzinēju tapšanas vēsture………………. 4. lpp
2.2.Iekšdedzes dzinēju vispārīgais izvietojums……………… 7. lpp
2.2.1. Divtaktu un četrtaktu dzinēju ierīce
iekšdedzes;……………………………………….……………..15. lpp.
2.3 Mūsdienīgi iekšdedzes dzinēji.
2.3.1. Iekšdedzes dzinējā ieviesti jauni dizaina risinājumi;……………………………………………………………………P. 21
2.3.2. Uzdevumi, ar kuriem saskaras dizaineri………………………22. lpp
2.4. Priekšrocības un trūkumi salīdzinājumā ar citiem iekšdedzes dzinēju veidiem ………………………………………………………..P.23
2.5. Iekšdedzes dzinēja pielietojums..……………………….P.25
3. Noslēgts ………………………………………………………………. 26. lpp
4. Literatūras saraksts……………………………………………………….. 27. lpp
5. Pieteikumi ……………………………………………………………. 28. lpp
1. Ievads.
1.1. Darba mērķis:
Analizējiet zinātnieku atklājumus un sasniegumus par iekšdedzes dzinēja (D.V.S.) izgudrošanu un pielietojumu, runājiet par tā priekšrocībām un trūkumiem.
1.2. Uzdevumi:
1. Izpētīt nepieciešamo literatūru un izstrādāt materiālu
2. Veikt teorētisko pētījumu (D.V.S.)
3. Uzziniet, kurš no (D.V.S.) ir labāks.
2. Galvenā daļa.
2.1 .Iekšdedzes dzinēja vēsture .
Pirmā iekšdedzes dzinēja (ICE) projekts pieder slavenajam pulksteņa enkura izgudrotājam Kristianam Haigensam, un tas tika ierosināts jau 17. gadsimtā. Interesanti, ka par degvielu bija paredzēts izmantot šaujampulveri, un pašu ideju rosināja artilērijas lielgabals. Visi Denisa Papina mēģinājumi izveidot mašīnu pēc šī principa bija neveiksmīgi. Vēsturiski pirmo darbojošos iekšdedzes dzinēju 1859. gadā patentēja beļģu izgudrotājs Žans Jozefs Etjēns Lenuārs (1. att.)
Lenoir dzinējam ir zema termiskā efektivitāte, turklāt, salīdzinot ar citiem virzuļu iekšdedzes dzinējiem, tam bija ārkārtīgi maza jauda, kas uzņemta uz vienu cilindra darba tilpuma vienību.
18 litru dzinējs attīstīja tikai 2 zirgspēkus. Šīs nepilnības radās tāpēc, ka Lenoir dzinējs nesaspiež degvielas maisījumu pirms aizdedzes. Tam līdzvērtīgas jaudas Otto dzinējs (kura ciklā tika nodrošināts īpašs kompresijas gājiens) svēra vairākas reizes mazāk un bija daudz kompaktāks.
Pat acīmredzamās Lenoir dzinēja priekšrocības - salīdzinoši zemais troksnis (gandrīz atmosfēras spiediena izplūdes sekas) un zemais vibrācijas līmenis (sekas vienmērīgākam jaudas gājienu sadalījumam ciklā) nepalīdzēja tam izturēt konkurenci. .
Taču dzinēju darbības laikā izrādījās, ka gāzes patēriņš uz zirgspēku ir 3 kubikmetri. stundā paredzēto aptuveni 0,5 kubikmetru vietā. Lenoir dzinēja efektivitāte bija tikai 3,3%, savukārt tā laika tvaika dzinēji sasniedza 10%.
1876. gadā Oto un Langens otrajā Parīzes pasaules izstādē izstādīja jaunu 0,5 ZS dzinēju (2. att.)
2. att. Dzinējs Otto
Neskatoties uz šī dzinēja konstrukcijas nepilnībām, kas atgādina pirmās tvaika-atmosfēras mašīnas, tajā laikā tas uzrādīja augstu efektivitāti; gāzes patēriņš bija 82 kubikmetri/m. uz zirgspēku stundā un efektivitāti. sasniedza 14%. 10 gadu laikā mazajai rūpniecībai tika ražoti aptuveni 10 000 šādu dzinēju.
1878. gadā Otto uzbūvēja četrtaktu dzinēju, pamatojoties uz Boudet-Roche ideju. Vienlaikus ar gāzes izmantošanu kā degvielu sāka attīstīties ideja izmantot benzīna tvaikus, benzīnu, ligroīnu kā degmaisījuma materiālu un no 90. gadiem petroleju. Degvielas patēriņš šajos dzinējos bija aptuveni 0,5 kg uz zirgspēku stundā.
Kopš tā laika iekšdedzes dzinējiem (D.V.S.) ir mainīta konstrukcija, pēc darbības principa, ražošanā izmantotie materiāli. Iekšdedzes dzinēji ir kļuvuši jaudīgāki, kompaktāki, vieglāki, bet joprojām iekšdedzes dzinējā no katriem 10 litriem degvielas lietderīgam darbam tiek izlietoti tikai aptuveni 2 litri, atlikušie 8 litri tiek izniekoti. Tas ir, iekšdedzes dzinēja efektivitāte ir tikai 20%.
2. 2. Iekšdedzes dzinēja vispārējais izkārtojums.
Katras D.V.S. ir virzuļa kustība cilindrā gāzu spiediena ietekmē, kas veidojas degvielas maisījuma sadegšanas laikā, turpmāk saukta par darba gāzi. Šajā gadījumā pati degviela nedeg. Deg tikai tā tvaiki, kas sajaukti ar gaisu, kas ir iekšdedzes dzinēja darba maisījums. Ja aizdedzinat šo maisījumu, tas uzreiz izdeg, vairojoties apjomā. Un, ja jūs ievietojat maisījumu slēgtā tilpumā un padarāt vienu sienu kustīgu, tad uz šīs sienas
būs milzīgs spiediens, kas izkustinās sienu.
Vieglajos automobiļos izmantotais D.V.S. sastāv no diviem mehānismiem: kloķa un gāzes sadales, kā arī šādām sistēmām:
uzturs;
· piepildīto gāzu izdalīšana;
· aizdedze;
dzesēšana;
smērvielas.
Galvenās iekšdedzes dzinēja detaļas:
Cilindra galva
· cilindri;
· virzuļi;
· virzuļu gredzeni;
Virzuļa tapas
· klaņi;
· kloķvārpsta;
spararata
sadales vārpsta ar izciļņiem;
· vārsti;
· aizdedzes svece.
Lielākā daļa mūsdienu mazās un vidējās klases automašīnu ir aprīkotas ar četru cilindru dzinējiem. Ir lielāka tilpuma motori - ar astoņiem vai pat divpadsmit cilindriem (3. att.). Jo lielāks dzinējs, jo tas ir jaudīgāks un jo lielāks ir degvielas patēriņš.
Iekšdedzes dzinēja darbības principu visvieglāk apsvērt, izmantojot viena cilindra benzīna dzinēja piemēru. Šāds dzinējs sastāv no cilindra ar iekšējo spoguļa virsmu, kuram ir pieskrūvēta noņemama galva. Cilindrā ir cilindrisks virzulis - stikls, kas sastāv no galvas un apmales (4. att.). Virzulim ir rievas, kurās ir uzstādīti virzuļa gredzeni. Tie nodrošina telpas hermētiskumu virs virzuļa, neļaujot gāzēm, kas rodas dzinēja darbības laikā, iekļūt zem virzuļa. Turklāt virzuļa gredzeni neļauj eļļai iekļūt telpā virs virzuļa (eļļa ir paredzēta cilindra iekšējās virsmas eļļošanai). Citiem vārdiem sakot, šie gredzeni pilda blīvējuma lomu un ir sadalīti divos veidos: kompresija (tie, kas nelaiž cauri gāzes) un eļļas skrāpis (novērš eļļas iekļūšanu sadegšanas kamerā) (5. att.).
Rīsi. 3. Cilindru izkārtojumi dažādu izkārtojumu dzinējos:
a - četru cilindru; b - sešu cilindru; c — divpadsmit cilindru (α — izliekuma leņķis)
Rīsi. 4. Virzulis
Benzīna un gaisa maisījums, ko sagatavo karburators vai inžektors, nonāk cilindrā, kur to saspiež virzulis un aizdedzina no aizdedzes sveces dzirksteles. Degšana un izplešanās izraisa virzuļa kustību uz leju.
Tādējādi siltumenerģija tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā.
Rīsi. 5. Virzulis ar savienojošo stieni:
1 - savienojošā stieņa montāža; 2 - klaņa vāks; 3 - klaņa ieliktnis; 4 - skrūvju uzgrieznis; 5 - savienojošā stieņa vāka skrūve; 6 - savienojošais stienis; 7 - klaņa bukse; 8 - fiksējošie gredzeni; 9 - virzuļa tapa; 10 - virzulis; 11 - eļļas skrāpja gredzens; 12, 13 - kompresijas gredzeni
Tam seko virzuļa gājiena pārvēršana vārpstas rotācijā. Lai to izdarītu, virzulis, izmantojot tapu un savienojošo stieni, ir šarnīrsavienojums ar kloķvārpstas kloķi, kas griežas uz gultņiem, kas uzstādīti dzinēja karterī (6. att.).
Rīsi. 6 Kloķvārpsta ar spararatu:
1 - kloķvārpsta; 2 - klaņa gultņa ieliktnis; 3 - noturīgi pusgredzeni; 4 - spararats; 5 - spararata stiprinājuma skrūvju paplāksne; 6 - pirmā, otrā, ceturtā un piektā galvenā gultņa uzlikas; 7 - centrālā (trešā) gultņa ieliktnis
Virzuļa kustības rezultātā cilindrā no augšas uz leju un atpakaļ caur savienojošo stieni, kloķvārpsta griežas.
Augšējais mirušais centrs (TDC) ir virzuļa augstākā pozīcija cilindrā (tas ir, vieta, kur virzulis pārtrauc kustību uz augšu un ir gatavs sākt kustību uz leju) (skat. 4. att.).
Zemāko virzuļa pozīciju cilindrā (tas ir, vietu, kur virzulis pārstāj kustēties uz leju un ir gatavs sākt kustību uz augšu) sauc par apakšējo mirušo centru (BDC) (skat. 4. att.).
Attālumu starp virzuļa galējām pozīcijām (no TDC līdz BDC) sauc par virzuļa gājienu.
Virzulim virzoties no augšas uz leju (no TDC uz BDC), skaļums virs tā mainās no minimālā uz maksimālo. Minimālais tilpums cilindrā virs virzuļa, kad tas atrodas TDC, ir sadegšanas kamera.
Un tilpumu virs cilindra, kad tas atrodas BDC, sauc par cilindra darba tilpumu. Savukārt visu dzinēja cilindru darba tilpumu kopā, kas izteikts litros, sauc par dzinēja darba tilpumu. Kopējais cilindra tilpums ir tā darba tilpuma un sadegšanas kameras tilpuma summa brīdī, kad virzulis atrodas BDC.
Svarīga iekšdedzes dzinēja īpašība ir tā kompresijas pakāpe, kas tiek definēta kā cilindra kopējā tilpuma attiecība pret sadegšanas kameras tilpumu. Kompresijas pakāpe parāda, cik reizes gaisa un degvielas maisījums, kas nonāk cilindrā, tiek saspiests, virzulim pārvietojoties no BDC uz TDC. Benzīna dzinējiem kompresijas pakāpe ir robežās no 6 līdz 14, dīzeļdzinējiem - no 14 līdz 24. Kompresijas pakāpe lielā mērā nosaka dzinēja jaudu un tā efektivitāti, kā arī būtiski ietekmē izplūdes gāzu toksicitāti.
Dzinēja jaudu mēra kilovatos vai zirgspēkos (biežāk izmanto). Tajā pašā laikā 1 l. Ar. ir aptuveni 0,735 kW. Kā jau teicām, iekšdedzes dzinēja darbība balstās uz gāzu spiediena spēka izmantošanu, kas veidojas gaisa un degvielas maisījuma sadegšanas laikā cilindrā.
Benzīna un gāzes dzinējos maisījums tiek aizdedzināts ar aizdedzes sveci (7. att.), dīzeļdzinējos tas tiek aizdedzināts ar kompresiju.
Rīsi. 7 Aizdedzes svece
Kad darbojas viena cilindra dzinējs, tā kloķvārpsta griežas nevienmērīgi: degmaisījuma sadegšanas brīdī tas strauji paātrinās, bet pārējā laikā tas palēninās. Lai uzlabotu rotācijas vienmērīgumu uz kloķvārpstas, izejot no dzinēja korpusa, tiek fiksēts masīvs disks - spararats (sk. 6. att.). Kad dzinējs darbojas, spararats griežas.
2.2.1. Divtaktu un četrtaktu ierīce
iekšdedzes dzinēji;
Divtaktu dzinējs ir virzuļu iekšdedzes dzinējs, kurā darba process katrā no cilindriem notiek vienā kloķvārpstas apgriezienā, tas ir, divos virzuļa gājienos. Kompresijas un gājiena gājiens divtaktu dzinējā notiek tāpat kā četrtaktu motorā, taču cilindra tīrīšanas un uzpildīšanas procesi tiek apvienoti un tiek veikti nevis atsevišķos gājienos, bet gan īsā laikā, kad virzulis atrodas netālu no apakšējā nāves punkta (8. att.).
8. att. Divtaktu dzinējs
Sakarā ar to, ka divtaktu dzinējā ar vienādu cilindru skaitu un kloķvārpstas apgriezienu skaitu darba gājieni notiek divreiz biežāk, divtaktu dzinēju litru jauda ir lielāka nekā četrtaktu dzinējiem. takta dzinēji - teorētiski divas reizes, praksē 1,5-1,7 reizes, jo daļu no virzuļa lietderīgā gājiena aizņem gāzes apmaiņas procesi, un pati gāzes apmaiņa ir mazāk perfekta nekā četrtaktu dzinējos.
Atšķirībā no četrtaktu dzinējiem, kur izplūdes gāzu izvadīšanu un svaiga maisījuma iesūkšanu veic pats virzulis, divtaktu dzinējos gāzes apmaiņa tiek veikta, piegādājot darba maisījumu vai gaisu (dīzeļdzinējos) uz cilindru zem spiediena, ko rada atsūkšanas sūknis, un pats gāzes apmaiņas process tiek saukts par attīrīšanu. Attīrīšanas procesā svaigs gaiss (maisījums) izspiež sadegšanas produktus no cilindra izplūdes orgānos, ieņemot to vietu.
Atbilstoši attīrīšanas gaisa plūsmu (maisījumu) kustības organizēšanas metodei divtaktu dzinējus izšķir ar kontūru un tiešās plūsmas attīrīšanu.
Četrtaktu dzinējs ir virzuļu iekšdedzes dzinējs, kurā darba process katrā no cilindriem tiek pabeigts divos kloķvārpstas apgriezienos, tas ir, četros virzuļa gājienos (taktos). Šie sitieni ir:
Pirmais gājiens - ieplūde:
Šī cikla laikā virzulis pārvietojas no TDC uz BDC. Ieplūdes vārsts ir atvērts un izplūdes vārsts ir aizvērts. Caur ieplūdes vārstu cilindrs tiek piepildīts ar degošu maisījumu, līdz virzulis atrodas BDC, tas ir, tā tālāka kustība uz leju kļūst neiespējama. No iepriekš teiktā mēs jau zinām, ka virzuļa kustība cilindrā ir saistīta ar kloķa kustību un līdz ar to arī kloķvārpstas griešanos un otrādi. Tātad pirmajam dzinēja gājienam (kad virzulis virzās no TDC uz BDC) kloķvārpsta pagriežas par pusapgriezienu (9. att.).
9. att. Pirmais gājiens – iesūkšana
Otrais solis - kompresija .
Pēc tam, kad karburatora vai inžektora sagatavotais gaisa-degvielas maisījums nonāk cilindrā, sajaucas ar izplūdes gāzu paliekām un aiz tā aizveras ieplūdes vārsts, tas sāk darboties. Tagad ir pienācis brīdis, kad darba maisījums ir piepildījis cilindru un tam vairs nav kur iet: ieplūdes un izplūdes vārsti ir droši aizvērti. Šajā brīdī virzulis sāk kustēties no apakšas uz augšu (no BDC uz TDC) un mēģina nospiest darba maisījumu pret cilindra galvu. Tomēr, kā saka, viņam neizdosies dzēst šo maisījumu pulverī, jo virzulis
tā nevar, bet cilindra iekšējā telpa ir veidota tā (un attiecīgi tiek novietota kloķvārpsta un izvēlēti kloķa izmēri), lai virs virzuļa, kas atrodas TDC, vienmēr būtu, ja ne ļoti liels, bet brīva telpa - sadegšanas kamera. Līdz kompresijas gājiena beigām spiediens cilindrā palielinās līdz 0,8–1,2 MPa, un temperatūra sasniedz 450–500 °C. (10. att.)
10. att. Otrais cikls - saspiešana
Trešais cikls - darba gājiens (galvenais)
Trešais cikls ir vissvarīgākais brīdis, kad siltumenerģija tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā. Trešā gājiena sākumā (un faktiski kompresijas gājiena beigās) degmaisījums tiek aizdedzināts ar aizdedzes sveces palīdzību (11. att.)
11. att. Trešais cikls, darba gājiens.
Ceturtais pasākums – atbrīvošana
Šī procesa laikā ieplūdes vārsts ir aizvērts un izplūdes vārsts ir atvērts. Virzulis, virzoties no apakšas uz augšu (no BDC uz TDC), izspiež izplūdes gāzes, kas paliek cilindrā pēc sadegšanas un izplešanās caur atvērto izplūdes vārstu izplūdes kanālā (12. att.)
12. att. Atbrīvošana.
Visi četri cikli periodiski atkārtojas motora cilindrā, tādējādi nodrošinot tā nepārtrauktu darbību, un tiek saukti par darba ciklu.
2.3 Mūsdienīgi iekšdedzes dzinēji.
2.3.1. Iekšdedzes dzinējā ieviesti jauni dizaina risinājumi.
No Lenoir laikiem līdz mūsdienām iekšdedzes dzinējs ir piedzīvojis lielas izmaiņas. To izskats, ierīce, jauda ir mainījusies. Daudzus gadus dizaineri visā pasaulē ir mēģinājuši palielināt iekšdedzes dzinēja efektivitāti ar mazāku degvielas patēriņu, lai sasniegtu lielāku jaudu. Pirmais solis uz to bija rūpniecības attīstība, parādījās precīzāki darbgaldi DVS, iekārtu un jaunu (vieglo) metālu ražošanai. Nākamie soļi motoru būvniecībā bija atkarīgi no motoru īpašumtiesībām. Ēkas automašīnā bija nepieciešami jaudīgi, ekonomiski, kompakti, viegli kopjami, izturīgi dzinēji. Kuģu būvē,traktorbūvē,vai būtu nepieciešami vilces dzinēji ar lielu jaudas rezervi (galvenokārt dīzeļdzinēji).Aviācijā jaudīgi,neatteices,izturīgi dzinēji.
Lai sasniegtu iepriekš minētos parametrus, tika izmantoti lieli un zemi apgriezieni. Savukārt visiem dzinējiem mainījās kompresijas pakāpes, cilindru tilpumi, vārstu iestatījums, ieplūdes un izplūdes vārstu skaits uz vienu cilindru, kā arī maisījuma padeves cilindram metodes. Pirmie dzinēji bija ar diviem vārstiem, maisījums tika padots caur karburatoru, kas sastāvēja no gaisa difuzora, droseļvārsta un kalibrētas degvielas strūklas. Karburatori tika ātri modernizēti, pielāgojoties jauniem dzinējiem un to darbības režīmiem. Karburatora galvenais uzdevums ir degoša maisījuma sagatavošana un tā padeve dzinēja kolektoram. Turklāt tika izmantotas citas metodes, lai palielinātu iekšdedzes dzinēja jaudu un efektivitāti.
2.3.2. Izaicinājumi, ar kuriem saskaras dizaineri.
Tehnoloģiskais progress ir panācis tik tālu, ka iekšdedzes dzinēji ir mainījušies gandrīz līdz nepazīšanai. Kompresijas pakāpes iekšdedzes dzinēja cilindros ir pieaugušas līdz 15 kg/kv.cm benzīna dzinējiem un līdz 29 kg/kv.cm dīzeļdzinējiem. Vārstu skaits ir pieaudzis līdz 6 uz cilindru, no maziem dzinēja tilpumiem tie atņem jaudu, ko izmantoja liela apjoma dzinēji, piemēram: 1600 cc motoram tiek noņemts 120 ZS, bet dzinējam - 2400 cc. līdz 200 ZS Ar visu to prasības D.V.S. katru gadu palielinās. Tas ir saistīts ar patērētāja gaumi. Uz dzinējiem attiecas prasības, kas saistītas ar kaitīgo gāzu samazināšanu. Mūsdienās EURO-3 standarts ir ieviests Krievijā, bet EURO-4 standarts ir ieviests Eiropas valstīs. Tas piespieda dizaineri visā pasaulē pāriet uz jaunu degvielas padeves, vadības un dzinēja darbības veidu. Mūsu laikā par darbu D.V.S. kontrolē, pārvalda, mikroprocesors. Izplūdes gāzes pēcsadedzina dažāda veida katalizatori. Mūsdienu dizaineru uzdevums ir šāds: iepriecināt patērētāju, izveidojot motorus ar nepieciešamajiem parametriem un atbilst EURO-3, EURO-4 standartiem.
2.4. Priekšrocības un trūkumi
pār citiem iekšdedzes dzinēju veidiem.
Novērtējot D.V.S. priekšrocības un trūkumus. ar cita veida dzinējiem ir jāsalīdzina konkrēti dzinēju veidi.
2.5. Iekšdedzes dzinēja izmantošana.
D.V.S. izmanto daudzos transportlīdzekļos un rūpniecībā. Divtaktu dzinēji tiek izmantoti, ja mazs izmērs ir svarīgs, bet degvielas ekonomija ir salīdzinoši mazsvarīga, piemēram, motocikli, mazas motorlaivas, motorzāģi un motorizēti instrumenti. Četrtaktu dzinēji ir uzstādīti lielākajai daļai citu transportlīdzekļu.
3. Secinājums.
Mēs analizējām zinātnieku atklājumus un sasniegumus iekšdedzes dzinēju izgudrošanas jautājumā, noskaidrojām, kādas ir to priekšrocības un trūkumi.
4. Literatūras saraksts.
1. Iekšdedzes dzinēji, 1.-3.sēj., Maskava.. 1957.g.
2. Fizikas 8. klase. A.V. Periškins.
3. Wikipedia (bezmaksas enciklopēdija)
4. Žurnāls "Aiz stūres"
5. Liela uzziņu grāmata 5.-11.klašu skolēniem. Maskava. Izdevniecība Drofa.
5. Pieteikums
1. att http://images.yandex.ru
2. att http://images.yandex.ru
3. att http://images.yandex.ru
4. att http://images.yandex.ru
5. att http://images.yandex.ru
6. att http://images.yandex.ru
7. att http://images.yandex.ru
8. att http://images.yandex.ru
9. att http://images.yandex.ru
10. att http://images.yandex.ru
11. att http://images.yandex.ru
12. att http://images.yandex.ru
Tomēr apgaismes gāze bija piemērota ne tikai apgaismojumam.
Komerciāli veiksmīga iekšdedzes dzinēja izveides nopelns pieder beļģu mehāniķim Žanam Etjēnam Lenuāram. Strādājot galvanizācijas rūpnīcā, Lenuārs nāca klajā ar domu, ka gaisa un degvielas maisījumu gāzes dzinējā varētu aizdedzināt no elektriskās dzirksteles, un nolēma uzbūvēt dzinēju, pamatojoties uz šo ideju. Atrisinot problēmas, kas radās ceļā (stingrs gājiens un virzuļa pārkaršana, kas noveda pie iestrēgšanas), pārdomājot dzinēja dzesēšanas un eļļošanas sistēmu, Lenoir izveidoja funkcionējošu iekšdedzes dzinēju. 1864. gadā tika saražoti vairāk nekā trīs simti šādu dažādu jaudu dzinēju. Kļuvis bagāts, Lenuārs pārstāja strādāt pie savas automašīnas tālākas uzlabošanas, un tas noteica viņas likteni - viņu no tirgus izspieda modernāks dzinējs, ko radīja vācu izgudrotājs Augusts Otto un kurš saņēma patentu viņa gāzes izgudrošanai. dzinēja modelis 1864. gadā.
1864. gadā vācu izgudrotājs Augusto Otto noslēdza līgumu ar turīgo inženieri Langenu par sava izgudrojuma realizāciju – tika izveidota kompānija "Otto un kompānija". Ne Otto, ne Langens nebija pietiekamu zināšanu elektrotehnikā, un viņi atteicās no elektriskās aizdedzes. Tie aizdegās ar atklātu liesmu caur cauruli. Otto dzinēja cilindrs, atšķirībā no Lenoir dzinēja, bija vertikāls. Rotējošā vārpsta tika novietota virs cilindra sānos. Darbības princips: rotējoša vārpsta pacēla virzuli par 1/10 no cilindra augstuma, kā rezultātā zem virzuļa izveidojās retināta telpa un tika iesūkts gaisa un gāzes maisījums. Pēc tam maisījums aizdegas. Sprādziena laikā spiediens zem virzuļa palielinājās līdz aptuveni 4 atm. Šī spiediena ietekmē virzulis pacēlās, gāzes tilpums palielinājās un spiediens kritās. Virzulis, vispirms zem gāzes spiediena un pēc tam ar inerci, pacēlās, līdz zem tā tika izveidots vakuums. Tādējādi sadedzinātās degvielas enerģija tika izmantota dzinējā ar maksimālu pilnīgumu. Tas bija Otto galvenais oriģinālais atradums. Virzuļa darba gājiens uz leju sākās atmosfēras spiediena ietekmē, un pēc tam, kad spiediens cilindrā sasniedza atmosfēras spiedienu, atvērās izplūdes vārsts, un virzulis ar savu masu izspieda izplūdes gāzes. Pilnīgākas sadegšanas produktu izplešanās dēļ šī dzinēja efektivitāte bija ievērojami augstāka par Lenoir dzinēja efektivitāti un sasniedza 15%, tas ir, pārsniedza tā laika labāko tvaika dzinēju efektivitāti. Turklāt Otto dzinēji bija gandrīz piecas reizes ekonomiskāki par Lenoir dzinējiem, tie uzreiz kļuva ļoti pieprasīti. Turpmākajos gados tika saražoti apmēram pieci tūkstoši no tiem. Neskatoties uz to, Otto smagi strādāja, lai uzlabotu to dizainu. Drīz vien tika izmantots kloķa zobrats. Tomēr nozīmīgākais no viņa izgudrojumiem bija 1877. gadā, kad Otto saņēma patentu jaunam četrtaktu cikla dzinējam. Šis cikls joprojām ir pamatā lielākajai daļai gāzes un benzīna dzinēju darbības līdz šai dienai.
Iekšdedzes dzinēju veidi
virzuļdzinējs
rotācijas iekšdedzes dzinējs
Gāzes turbīnas iekšdedzes dzinējs
- Virzuļdzinēji - sadegšanas kamera atrodas cilindrā, kur kurināmā siltumenerģija tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā, kas no virzuļa translācijas kustības tiek pārvērsta rotācijas kustībā, izmantojot kloķa mehānismu.
ICE tiek klasificēti:
a) Pēc mērķa - tiek sadalīti transporta, stacionārajos un speciālajos.
b) Pēc izmantotās degvielas veida - vieglais šķidrums (benzīns, gāze), smagais šķidrums (dīzeļdegviela, kuģu mazuts).
c) Saskaņā ar degmaisījuma veidošanās metodi - ārējais (karburators, inžektors) un iekšējais (dzinēja cilindrā).
d) Saskaņā ar aizdedzes metodi (ar piespiedu aizdedzi, ar kompresijas aizdedzi, kalorizēšanu).
e) Atbilstoši cilindru novietojumam tie ir sadalīti vienā rindā, vertikālā, pretstatā ar vienu un divām kloķvārpstām, V-veida ar augšējo un apakšējo kloķvārpstu, VR-veida un W-veida, vienas rindas un dubultā. -rindu zvaigznes formas, H formas, divrindu ar paralēlām kloķvārpstām, "dubultais ventilators", rombveida, trīssiju un daži citi.
Benzīns
Benzīna karburators
Četrtaktu iekšdedzes dzinēju darba cikls aizņem divus pilnus kloķa apgriezienus, kas sastāv no četriem atsevišķiem gājieniem:
- uzņemšana,
- uzlādes kompresija,
- darba insults un
- atbrīvošana (izplūdes).
Darba ciklu maiņu nodrošina īpašs gāzes sadales mehānisms, visbiežāk to attēlo viena vai divas sadales vārpstas, stūmēju un vārstu sistēma, kas tieši nodrošina fāzes maiņu. Dažos iekšdedzes dzinējos šim nolūkam ir izmantotas spoles uzmavas (Ricardo), kurām ir ieplūdes un/vai izplūdes atveres. Cilindra dobuma komunikāciju ar kolektoriem šajā gadījumā nodrošināja spoles uzmavas radiālās un rotācijas kustības, atverot vajadzīgo kanālu ar logiem. Sakarā ar gāzes dinamikas īpatnībām - gāzu inerci, gāzes vēja rašanās laiku, ieplūdes, jaudas gājiena un izplūdes gājienu reālā četrtaktu cikla pārklāšanos, to sauc vārstu laika pārklāšanās. Jo lielāks ir dzinēja darba ātrums, jo lielāka ir fāžu pārklāšanās un jo lielāka tā ir, jo mazāks ir iekšdedzes dzinēja griezes moments pie maziem apgriezieniem. Tāpēc mūsdienu iekšdedzes dzinējos arvien vairāk tiek izmantotas ierīces, kas ļauj mainīt vārsta laiku darbības laikā. Īpaši piemēroti šim nolūkam ir dzinēji ar solenoīda vārstu vadību (BMW, Mazda). Lielākai elastībai ir pieejami arī mainīgas kompresijas pakāpes (SAAB) dzinēji.
Divtaktu dzinējiem ir daudz izkārtojuma iespēju un daudz dažādu strukturālo sistēmu. Jebkura divtaktu dzinēja pamatprincips ir virzuļa veiktspēja gāzes sadales elementa funkcijām. Darba cikls, stingri runājot, sastāv no trim cikliem: darba gājiens, kas ilgst no augšējā mirušā punkta ( TDC) līdz 20-30 grādiem līdz apakšējam miršanas punktam ( NMT), attīrīšana, kas faktiski apvieno ieplūdi un izplūdi, un kompresiju, kas ilgst no 20-30 grādiem pēc BDC līdz TDC. Attīrīšana no gāzes dinamikas viedokļa ir divtaktu cikla vājais posms. No vienas puses, nav iespējams nodrošināt pilnīgu svaigā lādiņa un izplūdes gāzu atdalīšanu, tāpēc vai nu svaigā maisījuma zudums ir neizbēgams, burtiski izlidojot izplūdes caurulē (ja iekšdedzes dzinējs ir dīzelis, mēs runājam par gaisa zudumu), no otras puses, darba gājiens ilgst nevis pusi no apgrozījuma, bet mazāk, kas pats par sevi samazina efektivitāti. Tajā pašā laikā ārkārtīgi svarīgā gāzes apmaiņas procesa ilgumu, kas četrtaktu dzinējā aizņem pusi no darba cikla, nevar palielināt. Divtaktu dzinējiem var nebūt gāzes sadales sistēmas. Taču, ja nerunājam par vienkāršotiem lētajiem dzinējiem, divtaktu dzinējs ir sarežģītāks un dārgāks, jo obligāti tiek izmantots pūtējs vai spiediena sistēma, CPG paaugstinātajam siltuma spriegumam ir nepieciešami dārgāki materiāli virzuļiem, gredzeniem. , cilindru uzlikas. Gāzes sadales elementa funkciju virzuļa veiktspēja nosaka, ka tā augstums nav mazāks par virzuļa gājienu + iztukšošanas logu augstumu, kas mopēdam ir nekritisks, bet ievērojami padara virzuli smagāku pat pie salīdzinoši mazām jaudām. . Ja jaudu mēra simtos zirgspēku, virzuļa masas palielināšanās kļūst par ļoti nopietnu faktoru. Vertikāli virzītu sadalītāja uzmavu ieviešana Ricardo dzinējos bija mēģinājums ļaut samazināt virzuļa izmēru un svaru. Sistēma izrādījās sarežģīta un dārga izpildē, izņemot aviāciju, šādi dzinēji nekur citur netika izmantoti. Izplūdes vārstiem (ar tiešās plūsmas vārstu attīrīšanu) ir divreiz lielāks siltuma blīvums salīdzinājumā ar četrtaktu izplūdes vārstiem un sliktāki apstākļi siltuma noņemšanai, un to ligzdām ir ilgāks tiešais kontakts ar izplūdes gāzēm.
Vienkāršākā pēc darbības secības un vissarežģītākā dizaina ziņā ir Fērbenksa-Morses sistēma, ko PSRS un Krievijā prezentēja galvenokārt D100 sērijas dīzeļlokomotīves. Šāds dzinējs ir simetriska divu vārpstu sistēma ar atšķirīgiem virzuļiem, no kuriem katrs ir savienots ar savu kloķvārpstu. Tādējādi šim dzinējam ir divas mehāniski sinhronizētas kloķvārpstas; tas, kas savienots ar izplūdes virzuļiem, ir par 20-30 grādiem priekšā ieplūdei. Pateicoties šim progresam, tiek uzlabota tīrīšanas kvalitāte, kas šajā gadījumā ir tiešā plūsma, un uzlabojas cilindra piepildījums, jo izplūdes logi jau ir aizvērti tīrīšanas beigās. Divdesmitā gadsimta 30. - 40. gados tika ierosinātas shēmas ar atšķirīgu virzuļu pāriem - rombveida, trīsstūrveida; Bija aviācijas dīzeļdzinēji ar trim radiāli novirzošiem virzuļiem, no kuriem divi bija ieplūdes un viens izplūdes. 1920. gados Junkers ierosināja vienas vārpstas sistēmu ar gariem klaņi, kas savienoti ar augšējo virzuļu pirkstiem ar īpašām šūpuļsvirām; augšējais virzulis pārnesa spēkus uz kloķvārpstu ar garu savienojošo stieņu pāri, un katram cilindram bija trīs kloķvārpstas. Uz šūpuļsvirām bija arī kvadrātveida sūkšanas dobumu virzuļi. Jebkuras sistēmas divtaktu dzinējiem ar atšķirīgiem virzuļiem būtībā ir divi trūkumi: pirmkārt, tie ir ļoti sarežģīti un lieli, un, otrkārt, izplūdes virzuļiem un uzmavām izplūdes logu zonā ir ievērojama termiskā spriedze un tendence. pārkarst. Izplūdes virzuļu gredzeni ir arī termiski nospriegoti, tie ir pakļauti koksēšanai un elastības zudumam. Šīs īpašības padara šādu dzinēju konstrukciju par nenozīmīgu uzdevumu.
Tiešās plūsmas vārstu izvadīšanas dzinēji ir aprīkoti ar sadales vārpstu un izplūdes vārstiem. Tas ievērojami samazina prasības materiāliem un CPG izpildei. Ieplūde tiek veikta caur cilindra čaulas logiem, ko atver virzulis. Tādā veidā tiek montēti lielākā daļa mūsdienu divtaktu dīzeļu. Loga laukums un uzmava apakšējā daļā daudzos gadījumos tiek dzesēti ar uzpūtes gaisu.
Gadījumos, kad viena no galvenajām prasībām dzinējam ir tā izmaksu samazināšana, tiek izmantoti dažāda veida kloķkameras kontūras loga-loga attīrīšanas veidi - cilpa, virzuļcilpa (deflektors) dažādās modifikācijās. Dzinēja parametru uzlabošanai tiek izmantoti dažādi projektēšanas paņēmieni - mainīgs ieplūdes un izplūdes kanālu garums, var atšķirties apvada kanālu skaits un izvietojums, tiek izmantotas spoles, rotējoši gāzes griezēji, uzmavas un aizkari, kas maina logu augstums (un attiecīgi ieplūdes un izplūdes sākuma momenti). Lielākā daļa šo dzinēju ir pasīvi dzesēti ar gaisu. To trūkumi ir salīdzinoši zemā gāzes apmaiņas kvalitāte un degmaisījuma zudums attīrīšanas laikā, vairāku cilindru klātbūtnē kloķa kameru sekcijas ir jāatdala un jānoblīvē, kloķvārpstas konstrukcija kļūst sarežģītāka un vairāk dārgi.
Iekšdedzes dzinējiem nepieciešamas papildu vienības
Iekšdedzes dzinēja trūkums ir tas, ka tas attīsta savu lielāko jaudu tikai šaurā apgriezienu diapazonā. Tāpēc iekšdedzes dzinēja būtisks atribūts ir transmisija. Tikai dažos gadījumos (piemēram, lidmašīnās) var iztikt bez sarežģītas transmisijas. Pasauli pamazām iekaro ideja par hibrīdauto, kurā dzinējs vienmēr strādā optimālajā režīmā.
Turklāt iekšdedzes dzinējam ir nepieciešama barošanas sistēma (degvielas un gaisa padevei - degvielas-gaisa maisījuma sagatavošanai), izplūdes sistēma (izplūdes gāzēm) un eļļošanas sistēma (paredzēta, lai samazinātu berzes spēkus motora mehānismos, aizsargātu dzinēja daļas no korozijas, kā arī kopā ar dzesēšanas sistēmu optimālu siltuma apstākļu uzturēšanai, dzesēšanas sistēmas (optimālu dzinēja termisko apstākļu uzturēšanai), palaišanas sistēmu (tiek izmantotas palaišanas metodes: elektriskais starteris, ar palīgierīces palīdzību iedarbināšanas dzinējs, pneimatiskais, ar cilvēka muskuļu spēka palīdzību, aizdedzes sistēma (gaisa-degvielas maisījuma aizdedzināšanai, izmanto dzirksteļaizdedzes dzinējos).
Skatīt arī
- Filips Lebons - franču inženieris, kurš 1801. gadā saņēma patentu iekšdedzes dzinējam, kas saspiež gāzes un gaisa maisījumu.
- Rotācijas dzinējs: konstrukcijas un klasifikācija
- Rotācijas virzuļdzinējs (Wankel dzinējs)
Piezīmes
Saites
- Bens Naits "Pieaugošs nobraukums" //Raksts par tehnoloģijām, kas samazina automobiļu iekšdedzes dzinēju degvielas patēriņu
Pašlaik iekšdedzes dzinējs ir galvenais automašīnu dzinēju veids. Iekšdedzes dzinējs (saīsināts nosaukums - ICE) ir siltuma dzinējs, kas pārvērš degvielas ķīmisko enerģiju mehāniskā darbā.
Ir šādi galvenie iekšdedzes dzinēju veidi: virzulis, rotācijas virzulis un gāzes turbīna. No uzrādītajiem dzinēju veidiem visizplatītākais ir virzuļu iekšdedzes dzinējs, tāpēc ierīce un darbības princips tiek apskatīts, izmantojot tā piemēru.
Tikumi virzuļu iekšdedzes dzinējs, kas nodrošināja tā plašo pielietojumu, ir: autonomija, daudzpusība (kombinācija ar dažādiem patērētājiem), zemas izmaksas, kompaktums, mazs svars, spēja ātri iedarbināt, vairāku degvielu.
Tomēr iekšdedzes dzinējiem ir vairākas nozīmīgas nepilnības, kas ietver: augstu trokšņa līmeni, lielu kloķvārpstas ātrumu, izplūdes gāzu toksicitāti, zemu resursu, zemu efektivitāti.
Atkarībā no izmantotās degvielas veida izšķir benzīna un dīzeļdzinējus. Alternatīvās degvielas, ko izmanto iekšdedzes dzinējos, ir dabasgāze, spirta degvielas - metanols un etanols, ūdeņradis.
No ekoloģijas viedokļa ūdeņraža dzinējs ir daudzsološs, jo. nerada kaitīgas emisijas. Kopā ar iekšdedzes dzinējiem ūdeņradis tiek izmantots, lai radītu elektroenerģiju automašīnu degvielas šūnās.
Iekšdedzes dzinēja ierīce
Virzuļa iekšdedzes dzinējam ir korpuss, divi mehānismi (kloķis un gāzes sadale) un vairākas sistēmas (ieplūdes, degvielas, aizdedzes, eļļošanas, dzesēšanas, izplūdes un vadības sistēma).
Dzinēja korpusā ir integrēts cilindru bloks un cilindra galva. Kloķa mehānisms pārvērš virzuļa turp un atpakaļ kustību kloķvārpstas rotācijas kustībā. Gāzes sadales mehānisms nodrošina savlaicīgu gaisa vai degvielas-gaisa maisījuma padevi cilindriem un izplūdes gāzu izvadīšanu.
Dzinēja vadības sistēma nodrošina iekšdedzes dzinēju sistēmu elektronisku vadību.
Iekšdedzes dzinēja darbība
Iekšdedzes dzinēja darbības princips ir balstīts uz gāzu termiskās izplešanās efektu, kas rodas degvielas-gaisa maisījuma sadegšanas laikā un nodrošina virzuļa kustību cilindrā.
Virzuļa iekšdedzes dzinēja darbība tiek veikta cikliski. Katrs darba cikls notiek divos kloķvārpstas apgriezienos un ietver četrus ciklus (četrtaktu dzinējs): ieplūde, kompresija, jaudas gājiens un izplūde.
Ieplūdes un jaudas gājienu laikā virzulis virzās uz leju, bet kompresijas un izplūdes gājiens virzās uz augšu. Darbības cikli katrā no dzinēja cilindriem nesakrīt fāzē, kas nodrošina vienmērīgu iekšdedzes dzinēja darbību. Dažās iekšdedzes dzinēju konstrukcijās darba cikls tiek īstenots divos ciklos - kompresijas un jaudas gājiens (divtaktu dzinējs).
Par ieplūdes gājienu ieplūdes un degvielas sistēmas nodrošina degvielas un gaisa maisījuma veidošanos. Atkarībā no konstrukcijas maisījumu veido ieplūdes kolektorā (benzīna dzinēju centrālā un daudzpunktu iesmidzināšana) vai tieši sadegšanas kamerā (benzīna dzinēju tiešā iesmidzināšana, dīzeļdzinēju iesmidzināšana). Atverot gāzes sadales mehānisma ieplūdes vārstus, sadegšanas kamerā tiek ievadīts gaiss vai degvielas-gaisa maisījums vakuuma dēļ, kas rodas virzulim virzoties uz leju.
Par kompresijas gājienu Ieplūdes vārsti aizveras, un gaisa un degvielas maisījums tiek saspiests dzinēja cilindros.
Insulta insults kopā ar degvielas un gaisa maisījuma aizdegšanos (piespiedu vai pašaizdegšanās). Aizdegšanās rezultātā veidojas liels daudzums gāzu, kas izdara spiedienu uz virzuli un liek tam virzīties uz leju. Virzuļa kustība caur kloķa mehānismu tiek pārvērsta kloķvārpstas rotācijas kustībā, ko pēc tam izmanto automašīnas virzīšanai.
Par taktisku atbrīvošanu atveras gāzes sadales mehānisma izplūdes vārsti, un izplūdes gāzes no cilindriem tiek izvadītas uz izplūdes sistēmu, kur tās tiek iztīrītas, atdzesētas un samazināts troksnis. Pēc tam gāzes tiek izlaistas atmosfērā.
Apsvērtais iekšdedzes dzinēja darbības princips ļauj saprast, kāpēc iekšdedzes dzinējam ir zema efektivitāte - aptuveni 40%. Konkrētā laika brīdī lietderīgs darbs parasti tiek veikts tikai vienā cilindrā, bet pārējos - nodrošināšanas cikli: ieplūde, kompresija, izplūde.
termiska izplešanās
Virzuļa iekšdedzes dzinēji
ICE klasifikācija
Virzuļu iekšdedzes dzinēju pamati
Darbības princips
Četrtaktu karburatora dzinēja darbības princips
Četrtaktu dīzeļdzinēja darbības princips
Divtaktu dzinēja darbības princips
Četrtaktu dzinēja darba cikls
Divtaktu dzinēju darba cikli
DZINĒJA DARBĪBU RAKSTUROJOŠI INDIKATORI
Vidējais norādītais spiediens un norādītā jauda
Efektīvā jauda un vidējais efektīvais spiediens
Indikatora efektivitāte un specifiskā indikatora degvielas patēriņš
Efektīva efektivitāte un specifisks efektīvais degvielas patēriņš
Motora termiskais balanss
Inovācijas
Ievads
Visu tautsaimniecības nozaru būtiskai izaugsmei nepieciešama liela preču un pasažieru skaita kustība. Augsta manevrēšanas spēja, spēja apvidus un pielāgoties darbam dažādos apstākļos padara automašīnu par vienu no galvenajiem preču un pasažieru pārvadāšanas līdzekļiem.
Liela nozīme mūsu valsts austrumu un nečernzemju reģionu attīstībā ir autotransportam. Attīstīta dzelzceļu tīkla trūkums un ierobežotā upju izmantošana kuģošanai padara automašīnu par galveno pārvietošanās līdzekli šajās teritorijās.
Autotransports Krievijā apkalpo visas tautsaimniecības nozares un ieņem vienu no vadošajām vietām valsts vienotajā transporta sistēmā. Autotransporta īpatsvars veido vairāk nekā 80% no visiem transporta veidiem kopā pārvadātajām precēm un vairāk nekā 70% no pasažieru plūsmas.
Autotransports tika izveidots, attīstoties jaunai tautsaimniecības nozarei - automobiļu rūpniecībai, kas šobrīd ir viena no galvenajām vietējās mašīnbūves saitēm.
Automašīnas radīšanas sākums tika likts pirms vairāk nekā divsimt gadiem (nosaukums "auto" cēlies no grieķu vārda autos - "self" un latīņu mobilis - "mobile"), kad viņi sāka ražot "pašauto" dzenošie" rati. Viņi pirmo reizi parādījās Krievijā. Krievu autodidaktiskais mehāniķis zemnieks L.Šamšurenkovs 1752. gadā izveidoja savam laikam gluži ideālu "pašbraucošu karieti", ko iekustināja divu cilvēku spēks. Vēlāk krievu izgudrotājs I.P.Kuļibins radīja "skūtera ratiņus" ar pedāļa piedziņu. Līdz ar tvaika dzinēja parādīšanos pašgājēju ratiņu izveide strauji attīstījās. 1869.-1870.gadā. J. Cugno Francijā un dažus gadus vēlāk Anglijā tika būvēti tvaika vagoni. Plaša automašīnas kā transportlīdzekļa izmantošana sākas ar ātrgaitas iekšdedzes dzinēja parādīšanos. 1885.gadā G.Daimlers (Vācija) uzbūvēja motociklu ar benzīna dzinēju, bet 1886.gadā K.Benzs - trīsriteņu ratus. Aptuveni tajā pašā laikā rūpnieciski attīstītajās valstīs (Francijā, Lielbritānijā, ASV) tika radītas automašīnas ar iekšdedzes dzinēju.
19. gadsimta beigās vairākās valstīs radās automobiļu rūpniecība. Cariskajā Krievijā vairākkārt tika mēģināts organizēt savu mašīnbūvi. 1908. gadā Krievijas-Baltijas vagonu rūpnīcā Rīgā tika organizēta automobiļu ražošana. Sešus gadus šeit tika ražotas automašīnas, kas montētas galvenokārt no importētām detaļām. Kopumā rūpnīcā tika uzbūvēta 451 vieglā automašīna un neliels skaits kravas automašīnu. 1913. gadā autostāvvietā Krievijā bija aptuveni 9000 automašīnu, no kurām lielākā daļa - ārvalstu produkcija. Pēc Lielās oktobra sociālistiskās revolūcijas iekšzemes automobiļu rūpniecība bija jārada gandrīz no jauna. Krievijas autobūves attīstības sākums aizsākās 1924. gadā, kad AMO rūpnīcā Maskavā tika uzbūvētas pirmās kravas automašīnas AMO-F-15.
Laika posmā no 1931.-1941. tiek radīta liela mēroga un masveida automašīnu ražošana. 1931. gadā AMO rūpnīcā sākās kravas automašīnu masveida ražošana. 1932. gadā sāka darboties rūpnīca GAZ.
1940. gadā Maskavas mazo automobiļu rūpnīca sāka mazo automašīnu ražošanu. Nedaudz vēlāk tika izveidota Urālas automobiļu rūpnīca. Pēckara piecu gadu plānu gados sāka darboties Kutaisi, Kremenčugas, Uļjanovskas, Minskas automobiļu rūpnīcas. Kopš 60. gadu beigām autobūves attīstībai ir raksturīgs īpaši straujš temps. 1971. gadā Volgas automobiļu rūpnīca nosaukta V.I. PSRS 50. gadadiena.
Pēdējos gados autobūves rūpnīcas ir apguvušas daudzus modernizētu un jaunu automobiļu iekārtu paraugus, tostarp lauksaimniecības, būvniecības, tirdzniecības, naftas un gāzes un mežsaimniecības nozarēs.
Iekšdedzes dzinēji
Pašlaik ir liels skaits ierīču, kas izmanto gāzu termisko izplešanos. Šādas ierīces ietver karburatora dzinēju, dīzeļdzinēju, turboreaktīvo dzinēju utt.
Siltumdzinējus var iedalīt divās galvenajās grupās:
1. Ārdedzes dzinēji - tvaika dzinēji, tvaika turbīnas, Stirlinga dzinēji u.c.
2. Iekšdedzes dzinēji. Kā automobiļu spēkstacijas visplašāk tiek izmantoti iekšdedzes dzinēji, kuros degšanas process
degviela ar siltuma izdalīšanos un tās pārveidošanu mehāniskā darbā notiek tieši cilindros. Lielākā daļa mūsdienu automašīnu ir aprīkotas ar iekšdedzes dzinējiem.
Ekonomiskākie ir virzuļdzinēji un kombinētie iekšdedzes dzinēji. Viņiem ir diezgan ilgs kalpošanas laiks, salīdzinoši mazi izmēri un svars. Par galveno šo dzinēju trūkumu jāuzskata virzuļa virzuļa kustība, kas saistīta ar kloķa mehānisma klātbūtni, kas sarežģī konstrukciju un ierobežo iespēju palielināt ātrumu, it īpaši ar ievērojamiem motora izmēriem.
Un tagad nedaudz par pirmajiem iekšdedzes dzinējiem. Pirmo iekšdedzes dzinēju (ICE) 1860. gadā izveidoja franču inženieris Etvens Lenuārs, taču šī mašīna joprojām bija ļoti nepilnīga.
1862. gadā franču izgudrotājs Bo de Roša ierosināja iekšdedzes dzinējā izmantot četrtaktu ciklu:
1. sūkšana;
2. saspiešana;
3. sadegšana un izplešanās;
4. izplūde.
Šo ideju izmantoja vācu izgudrotājs N. Otto, kurš 1878. gadā uzbūvēja pirmo četrtaktu iekšdedzes dzinēju. Šāda dzinēja efektivitāte sasniedza 22%, kas pārsniedza vērtības, kas iegūtas, izmantojot visu iepriekšējo tipu dzinējus.
Iekšdedzes dzinēju straujo izplatību rūpniecībā, transportā, lauksaimniecībā un stacionārajā enerģētikā noteica vairākas to pozitīvas īpašības.
Iekšdedzes dzinēja cikla realizācija vienā cilindrā ar zemiem zudumiem un ievērojamu temperatūras starpību starp siltuma avotu un ledusskapi nodrošina augstu šo dzinēju efektivitāti. Viena no iekšdedzes dzinēju pozitīvajām īpašībām ir augsta efektivitāte.
No iekšdedzes dzinējiem dīzelis šobrīd ir tāds dzinējs, kas ar vislielāko efektivitāti plašā jaudas izmaiņu diapazonā pārvērš degvielas ķīmisko enerģiju mehāniskā darbā. Šī dīzeļdzinēju kvalitāte ir īpaši svarīga, ņemot vērā to, ka naftas degvielas rezerves ir ierobežotas.
Pie iekšdedzes dzinēju pozitīvajām iezīmēm vajadzētu pieskaitīt arī to, ka tos var pieslēgt gandrīz jebkuram enerģijas patērētājam. Tas ir saistīts ar plašajām iespējām iegūt atbilstošos šo dzinēju jaudas un griezes momenta izmaiņu raksturlielumus. Attiecīgie dzinēji veiksmīgi tiek izmantoti automašīnām, traktoriem, lauksaimniecības mašīnām, dīzeļlokomotīvēm, kuģiem, spēkstacijām utt., t.i. Iekšdedzes dzinēji izceļas ar labu pielāgojamību patērētājam.
Iekšdedzes dzinēju salīdzinoši zemās sākotnējās izmaksas, kompaktums un nelielais svars ir ļāvis tos plaši izmantot elektrostacijās, kuras tiek plaši izmantotas un kurām ir mazs dzinēja nodalījums.
Iekārtām ar iekšdedzes dzinējiem ir liela autonomija. Pat lidmašīnas ar iekšdedzes dzinējiem var lidot desmitiem stundu, neuzpildot degvielu.
Svarīga iekšdedzes dzinēju pozitīva kvalitāte ir spēja tos ātri iedarbināt normālos apstākļos. Dzinēji, kas darbojas zemā temperatūrā, ir aprīkoti ar īpašām ierīcēm, lai atvieglotu un paātrinātu iedarbināšanu. Pēc iedarbināšanas motori var salīdzinoši ātri uzņemt pilnu slodzi. Iekšdedzes dzinējiem ir ievērojams bremzēšanas moments, kas ir ļoti svarīgi, izmantojot tos transporta iekārtās.
Dīzeļu pozitīvā kvalitāte ir viena dzinēja spēja darboties ar daudzām degvielām. Tik zināmi ir automobiļu daudzdegvielu dzinēju, kā arī lieljaudas kuģu dzinēju konstrukcijas, kas darbojas ar dažādu degvielu - no dīzeļdegvielas līdz katleļļai.
Bet kopā ar iekšdedzes dzinēju pozitīvajām īpašībām tiem ir vairāki trūkumi. Tostarp kopējā jauda ir ierobežota, salīdzinot, piemēram, ar tvaika un gāzes turbīnām, augstu trokšņa līmeni, salīdzinoši lielu kloķvārpstas ātrumu palaišanas laikā un neiespējamību to tieši savienot ar patērētāja piedziņas riteņiem, izplūdes gāzu toksicitāti. , virzuļa virzuļa kustība, kas ierobežo ātrumu un izraisa nelīdzsvarotu inerces spēku un momentu rašanos no tiem.
Bet iekšdedzes dzinējus, to izstrādi un pielietojumu radīt nebūtu iespējams, ja ne termiskās izplešanās efekts. Galu galā termiskās izplešanās procesā gāzes, kas uzkarsētas līdz augstai temperatūrai, veic noderīgu darbu. Sakarā ar strauju maisījuma sadegšanu iekšdedzes dzinēja cilindrā strauji paaugstinās spiediens, kura ietekmē virzulis pārvietojas cilindrā. Un tā ir ļoti nepieciešamā tehnoloģiskā funkcija, t.i. spēka darbība, augsta spiediena radīšana, ko veic termiskā izplešanās un kam šī parādība tiek izmantota dažādās tehnoloģijās, un jo īpaši iekšdedzes dzinējos.
Temats: IEKŠDEDZES DZINĒJI.
Lekcijas plāns:
2. Iekšdedzes dzinēju klasifikācija.
3. Iekšdedzes dzinēja vispārējais izkārtojums.
4. Pamatjēdzieni un definīcijas.
5. ICE degvielas.
1. Iekšdedzes dzinēju definīcija.
Iekšdedzes dzinēji (ICE) tiek saukti par virzuļdzinēju siltumdzinēju, kurā degvielas sadegšanas, siltuma izdalīšanās un tā pārvēršanās mehāniskā darbā procesi notiek tieši tā cilindrā.
2. Iekšdedzes dzinēju klasifikācija
Saskaņā ar iekšdedzes dzinēja darba cikla īstenošanas metodi iedala divās plašās kategorijās:
1) četrtaktu iekšdedzes dzinēji, kuros darba cikls katrā cilindrā veic četrus virzuļa gājienus vai divus kloķvārpstas apgriezienus;
2) divtaktu iekšdedzes dzinēji, kuros darba cikls katrā cilindrā notiek divos virzuļa gājienos vai vienā kloķvārpstas apgriezienā.
Saskaņā ar sajaukšanas metodiČetrtaktu un divtaktu iekšdedzes dzinēji izšķir:
1) Iekšdedzes dzinēji ar ārējo sajaukšanu, kuros degmaisījums veidojas ārpus cilindra (tie ietver karburatora un gāzes dzinējus);
2) ICE ar iekšējo sajaukšanu, kurā degmaisījums veidojas tieši cilindra iekšpusē (tie ietver dīzeļdzinējus un dzinējus ar vieglas degvielas iesmidzināšanu cilindrā).
Saskaņā ar aizdedzes metodi izšķir degošus maisījumus:
1) ICE ar degoša maisījuma aizdegšanos no elektriskās dzirksteles (karburators, gāzes un vieglās degvielas iesmidzināšana);
2) ICE ar degvielas aizdegšanos maisījuma veidošanās procesā no augstas saspiesta gaisa temperatūras (dīzeļdzinēji).
Pēc izmantotās degvielas veida atšķirt:
1) iekšdedzes dzinēji, kas darbojas ar vieglo šķidro degvielu (benzīnu un petroleju);
2) iekšdedzes dzinēji, kas darbojas ar smago šķidro degvielu (gāzeļļu un dīzeļdegvielu);
3) iekšdedzes dzinēji, kas darbojas ar gāzes degvielu (saspiesta un sašķidrināta gāze; gāze, kas nāk no speciāliem gāzes ģeneratoriem, kuros ar skābekļa trūkumu tiek sadedzināts cietais kurināmais - malka vai ogles).
Saskaņā ar dzesēšanas metodi atšķirt:
1) ar šķidrumu dzesējams iekšdedzes dzinējs;
2) ICE ar gaisa dzesēšanu.
Atbilstoši cilindru skaitam un izvietojumam atšķirt:
1) viena un vairāku cilindru iekšdedzes dzinēji;
2) viena rinda (vertikāli un horizontāli);
3) divrindu (-formas, ar pretējiem cilindriem).
Pēc pieraksta atšķirt:
1) pārvadā iekšdedzes dzinējus, kas uzstādīti dažādiem transportlīdzekļiem (automašīnām, traktoriem, celtniecības transportlīdzekļiem un citiem objektiem);
2) stacionārs;
3) speciāli iekšdedzes dzinēji, kuriem parasti ir palīgfunkcija.
3. Iekšdedzes dzinēja vispārējais izvietojums
Mūsdienu tehnoloģijās plaši izmantoti iekšdedzes dzinēji sastāv no diviem galvenajiem mehānismiem: kloķa un gāzes sadales; un piecas sistēmas: barošanas, dzesēšanas, eļļošanas, palaišanas un aizdedzes sistēmas (karburatorā, gāzē un dzinējos ar vieglās degvielas iesmidzināšanu).
kloķa mehānisms paredzēti, lai uztvertu gāzu spiedienu un pārvērstu virzuļa taisnvirziena kustību kloķvārpstas rotācijas kustībā.
Gāzes sadales mehānisms paredzēts balona piepildīšanai ar degošu maisījumu vai gaisu un balona attīrīšanai no sadegšanas produktiem.
Četrtaktu dzinēju gāzes sadales mehānisms sastāv no ieplūdes un izplūdes vārstiem, ko darbina sadales vārpsta (sadales vārpsta, kas tiek virzīta no kloķvārpstas caur zobratu bloku. Sadales vārpstas griešanās ātrums ir uz pusi mazāks nekā kloķvārpstas griešanās ātrums.
Gāzes sadales mehānisms divtaktu dzinēji parasti tiek izgatavoti divu šķērsvirzienu (caurumu) veidā cilindrā: izplūdes un ieplūdes, kas tiek atvērti secīgi virzuļa gājiena beigās.
Piegādes sistēma ir paredzēts, lai sagatavotu un ievadītu virzuļa telpā vajadzīgās kvalitātes degmaisījumu (karburators un gāzes dzinēji) vai izsmidzinātās degvielas porcijas noteiktā brīdī (dīzeļdzinēji).
Karburatora dzinējos degviela ar sūkņa vai gravitācijas palīdzību nonāk karburatorā, kur tā noteiktā proporcijā sajaucas ar gaisu un caur ieplūdes vārstu vai atveri nonāk cilindrā.
Gāzes dzinējos gaiss un deggāze tiek sajaukti īpašos maisītājos.
Dīzeļdzinējos un iekšdedzes dzinējos ar vieglās degvielas iesmidzināšanu degviela cilindrā tiek piegādāta noteiktā brīdī, parasti izmantojot virzuļa sūkni.
Dzesēšanas sistēma ir paredzēts piespiedu siltuma noņemšanai no apsildāmām daļām: cilindru bloka, cilindra galvas utt. Atkarībā no siltumu atdalošās vielas veida izšķir šķidruma un gaisa dzesēšanas sistēmas.
Šķidruma dzesēšanas sistēma sastāv no kanāliem, kas aptver cilindrus (šķidruma apvalks), šķidruma sūkņa, radiatora, ventilatora un vairākiem palīgelementiem. Radiatorā atdzesētais šķidrums ar sūkņa palīdzību tiek iesūknēts šķidruma apvalkā, atdzesē cilindru bloku, uzsilst un atkal nonāk radiatorā. Radiatorā šķidrums tiek atdzesēts, pateicoties pretimnākošajai gaisa plūsmai un ventilatora radītajai plūsmai.
Gaisa dzesēšanas sistēma ir dzinēja cilindru spuras, ko izpūš ienākošā vai ventilatora radītā gaisa plūsma.
Eļļošanas sistēma kalpo nepārtrauktai smērvielas padevei berzes vienībām.
Palaišanas sistēma ir paredzēts ātrai un uzticamai dzinēja iedarbināšanai un parasti ir palīgdzinējs: elektriskais (starter) vai mazjaudas benzīns).
Aizdedzes sistēma izmanto karburatora dzinējos un kalpo degmaisījuma aizdedzināšanai, izmantojot elektrisko dzirksteli, kas izveidota aizdedzes svecē, kas ieskrūvēta dzinēja cilindra galvā.
4. Pamatjēdzieni un definīcijas
augšējais mirušais centrs- TDC, izsauciet virzuļa pozīciju, kas atrodas vistālāk no kloķvārpstas ass.
apakšējais mirušais centrs- BDC, izsauciet virzuļa pozīciju, kas atrodas vismazāk no kloķvārpstas ass.
Mirušos punktos virzuļa ātrums ir , jo tie maina virzuļa kustības virzienu.
Tiek saukta virzuļa kustība no TDC uz BDC vai otrādi virzuļa gājiens un ir apzīmēts.
Cilindra dobuma tilpumu, kad virzulis atrodas BDC, sauc par kopējo cilindra tilpumu un apzīmē ar .
Dzinēja kompresijas pakāpe ir cilindra kopējā tilpuma attiecība pret sadegšanas kameras tilpumu.
Kompresijas pakāpe parāda, cik reižu virzuļa telpas tilpums samazinās, virzulim pārvietojoties no BDC uz TDC. Kā tiks parādīts nākotnē, kompresijas pakāpe lielā mērā nosaka jebkura iekšdedzes dzinēja efektivitāti (efektivitāti).
Tiek saukta virzuļa telpā esošo gāzu spiediena grafiskā atkarība no virzuļa telpas tilpuma, virzuļa kustības vai kloķvārpstas griešanās leņķa. dzinēja indikatoru diagramma.
5. ICE degviela
5.1. Degviela karburatora dzinējiem
Benzīns tiek izmantots kā degviela karburatora dzinējos. Galvenais benzīna termiskais rādītājs ir tā zemākā siltumspēja (apmēram 44 MJ/kg). Benzīna kvalitāti novērtē pēc tā galvenajām ekspluatācijas un tehniskajām īpašībām: nepastāvība, pretdetonācijas izturība, termiski oksidatīvā stabilitāte, mehānisko piemaisījumu un ūdens neesamība, stabilitāte uzglabāšanas un transportēšanas laikā.
Benzīna nepastāvība raksturo tā spēju pāriet no šķidrās fāzes uz tvaika fāzi. Benzīna nepastāvību nosaka tā frakcionētais sastāvs, ko konstatē, destilējot to dažādās temperatūrās. Benzīna nepastāvību vērtē pēc benzīna 10, 50 un 90% viršanas temperatūras. Tā, piemēram, 10% benzīna viršanas temperatūra raksturo tā sākuma īpašības. Jo lielāka nepastāvība zemā temperatūrā, jo labāka ir benzīna kvalitāte.
Benzīnam ir atšķirīga pretdetonācijas pretestība, t.i. atšķirīga tieksme uz detonāciju. Benzīna pretdetonācijas pretestību novērtē pēc oktānskaitļa (OC), kas ir skaitliski vienāds ar izooktāna tilpuma procentuālo daudzumu izooktāna un heptāna maisījumā, kam ir atšķirīga detonācijas pretestība šai degvielai. Izooktāna oktānskaitli uzskata par 100, un heptāna oktānskaitli uzskata par nulli. Jo augstāks ir benzīna oktānskaitlis, jo mazāka ir tā detonācijas tendence.
Lai palielinātu OCh, benzīnam tiek pievienots etilšķidrums, kas sastāv no tetraetilsvina (TES) - antidetonācijas līdzekļa un dibrometēna - attīrītāja. Benzīnam pievieno etilšķidrumu 0,5-1 cm 3 apjomā uz 1 kg benzīna. Benzīnus, kam pievienots etilšķidrums, sauc par svina benzīnu, tie ir indīgi, un tos lietojot, jāievēro piesardzības pasākumi. Benzīns ar svinu ir sarkani oranžs vai zili zaļš.
Benzīns nedrīkst saturēt kodīgas vielas (sēru, sēra savienojumus, ūdenī šķīstošas skābes un sārmus), jo to klātbūtne izraisa dzinēja detaļu koroziju.
Benzīna termiski oksidatīvā stabilitāte raksturo tā izturību pret sveķu un oglekļa veidošanos. Paaugstināta kvēpu un darvas veidošanās izraisa siltuma aizvades pasliktināšanos no sadegšanas kameras sienām, sadegšanas kameras tilpuma samazināšanos un normālas degvielas padeves traucējumus dzinējam, kā rezultātā samazinās dzinēja jauda un efektivitāti.
Benzīns nedrīkst saturēt mehāniskus piemaisījumus un ūdeni. Mehānisko piemaisījumu klātbūtne izraisa filtru, degvielas vadu, karburatora kanālu aizsērēšanu un palielina cilindru sienu un citu detaļu nodilumu. Ūdens klātbūtne benzīnā apgrūtina dzinēja iedarbināšanu.
Benzīna uzglabāšanas stabilitāte raksturo tā spēju saglabāt sākotnējās fizikālās un ķīmiskās īpašības uzglabāšanas un transportēšanas laikā.
Automobiļu benzīni ir apzīmēti ar burtu A ar digitālo indeksu, tie parāda OC vērtību. Saskaņā ar GOST 4095-75 tiek ražots A-66, A-72, A-76, AI-93, AI-98 benzīns.
5.2. Degviela dīzeļdzinējiem
Dīzeļdzinējos izmanto dīzeļdegvielu, kas ir naftas pārstrādes produkts. Dīzeļdzinējos izmantotajai degvielai jābūt ar šādām pamatīpašībām: optimāla viskozitāte, zema iesūkšanās temperatūra, augsta aizdegšanās tendence, augsta termiskā un oksidatīvā stabilitāte, augstas pretkorozijas īpašības, mehānisku piemaisījumu un ūdens trūkums, laba uzglabāšanas un transportēšanas stabilitāte.
Dīzeļdegvielas viskozitāte ietekmē degvielas padevi un izsmidzināšanu. Ja degvielas viskozitāte ir nepietiekama, noplūde vainagojas caur sprauslām sprauslas sprauslās un degvielas sūkņa inertajos pāros, un pie augstas viskozitātes pasliktinās degvielas padeves, izsmidzināšanas un maisījuma veidošanās procesi dzinējā. Degvielas viskozitāte ir atkarīga no temperatūras. Degvielas sastingšanas punkts ietekmē degvielas padeves procesu no degvielas tvertnes. dzinēja cilindros. Tāpēc degvielai jābūt ar zemu sastingšanas temperatūru.
Degvielas aizdegšanās tendence ietekmē degšanas procesa gaitu. Dīzeļdegvielas, kurām ir augsta aizdegšanās tendence, nodrošina vienmērīgu sadegšanas procesa plūsmu, bez strauja spiediena pieauguma, degvielas uzliesmojamību novērtē pēc cetānskaitļa (CN), kas skaitliski ir vienāds ar cetāna tilpums cetāna un alfametilnaftalīna maisījumā, kas pēc uzliesmojamības ir līdzvērtīgs šai degvielai. Dīzeļdegvielai CCH = 40-60.
Dīzeļdegvielas termiski oksidatīvā stabilitāte raksturo tās izturību pret sveķu un oglekļa veidošanos. Paaugstināta kvēpu un darvas veidošanās izraisa siltuma aizvadīšanas pasliktināšanos no sadegšanas kameras sienām un degvielas padeves pārtraukumu caur sprauslām dzinējam, kā rezultātā samazinās dzinēja jauda un efektivitāte.
Dīzeļdegviela nedrīkst saturēt kodīgas vielas, jo to klātbūtne izraisa degvielas padeves iekārtu un dzinēja daļu koroziju. Dīzeļdegviela nedrīkst saturēt mehāniskus piemaisījumus un ūdeni. Mehānisko piemaisījumu klātbūtne izraisa filtru, degvielas vadu, inžektoru, degvielas sūkņa kanālu aizsērēšanu un palielina dzinēja degvielas aprīkojuma daļu nodilumu. Dīzeļdegvielas stabilitāte raksturo tās spēju saglabāt sākotnējās fizikālās un ķīmiskās īpašības uzglabāšanas un transportēšanas laikā.
Autotraktoru dīzeļdzinējiem tiek izmantotas rūpnieciski ražotas degvielas: DL - dīzeļdegviela vasarā (pie temperatūras virs 0 ° C), DZ - dīzeļdegviela ziemas (temperatūrai līdz -30 ° C); JĀ - dīzeļdegviela arktiskā (temperatūrā zem -30 ° C) (GOST 4749-73).
