Муніципальна освітня установа
Середня загальноосвітня школа №6
Реферат з фізики на тему:
Двигун внутрішнього згорання. Їх переваги та недоліки.
Учня 8 «А» класу
Бутрінова Олександра
Вчитель: Шульпіна Таїсія Володимирівна
1. Введення……………………………………………………………….. Стр.3
1.1.Мета роботи
1.2.Завдання
2. Основна частина.
2.1.Історія створення двигунів внутрішнього згоряння………………. стор.4
2.2.Общее пристрій двигунів внутрішнього згоряння……………… Стр.7
2.2.1. Пристрій двотактного та чотиритактного двигунів
внутрішнього згоряння;……………………………………….……………..Стр.15
2.3.Сучасні двигуни внутрішнього згоряння.
2.3.1. Нові конструкторські рішення, впроваджені в двигун внутрішнього згоряння;……………………………………………………………………Стор. 21
2.3.2. Завдання, що стоять перед конструкторами……………………Стр.22
2.4. Перевага та недоліки над іншими типами двигунів внутрішнього згоряння ……………………………………………………..Стр.23
2.5. Застосування двигуна внутрішнього згоряння..…………………….Стр.25
3.Ув'язнене ……………………………………………………………….Стр.26
4.Список литературы……………………………………………………..Стр.27
5. Додатки …………………………………………………………….Стр.28
1. Введення.
1.1. Мета роботи:
Проаналізувати відкриття та досягнення вчених з питання винаходу та застосування двигуна внутрішнього згоряння (Д.В.С.), розповісти про його переваги та недоліки.
1.2. Завдання:
1.Вивчити необхідну літературу та відпрацювати матеріал
2. Провести теоретичні дослідження (Д.В.С.)
3.З'ясувати які з (Д.В.С.) краще.
2. Основна частина.
2.1 .Історія створення двигуна внутрішнього згоряння .
Проект першого двигуна внутрішнього згоряння належить відомому винахіднику годинникового анкера Християну Гюйгенсу і запропонований ще в XVII столітті. Цікаво, що як паливо передбачалося використовувати порох, а сама ідея була підказана артилерійським знаряддям. Усі спроби Дениса Папена збудувати машину на такому принципі, успіхом не увінчалися. Історично перший працюючий двигун внутрішнього згоряння запатентований 1859 р. бельгійським винахідником Жаном Жозефом Етьєном Ленуаром.
У двигуна Ленуара низький термічний ККД, крім того, порівняно з іншими поршневими двигунами внутрішнього згоряння, у нього була вкрай низька потужність, що знімається з одиниці робочого об'єму циліндра.
Двигун з 18-літровим циліндром розвивав потужність всього в 2 кінські сили. Ці недоліки були наслідком того, що у двигуні Ленуара відсутнє стиснення паливної суміші перед запаленням. Рівнопотужний двигун Отто (в циклі якого був передбачений спеціальний такт стиснення) важив у кілька разів менше, і був набагато компактнішим.
Навіть очевидні переваги двигуна Ленуара - відносно малий шум (наслідок вихлопу практично при атмосферному тиску), і низький рівень вібрацій (наслідок більш рівномірного розподілу робочих ходів за циклом), не допомогли йому витримати конкуренцію.
Однак у процесі експлуатації двигунів з'ясувалося, що витрати газу на кінську силу становлять 3 куб/м. на годину на місце передбачуваного орієнтовно 0,5 куб/м. Коефіцієнт корисної дії двигуна Ленуара становив лише 3,3%, тоді як парові машини того часу досягали к. п. д. 10%.
У 1876 р. Отто і Ланген виставили другий Паризької всесвітньої виставці новий двигун потужністю 0,5 к.с.(рис.№2)
Рис.2 Двигун Отто
Незважаючи на недосконалість конструкції цього двигуна, що нагадує перші пароатмосферні машини, він показав високу на той час економічність; витрата газу складала, 82 куб/м. на кінську силу за годину та к.п.д. становив 14%. За 10 років для дрібної промисловості було виготовлено близько 10 000 таких двигунів.
У 1878 р. Отто збудував за ідеєю Боуде-Роша чотиритактний двигун. Одночасно з використанням газу як паливо почала розроблятися ідея використання парів бензину, газоліну, лігроїну як матеріал для горючої суміші, а з 90-х років і гасу. Витрата пального в цих двигунах становила близько 0,5 кг на кінську силу за годину.
З того часу двигуни внутрішнього згоряння (Д.В.С.) змінилися за конструкцією, за принципом роботи, використовуваних матеріалів під час виготовлення. Двигуни внутрішнього згоряння стали потужнішими, компактнішими, легшими, але все ж у ДВС з кожних 10 літрів палива тільки близько 2 літрів використовується на корисну роботу, решта 8 літрів згоряють марно. Тобто ККД ДВС становить лише 20%.
2. 2. Загальний пристрій двигуна внутрішнього згоряння.
У основі роботи кожного Д.В.С. лежить рух поршня в циліндрі під впливом тиску газів, які утворюються при згорянні паливної суміші, що називається надалі робочою. При цьому горить не саме паливо. Горять лише його пари, змішані з повітрям, які є робочою сумішшю для ДВС. Якщо підпалити цю суміш, вона миттєво згоряє, багаторазово збільшуючись обсягом. А якщо помістити суміш у замкнутий об'єм, а одну стінку зробити рухомою, то на цю стінку
впливатиме величезний тиск, який рухатиме стінку.
Д.В.С., що використовуються на легкових автомобілях, складаються з двох механізмів: кривошипно-шатунного та газорозподільного, а також з наступних систем:
· живлення;
· Випуску відпрацьованих газів;
· Запалювання;
· Охолодження;
· Змащення.
Основні деталі ДВЗ:
· Головка блоку циліндрів;
· Циліндри;
· Поршні;
· поршневі кільця;
· Поршневі пальці;
· Шатуни;
· колінчастий вал;
· маховик;
· Розподільний вал з кулачками;
· Клапани;
· свічки запалювання.
Більшість сучасних автомобілів малого та середнього класу оснащені чотирициліндровими двигунами. Існують мотори і більшого об'єму – з вісьмома і навіть дванадцятьма циліндрами (рис. 3). Чим більший обсяг двигуна, тим він потужніший і тим вище споживання палива.
Принцип роботи ДВЗ найпростіше розглядати на прикладі одноциліндрового бензинового двигуна. Такий двигун складається з циліндра із внутрішньою дзеркальною поверхнею, до якого прикручена знімна головка. У циліндрі знаходиться поршень циліндричної форми - склянка, що складається з голівки та спідниці (рис. 4). На поршні є канавки, у яких встановлені поршневі кільця. Вони забезпечують герметичність простору над поршнем, не даючи можливості газам, що утворюються під час роботи двигуна, проникати під поршень. Крім того, поршневі кільця не допускають попадання олії в простір над поршнем (олія призначена для мастила внутрішньої поверхні циліндра). Іншими словами, ці кільця відіграють роль ущільнювачів і поділяються на два види: компресійні (ті, що не пропускають гази) і маслознімні (що перешкоджають попаданню олії в камеру згоряння) (рис. 5).
Мал. 3.Схеми розташування циліндрів у двигунах різного компонування:
а - чотирициліндрові; б – шестициліндрові; в - дванадцятициліндрові (α - кут розвалу)
Мал. 4.Поршень
Суміш бензину з повітрям, виготовлена карбюратором або інжектором, потрапляє в циліндр, де стискається поршнем і підпалюється іскрою від свічки запалювання. Згоряючи та розширюючись, вона змушує поршень рухатися вниз.
Так теплова енергія перетворюється на механічну.
Мал. 5.Поршень із шатуном:
1 - шатун у зборі; 2 – кришка шатуна; 3 – вкладиш шатуна; 4 – гайка болта; 5 – болт кришки шатуна; 6 – шатун; 7 – втулка шатуна; 8 - стопорні кільця; 9 - палець поршня; 10 – поршень; 11 - маслознімне кільце; 12, 13 - компресійні кільця
Далі слідує перетворення ходу поршня в обертання валу. Для цього поршень за допомогою пальця та шатуна шарнірно з'єднаний з кривошипом колінчастого валу, що обертається на підшипниках, встановлених у картері двигуна (рис. 6).
Мал. 6Колінчастий вал з маховиком:
1 - колінчастий вал; 2 – вкладиш шатунного підшипника; 3 - завзяті півкільця; 4 – маховик; 5 – шайба болтів кріплення маховика; 6 - вкладиші першого, другого, четвертого та п'ятого корінних підшипників; 7 - вкладиш центрального (третього) підшипника
В результаті переміщення поршня в циліндрі зверху вниз і назад через шатун відбувається обертання колінчастого валу.
Верхньою мертвою точкою (ВМТ) називається верхнє положення поршня в циліндрі (тобто місце, де поршень перестає рухатися вгору і готовий почати рух вниз) (див. рис. 4).
Найнижче положення поршня в циліндрі (тобто місце, де поршень перестає рухатися вниз і готовий почати рух вгору) називають нижньою мертвою точкою (НМТ) (див. рис.4).
Відстань між крайніми положеннями поршня (від ВМТ до НМТ) називається перебігом поршня.
Коли поршень переміщається згори донизу (від ВМТ до НМТ), обсяг над ним змінюється від мінімального до максимального. Мінімальний об'єм у циліндрі над поршнем при його положенні у ВМТ – це камера згоряння.
А об'єм над циліндром, коли він знаходиться у НМТ, називають робочим об'ємом циліндра. У свою чергу, робочий об'єм усіх циліндрів двигуна у сумі, виражений у літрах, називається робочим об'ємом двигуна. Повним об'ємом циліндра називається сума його робочого об'єму та об'єму камери згоряння в момент знаходження поршня НМТ.
Важливою характеристикою ДВЗ є його ступінь стиснення, що визначається як відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння. Ступінь стиснення показує, у скільки разів стискається паливоповітряна суміш, що поступила в циліндр при переміщенні поршня від НМТ до ВМТ. У бензинових двигунів ступінь стиснення знаходиться в межах 6-14, у дизельних - 14-24. Ступінь стиснення багато в чому визначає потужність двигуна та його економічність, а також суттєво впливає на токсичність газів, що відпрацювали.
Потужність двигуна вимірюється в кіловат або в кінських силах (використовується частіше). У цьому 1 л. с. дорівнює приблизно 0,735 квт. Як ми вже говорили, робота двигуна внутрішнього згоряння заснована на використанні сили тиску газів, що утворюються при згорянні в циліндрі паливоповітряної суміші.
У бензинових і газових двигунах суміш запалюється від свічки запалювання (мал. 7), у дизельних - від стискування.
Мал. 7Свіча запалювання
При роботі одноциліндрового двигуна його колінчастий вал обертається нерівномірно: у момент згоряння горючої суміші різко прискорюється, а решту часу сповільнюється. Для підвищення рівномірності обертання на колінчастому валу, що виходить назовні з корпусу двигуна, закріплюють масивний диск – маховик (див. рис. 6). Коли двигун працює, вал із маховиком обертаються.
2.2.1. Влаштування двотактного та чотиритактного
двигунів внутрішнього згоряння;
Двотактний двигун - поршневий двигун внутрішнього згоряння, в якому робочий процес у кожному з циліндрів відбувається за один оборот колінчастого валу, тобто за два ходи поршня. Такти стиснення та робочого ходу в двотактному двигуні відбуваються так само, як і в чотиритактному, але процеси очищення та наповнення циліндра поєднані та здійснюються не в рамках окремих тактів, а за короткий час, коли поршень знаходиться поблизу нижньої мертвої точки (рис.8).
Рис.8 Двотактний двигун
У зв'язку з тим, що у двотактному двигуні, при рівній кількості циліндрів і кількості обертів колінчастого валу, робочі ходи відбуваються вдвічі частіше, літрова потужність двотактних двигунів вища, ніж чотиритактні - теоретично вдвічі, на практиці в 1,5-1,7 рази, оскільки частину корисного ходу поршня займають процеси газообміну, а сам газообмін менш досконалий, ніж чотиритактних двигунів.
На відміну від чотиритактних двигунів, де витіснення відпрацьованих газів та всмоктування свіжої суміші здійснюється самим поршнем, у двотактних двигунах газообмін виконується за рахунок подачі в циліндр робочої суміші або повітря (у дизелях) під тиском, створюваним продувним насосом, а сам процес газообміну отримав назву - продування. У процесі продування, свіже повітря (суміш) витісняє продукти згоряння з циліндра у випускні органи, займаючи їхнє місце.
За способом організації руху потоків продувного повітря (суміші), розрізняють двотактні двигуни з контурною та прямоточною продуванням.
Чотирьохтактний двигун - поршневий двигун внутрішнього згоряння, в якому робочий процес у кожному з циліндрів відбувається за два обороти колінчастого валу, тобто за чотири ходи поршня (такту). Цими тактами є:
Перший такт - впуск:
Під час цього такту поршень переміщається з ВМТ НМТ. При цьому клапан впуску відкритий, а випускний закритий. Через впускний клапан циліндр заповнюється горючою сумішшю до тих пір, поки поршень не опиниться в НМТ, тобто його подальший рух стане неможливим. З раніше сказаного ми з вами вже знаємо, що переміщення поршня в циліндрі спричиняє переміщення кривошипа, а отже, обертання колінчастого валу і навпаки. Так от за перший такт роботи двигуна (при переміщенні поршня з ВМТ в НМТ) колінвал провертається на підлогу обороту (рис.9).
Рис.9 Перший такт - всмоктування
Другий такт – стиск .
Після того як паливоповітряна суміш, приготовлена карбюратором або інжектором, потрапила в циліндр, змішалася з залишками газів, що відпрацювали, і за нею закрився впускний клапан, вона стає робочою. Тепер настав момент, коли робоча суміш заповнила циліндр і подітися їй стало нікуди: впускний та випускний клапани надійно закриті. У цей момент поршень починає рух знизу нагору (від НМТ до ВМТ) і намагається притиснути робочу суміш до головки циліндра. Однак, як кажуть, стерти в порошок цю суміш йому не вдасться, оскільки переступити межу ВМТ поршень
не може, а внутрішній простір циліндра проектують так (і відповідно мають колінчастий вал і підбирають розміри кривошипа), щоб над поршнем, що знаходиться в ВМТ, завжди залишалося нехай не дуже велике, але вільний простір - камера згоряння. Наприкінці такту стиснення тиск у циліндрі зростає до 0,8–1,2 МПа, а температура сягає 450–500 °З. (Рис.10)
Рис.10 Другий такт-стиск
Третій такт – робочий хід (основний)
Третій такт - найвідповідальніший момент, коли теплова енергія перетворюється на механічну. На початку третього такту (а насправді в кінці такту стиснення) горюча суміш спалахує за допомогою іскри свічки запалювання (рис.11)
третій такт, робочий хід.
Четвертий такт - випуск
Під час цього процесу впускний клапан закрито, а випускний відкритий. Поршень, переміщаючись знизу вгору (від НМТ до ВМТ), виштовхує ті, що залишилися в циліндрі після згоряння і розширення відпрацьовані гази через відкритий випускний клапан у випускний канал (рис.12)
Рис.12 Випуск.
Усі чотири такту періодично повторюються у циліндрі двигуна, тим самим забезпечуючи його безперервну роботу, і називаються робочим циклом.
2.3.Сучасні двигуни внутрішнього згоряння.
2.3.1. Нові конструкторські рішення, впроваджені у двигун внутрішнього згоряння.
З часів Ленуара до теперішнього часу двигун внутрішнього згоряння зазнав великих змін. Змінився їхній зовнішній вигляд, пристрій, потужність. Протягом багатьох років конструктори всього світу намагалися підвищити ККД двигуна внутрішнього згоряння, при меншій витраті палива, досягти більшої потужності. Першим кроком до цього став розвиток промисловості, поява більш точних верстатів виготовлення Д.В.С, устаткування, з'явилися нові (легкі) метали. Наступні кроки в моторобудування залежали від приналежності моторів. В автомобілі будівлі були потрібні потужні, економічні, компактні, легко обслуговуються, витривалі двигуни. У кораблебудуванні, тракторобудуванні потрібні тягові, з великим запасом ходу двигуни (в основному дизельні) В авіації потужні без відмовні довговічні мотори.
Для досягнення вище сказаних параметрів використовувалися високо-оборотні та мало-оборотні. У свою чергу на всіх двигунах змінювалися ступеня стиснення, обсяги циліндрів, фази газорозподілу, кількість впускних і випускних клапанів на один циліндр, способи подачі суміші в циліндр. Перші двигуни були з двома клапанами, суміш подавалася через карбюратор, що складається з повітряного дифузора дросильної заслінки та каліброваного паливного жиклера. Карбюратори швидко модернізувалися, підлаштовуючись під нові двигуни та їх режими роботи. Головне завдання карбюратора – приготування горючої суміші та подачі її в колектор двигуна. Далі використовувалися інші прийоми збільшення потужності і економічності двигуна внутрішнього згоряння.
2.3.2. Завдання, що стоять перед конструкторами.
Технічний прогрес зробив крок так далеко що двигуни внутрішнього згоряння змінилися практично до не впізнаваності. Ступені стиснення у циліндрах двигуна внутрішнього згоряння зросли до 15 кг/кв.см на бензинових двигунах та до 29 кг/кв.см на дизельних. Число клапанів зросло до 6 на циліндр, з малих об'ємів двигуна знімають потужності, які раніше видавали двигуни великих об'ємів, наприклад: з двигуна 1600 куб.см знімають потужність 120 к.с., а з двигуна 2400 куб.см. до 200 л.с. При цьому вимоги до Д.В.С. з кожним роком зростає. Це з смаками споживача. До двигунів представляють вимоги, пов'язані зі зменшенням шкідливих газів. В наш час на території Росії запроваджено норму ЄВРО-3, у Європейських країнах запроваджено стандарт ЄВРО-4. Це змусило конструкторів світу перейти на новий спосіб подачі палива, контролю, роботи двигуна. Нині роботу Д.В.С. контролює, керує, мікропроцесор. Відпрацьовані гази допалюються різними видами каталізаторів. Завдання сучасних конструкторів полягає в наступному: догодити споживачеві, створенням моторів з потрібними параметрами і вкластися в норми ЄВРО-3, ЄВРО-4.
2.4. Перевага та недоліки
над іншими типами двигунів внутрішнього згоряння.
Оцінюючи переваги та недоліки Д.В.С. з іншими типами двигунів потрібно порівнювати конкретні типи двигунів.
2.5. Використання двигуна внутрішнього згоряння.
Д.В.С. застосовуються у багатьох транспортних засобах та в промисловості. Двотактні двигуни застосовуються там, де дуже важливі невеликі розміри, але відносно неважлива паливна економічність, наприклад, на мотоциклах, невеликих моторних човнах, бензопилах та моторизованих інструментах. Чотиритактні двигуни встановлюються на абсолютну більшість інших транспортних засобів.
3. Висновок.
Ми проаналізували відкриття та досягнення вчених з питання винаходу двигунів внутрішнього згоряння, з'ясували які у них переваги та недоліки.
4. Список літератури.
1. Двигуни внутрішнього згоряння, т. 1-3, Москва. 1957.
2. Фізика 8 клас. А.В. Перишкін.
3.Вікіпедія (вільна енциклопедія)
4. Журнал «За кермом»
5. Великий довідник школяра 5-11 класи. Москва. Видавництво Дрофа.
5. Додаток
Рис.1 http://images.yandex.ru
Рис.2 http://images.yandex.ru
Рис.3 http://images.yandex.ru
Рис.4 http://images.yandex.ru
Рис.5 http://images.yandex.ru
Рис.6 http://images.yandex.ru
Рис.7 http://images.yandex.ru
Рис.8 http://images.yandex.ru
Рис.9 http://images.yandex.ru
Рис.10 http://images.yandex.ru
Рис.11 http://images.yandex.ru
Рис.12 http://images.yandex.ru
Проте світильний газ годився як для освітлення.
Честь створення комерційно успішного двигуна внутрішнього згоряння належить бельгійському механіку Жану Етьєну Ленуару. Працюючи на гальванічному заводі, Ленуар прийшов до думки, що паливно-повітряну суміш у газовому двигуні можна спалахувати за допомогою електричної іскри, і вирішив побудувати двигун на основі цієї ідеї. Вирішивши проблеми, що виникли по ходу (тугий хід і перегрів поршня, що веде до заклинювання) продумавши систему охолодження і змащення двигуна, Ленуар створив працездатний двигун внутрішнього згоряння. У 1864 році було випущено понад триста таких двигунів різної потужності. Розбагатівши, Ленуар перестав працювати над подальшим удосконаленням своєї машини, і це зумовило її долю - вона була витіснена з ринку досконалішим двигуном, створеним німецьким винахідником Августом Отто і одержав патент на винахід своєї моделі газового двигуна в 1864 році.
У 1864 році німецький винахідник Августо Отто уклав договір з багатим інженером Лангеном для реалізації свого винаходу - було створено фірму «Отто та Компанія». Ні Отто, ні Ланген не мали достатніх знань у галузі електротехніки і відмовилися від електричного запалювання. Запалення вони здійснювали відкритим полум'ям через трубку. Циліндр двигуна Отто, на відміну двигуна Ленуара, був вертикальним. Волок, що обертається, містився над циліндром збоку. Принцип дії: вал, що обертається, піднімав поршень на 1/10 висоти циліндра, в результаті чого під поршнем утворювався розріджений простір і відбувалося всмоктування суміші повітря і газу. Потім суміш спалахнула. Під час вибуху тиск під поршнем зростало приблизно до 4 атм. Під впливом цього тиску поршень піднімався, обсяг газу збільшувався і тиск падало. Поршень спочатку під тиском газу, а потім за інерцією піднімався доти, доки під ним не створювалося розрідження. Таким чином, енергія палива, що згоріло, використовувалася в двигуні з максимальною повнотою. У цьому полягала головна оригінальна знахідка Отто. Робочий хід поршня вниз починався під дією атмосферного тиску, і після того, як тиск у циліндрі досягав атмосферного, відкривався випускний вентиль, і поршень своєю масою витісняв відпрацьовані гази. Через більш повного розширення продуктів згоряння ККД цього двигуна був значно вищим, ніж ККД двигуна Ленуара і досягав 15%, тобто перевершував ККД найкращих парових машин того часу. Крім того, двигуни Отто були майже вп'ятеро економічнішими за двигуни Ленуара, вони відразу стали користуватися великим попитом. У наступні роки їх випустили близько п'яти тисяч штук. Незважаючи на це, Отто наполегливо працював над удосконаленням їхньої конструкції. Незабаром було застосовано кривошипно-шатунну передачу. Однак найважливіше з його винаходів було зроблено в 1877 році, коли Отто отримав патент на новий двигун із чотиритактним циклом. Цей цикл досі лежить в основі роботи більшості газових та бензинових двигунів.
Типи двигунів внутрішнього згоряння
Поршневий ДВЗ
Роторний ДВЗ
Газотурбінний ДВС
- Поршневі двигуни - камера згоряння міститься в циліндрі, де теплова енергія палива перетворюється на механічну енергію, яка з поступального руху поршня перетворюється на обертальну за допомогою кривошипно-шатунного механізму.
ДВЗ класифікують:
а) За призначенням - поділяються на транспортні, стаціонарні та спеціальні.
б) За родом палива - легкі рідкі (бензин, газ), важкі рідкі (дизельне паливо, суднові мазути).
в) За способом утворення горючої суміші - зовнішнє (карбюратор, інжектор) та внутрішнє (в циліндрі ДВЗ).
г) За способом запалення (з примусовим запалюванням, із запаленням від стиснення, калоризаторні).
д) За розташуванням циліндрів поділяють рядні, вертикальні, опозитні з одним і двома колінвалами, V-подібні з верхнім і нижнім розташуванням колінвала, VR-подібні і W-подібні, однорядні і дворядні зіркоподібні, Н-подібні, дворядні з паралельними колінвалами, "подвійне віяло", ромбоподібні, трипроменеві та деякі інші.
Бензинові
Бензинові карбюраторні
Робочий цикл чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння займає два повні обороти кривошипу, що складається з чотирьох окремих тактів:
- впуску,
- стиснення заряду,
- робочого ходу та
- випуску (вихлопу).
Зміна робочих тактів забезпечується спеціальним газорозподільним механізмом, найчастіше він представлений одним або двома розподільними валами, системою штовхачів та клапанами, що безпосередньо забезпечують зміну фази. Деякі двигуни внутрішнього згоряння використовували для цієї мети золотникові гільзи (Рікардо), що мають впускні та/або вихлопні вікна. Повідомлення порожнини циліндра з колекторами у разі забезпечувалося радіальним і обертальним рухами золотникової гільзи, вікнами відкриває потрібний канал. Зважаючи на особливості газодинаміки - інерційності газів, часу виникнення газового вітру такти впуску, робочого ходу та випуску в реальному чотиритактному циклі перекриваються, це називається перекриттям фаз газорозподілу. Чим вище робочі обороти двигуна, тим більше перекриття фаз і чим воно більше, тим менший момент двигуна внутрішнього згоряння, що крутить, на низьких оборотах. Тому в сучасних двигунах внутрішнього згоряння все ширше використовуються пристрої, що дозволяють змінювати фази газорозподілу у процесі роботи. Особливо придатні для цієї мети двигуни з електромагнітним керуванням клапанами (BMW, Mazda). Є також двигуни зі змінним ступенем стиснення (СААБ), що мають більшу гнучкість характеристики.
Двотактні двигуни мають безліч варіантів компонування та велику різноманітність конструктивних систем. Основний принцип будь-якого двотактного двигуна – виконання поршнем функцій елемента газорозподілу. Робочий цикл складається, строго кажучи, із трьох тактів: робочого ходу, що триває від верхньої мертвої точки ( ВМТ) до 20-30 градусів до нижньої мертвої точки ( НМТ), продування, що фактично поєднує впуск і вихлоп, і стиснення, що триває від 20-30 градусів після НМТ до ВМТ. Продування, з точки зору газодинаміки, слабка ланка двотактного циклу. З одного боку, неможливо забезпечити повний поділ свіжого заряду і вихлопних газів, тому неминучі або втрати свіжої суміші, що буквально вилітає у вихлопну трубу (якщо двигун внутрішнього згоряння - дизель, йдеться про втрату повітря), з іншого боку, робочий хід триває не половину обороту, а менше, що саме собою знижує ККД . У той же час тривалість надзвичайно важливого процесу газообміну, що в чотиритактному двигуні займає половину робочого циклу, не може бути збільшена. Двотактні двигуни можуть взагалі не мати системи газорозподілу. Однак, якщо мова не йде про спрощені дешеві двигуни, двотактний двигун складніший і дорожчий за рахунок обов'язкового застосування повітродувки або системи наддуву, підвищена теплонапруженість ЦПГ вимагає більш дорогих матеріалів для поршнів, кілець, втулок циліндрів. Виконання поршнем функцій елемента газорозподілу зобов'язує мати його висоту не менше хід поршня + висота вікон, що продувають, що некритично в мопеді, але істотно обтяжує поршень вже при відносно невеликих потужностях. Коли ж потужність вимірюється сотнями кінських сил, збільшення маси поршня стає дуже серйозним чинником. Введення розподільних гільз із вертикальним ходом у двигунах Рікардо було спробою уможливити зменшення габаритів та маси поршня. Система виявилася складною та дорогою у виконанні, крім авіації, такі двигуни ніде більше не використовувалися. Вихлопні клапани (при прямоточному клапанному продуванні) мають удвічі більшу теплонапруженість у порівнянні з вихлопними клапанами чотирьохтактних двигунів і гірші умови для тепловідведення, а їх сідла мають більш тривалий прямий контакт з вихлопними газами.
Найпростішою з точки зору порядку роботи і найскладнішою з точки зору конструкції є система Фербенкс - Морзе, представлена в СРСР та в Росії, переважно тепловозними дизелями серій Д100. Такий двигун є симетричною двовальною системою з поршнями, що розходяться, кожен з яких пов'язаний зі своїм коленвалом. Таким чином, цей двигун має два колінвали, механічно синхронізовані; той, який пов'язаний із вихлопними поршнями, випереджає впускний на 20-30 градусів. За рахунок цього випередження покращується якість продування, яка в цьому випадку є прямоточною, і покращується наповнення циліндра, тому що в кінці продування вихлопні вікна вже закриті. У 30х - 40х роках ХХ століття були запропоновані схеми з парами поршнів, що розходяться - ромбовидна, трикутна; існували авіаційні дизелі з трьома зіркоподібними поршнями, що розходяться, з яких два були впускними і один - вихлопним. У 20-х роках Юнкерс запропонував одновальну систему з довгими шатунами, пов'язаними з пальцями верхніх поршнів спеціальними коромислами; верхній поршень передавав зусилля на колінвал парою довгих шатунів, і на один циліндр припадало три коліна валу. На коромислах стояли також квадратні поршні продувних порожнин. Двотактні двигуни з поршнями будь-якої системи, що розходяться, мають, в основному, дві недоліки: по-перше, вони дуже складні і габаритні, по-друге, вихлопні поршні і гільзи в зоні вихлопних вікон мають значну температурну напруженість і схильність до перегріву. Кільця вихлопних поршнів також є термічно навантаженими, схильні до закоксовування та втрати пружності. Ці особливості роблять конструктивне виконання таких двигунів нетривіальним завданням.
Двигуни з прямоточним клапанним продуванням оснащені розподільним валом і вихлопними клапанами. Це значно знижує вимоги до матеріалів та виконання ЦПГ. Впуск здійснюється через вікна в гільзі циліндра, що відкриваються поршнем. Саме так компонується більшість сучасних двотактних дизелів. Зона вікон та гільза в нижній частині у багатьох випадках охолоджуються наддувним повітрям.
У випадках, коли однією з основних вимог до двигуна є його здешевлення, використовуються різні види кривошипно-камерної контурної віконно-віконної продувки - петльова, поворотно-петльова (дефлекторна) у різноманітних модифікаціях. Для поліпшення параметрів двигуна застосовуються різноманітні конструктивні прийоми - довжина впускного і вихлопного каналів, що змінюється, може варіюватися кількість і розташування перепускних каналів, використовуються золотники, що обертаються відсікачі газів, гільзи і шторки, що змінюють висоту вікон (і, відповідно, моменти початку впуску і вихлопу). Більшість таких двигунів мають повітряне пасивне охолодження. Їх недоліки - відносно невисока якість газообміну та втрати горючої суміші при продуванні, за наявності кількох циліндрів секції кривошипних камер доводиться розділяти та герметизувати, ускладнюється та здорожчується конструкція коленвала.
Додаткові агрегати, потрібні для ДВЗ
Недоліком двигуна внутрішнього згоряння є те, що він розвиває найвищу потужність лише у вузькому діапазоні обертів. Тому невід'ємним атрибутом двигуна внутрішнього згоряння є трансмісія. Лише окремих випадках (наприклад, у літаках) можна обійтися без складної трансмісії. Поступово завойовує світ ідея гібридного автомобіля, в якому двигун завжди працює в оптимальному режимі.
Крім того, двигуну внутрішнього згоряння необхідні система живлення (для подачі палива та повітря - приготування паливо-повітряної суміші), вихлопна система (для відведення вихлопних газів), також не обійтися без системи мастила (призначена для зменшення сил тертя в механізмах двигуна, захисту деталей) двигуна від корозії, а також спільно з системою охолодження для підтримки оптимального теплового режиму), системи охолодження (для підтримки оптимального теплового режиму двигуна), система запуску (застосовуються способи запуску: електростартерний, за допомогою допоміжного пускового двигуна, пневматичний, за допомогою м'язової сили людини ), система запалення (для запалення паливо-повітряної суміші, застосовується у двигунів з примусовим займанням).
Див. також
- Філіп Лебон - французький інженер, який отримав в 1801 патент на двигун внутрішнього згоряння зі стисненням суміші газу і повітря.
- Роторний двигун: конструкції та класифікація
- Роторно-поршневий двигун (двигун Ванкеля)
Примітки
Посилання
- Бен Найт «Збільшуємо пробіг» //Стаття про технології, які зменшують витрату палива автомобільним ДВС
В даний час двигун внутрішнього згоряння є основним видом автомобільного двигуна. Двигуном внутрішнього згоряння (скорочене найменування – ДВС) називається теплова машина, що перетворює хімічну енергію палива на механічну роботу.
Розрізняють такі основні типи двигунів внутрішнього згоряння: поршневий, роторно-поршневий та газотурбінний. З представлених типів двигунів найпоширенішим є поршневий ДВС, тому пристрій та принцип роботи розглянуті на його прикладі.
Перевагамипоршневого двигуна внутрішнього згоряння, що забезпечили його широке застосування, є автономність, універсальність (поєднання з різними споживачами), невисока вартість, компактність, мала маса, можливість швидкого запуску, багатопаливність.
Разом з тим, двигуни внутрішнього згоряння мають низку суттєвих недоліків, До яких відносяться: високий рівень шуму, велика частота обертання колінчастого валу, токсичність газів, що відпрацювали, невисокий ресурс, низький коефіцієнт корисної дії.
Залежно від виду застосовуваного палива розрізняють бензинові та дизельні двигуни. Альтернативними видами палива, які у двигунах внутрішнього згоряння, є природний газ, спиртові палива – метанол і етанол, водень.
Водневий двигун з погляду екології перспективним, т.к. не створює шкідливих викидів. Поряд з ДВЗ водень використовується для створення електричної енергії в паливних елементах автомобілів.
Пристрій двигуна внутрішнього згоряння
Поршневий двигун внутрішнього згоряння включає корпус, два механізми (кривошипно-шатунний та газорозподільний) та ряд систем (впускну, паливну, запалювання, мастила, охолодження, випускну та систему управління).
Корпус двигуна поєднує блок циліндрів та головку блоку циліндрів. Кривошипно-шатунний механізм перетворює зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух колінчастого валу. Газорозподільний механізм забезпечує своєчасну подачу в циліндри повітря або паливно-повітряної суміші та випуск відпрацьованих газів.
Система керування двигуном забезпечує електронне керування роботою систем двигуна внутрішнього згоряння.
Робота двигуна внутрішнього згоряння
Принцип роботи ДВС заснований на ефект теплового розширення газів, що виникає при згорянні паливно-повітряної суміші і забезпечує переміщення поршня в циліндрі.
Робота поршневого ДВЗ здійснюється циклічно. Кожен робочий цикл відбувається за два обороти колінчастого валу і включає чотири такти (чотиритактний двигун): впуск, стиск, робочий хід та випуск.
Під час тактів впуск та робочий хід відбувається рух поршня вниз, а тактів стиснення та випуск – вгору. Робочі цикли у кожному з циліндрів двигуна не збігаються по фазі, що досягається рівномірність роботи ДВС. У деяких конструкціях двигунів внутрішнього згоряння робочий цикл реалізується за два такти – стиск та робочий хід (двотактний двигун).
На такті впусквпускна та паливна системи забезпечують утворення паливно-повітряної суміші. Залежно від конструкції суміш утворюється у впускному колекторі (центральне та розподілене упорскування бензинових двигунів) або безпосередньо в камері згоряння (безпосереднє упорскування бензинових двигунів, упорскування дизельних двигунів). При відкритті впускних клапанів газорозподільного механізму повітря або паливно-повітряна суміш за рахунок розрядження, що виникає під час руху поршня вниз, подається в камеру згоряння.
На такті стисненнявпускні клапани закриваються, і паливно-повітряна суміш стискується в циліндрах двигуна.
Такт робочий хідсупроводжується займанням паливно-повітряної суміші (примусове або самозаймання). Внаслідок займання утворюється велика кількість газів, які тиснуть на поршень і змушують його рухатися вниз. Рух поршня через кривошипно-шатунний механізм перетворюється на обертальний рух колінчастого валу, який потім використовується для руху автомобіля.
За такту випусквідкриваються випускні клапани газорозподільного механізму, і гази, що відпрацювали, видаляються з циліндрів у випускну систему, де проводиться їх очищення, охолодження і зниження шуму. Далі гази надходять до атмосфери.
Розглянутий принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння дозволяє зрозуміти, чому ДВЗ має невеликий коефіцієнт корисної дії – близько 40%. У конкретний час зазвичай лише у одному циліндрі відбувається корисна робота, в інших – що забезпечують такти: впуск, стиск, випуск.
Теплове розширення
Поршневі двигуни внутрішнього згоряння
Класифікація ДВЗ
Основи влаштування поршневих ДВС
Принцип роботи
Принцип дії чотиритактного карбюраторного двигуна
Принцип дії чотиритактного дизеля
Принцип дії двотактного двигуна
Робочий цикл чотиритактного двигуна
Робочі цикли двотактних двигунів
ПОКАЗНИКИ, ЩО ХАРАКТЕРИЗУЮТЬ РОБОТУ ДВИГУНІВ
Середній індикаторний тиск та індикаторна потужність
Ефективна потужність та середні ефективні тиски
Індикаторний ККД та питома індикаторна витрата палива
Ефективний ККД та питома ефективна витрата палива
Тепловий баланс двигуна
Інновації
Вступ
Значне зростання всіх галузей народного господарства потребує переміщення великої кількості вантажів та пасажирів. Висока маневреність, прохідність та пристосованість для роботи в різних умовах робить автомобіль одним із основних засобів перевезення вантажів та пасажирів.
Важливу роль відіграє автомобільний транспорт у освоєнні східних та нечорноземних районів нашої країни. Відсутність розвиненої мережі залізниць та обмеження можливостей використання річок для судноплавства роблять автомобіль головним засобом пересування цих районах.
Автомобільний транспорт у Росії обслуговує всі галузі народного господарства та займає одне з провідних місць у єдиній транспортній системі країни. Перед автомобільного транспорту припадає понад 80% вантажів, перевезених усіма видами транспорту разом узятими, і понад 70% пасажирських перевезень.
Автомобільний транспорт створено в результаті розвитку нової галузі народного господарства – автомобільної промисловості, яка на сучасному етапі є однією з основних ланок вітчизняного машинобудування.
Початок створення автомобіля було покладено більше двохсот років тому (назва "автомобіль" походить від грецького слова autos - "сам" і латинського mobilis - "рухливий"), коли стали виготовляти "вози, що рухаються". Вперше вони з'явилися у Росії. У 1752 р. російський механік-самоучка селянин Л.Шамшуренков створив досить досконалу для свого часу "самобіглу коляску", що приводиться в рух силою двох людей. Пізніше російський винахідник І.П.Кулібін створив "самокатний візок" з педальним приводом. З появою парової машини створення саморухових возів швидко просунулося вперед. У 1869-1870 pp. Ж.Кюньо у Франції, а через кілька років і в Англії було збудовано парові автомобілі. Широке поширення автомобіля як транспортного засобу починається з появою швидкохідного двигуна внутрішнього згоряння. У 1885 р. Г.Даймлер (Німеччина) побудував мотоцикл з бензиновим двигуном, а 1886 р. К.Бенц - триколісний візок. Приблизно в цей час в індустріально розвинених країнах (Франція, Великобританія, США) створюються автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння.
Наприкінці ХІХ століття у низці країн виникла автомобільна промисловість. У царській Росії неодноразово робилися спроби організувати власне машинобудування. У 1908 р. виробництво автомобілів було організовано на Російсько-Балтійському вагонобудівному заводі Ризі. Протягом шести років тут випускалися автомобілі, зібрані здебільшого з імпортних частин. Загалом завод побудував 451 легковий автомобіль та невелику кількість вантажних автомобілів. У 1913 р. автомобільний парк у Росії становив близько 9000 автомобілів, їх більшість - зарубіжного виробництва. Після Великої Жовтневої соціалістичної революції практично знову довелося створювати вітчизняну автомобільну промисловість. Початок розвитку російського автомобілебудування відноситься до 1924, коли в Москві на заводі АМО були побудовані перші вантажні автомобілі АМО-Ф-15.
У період 1931-1941 р.р. створюється великосерійне та масове виробництво автомобілів. У 1931 р. на заводі АМО розпочалося масове виробництво вантажних автомобілів. У 1932 р. увійшов до ладу завод ГАЗ.
У 1940 р. розпочав виробництво малолітражних автомобілів Московський завод малолітражних автомобілів. Дещо пізніше був створений Уральський автомобільний завод. За роки повоєнних п'ятирічок почали працювати Кутаїський, Кременчуцький, Ульяновський, Мінський автомобільні заводи. Починаючи з кінця 60-х рр. розвиток автомобілебудування характеризується особливо швидкими темпами. У 1971 р. вступив у дію Волзький автомобільний завод ім. 50-річчя СРСР.
За останні роки заводами автомобільної промисловості освоєно багато зразків модернізованої та нової автомобільної техніки, у тому числі для сільського господарства, будівництва, торгівлі, нафтогазової та лісової промисловості.
Двигун внутрішнього згорання
В даний час існує велика кількість пристроїв, які використовують теплове розширення газів. До таких пристроїв відноситься карбюраторний двигун, дизелі, турбореактивні двигуни і т.д.
Теплові двигуни можуть бути поділені на дві основні групи:
1. Двигуни із зовнішнім згорянням - парові машини, парові турбіни, двигуни Стірлінга і т.д.
2. Двигуни внутрішнього згоряння. Як енергетичні установки автомобілів найбільшого поширення набули двигуни внутрішнього згоряння, в яких процес згоряння
палива з виділенням теплоти та перетворенням її на механічну роботу відбувається безпосередньо в циліндрах. На більшості сучасних автомобілів встановлені двигуни внутрішнього згоряння.
Найбільш економічними є поршневі та комбіновані двигуни внутрішнього згоряння. Вони мають досить великий термін служби, порівняно невеликі габаритні розміри та масу. Основним недоліком цих двигунів слід вважати зворотно-поступальний рух поршня, пов'язаний з наявністю кривошатунного механізму, що ускладнює конструкцію і обмежує можливість підвищення частоти обертання, особливо при значних розмірах двигуна.
А тепер трохи про перші ДВС. Перший двигун внутрішнього згоряння (ДВС) був створений у 1860 р. французьким інженером Етвеном Ленуаром, але ця машина була вельми недосконалою.
У 1862 р. французький винахідник Бо де Роша запропонував використовувати у двигуні внутрішнього згоряння чотиритактний цикл:
1. всмоктування;
2. стиск;
3. горіння та розширення;
4. вихлоп.
Ця ідея була використана німецьким винахідником Н.Отто, який побудував у 1878 р. перший чотиритактний двигун внутрішнього згоряння. ККД такого двигуна досягав 22%, що перевищувало значення, отримані під час використання двигунів всіх попередніх типів.
Швидке поширення ДВЗ у промисловості, на транспорті, у сільському господарстві та стаціонарній енергетиці була обумовлена низкою їх позитивних особливостей.
Здійснення робочого циклу ДВС в одному циліндрі з малими втратами та значним перепадом температур між джерелом теплоти та холодильником забезпечує високу економічність цих двигунів. Висока економічність - одна з позитивних якостей ДВЗ.
Серед ДВЗ дизель в даний час є таким двигуном, який перетворює хімічну енергію палива на механічну роботу з найбільш високим ККД у широкому діапазоні зміни потужності. Ця якість дизелів особливо важлива, якщо врахувати, що запаси нафтових палив обмежені.
До позитивних особливостей ДВС варто віднести також те, що вони можуть бути пов'язані практично з будь-яким споживачем енергії. Це пояснюється широкими можливостями отримання відповідних характеристик зміни потужності крутного моменту цих двигунів. Розглянуті двигуни успішно використовують на автомобілях, тракторах, сільськогосподарських машинах, тепловозах, суднах, електростанціях тощо., тобто. ДВЗ відрізняються гарною пристосовністю до споживача.
Порівняно невисока початкова вартість, компактність та мала маса ДВЗ дозволили широко використовувати їх на силових установках, що знаходять широке застосування та мають невеликі розміри моторного відділення.
Установки з ДВС мають велику автономність. Навіть літаки із ДВС можуть літати десятки годин без поповнення пального.
Важливою позитивною якістю ДВЗ є можливість їхнього швидкого запуску у звичайних умовах. Двигуни, що працюють за низьких температур, забезпечуються спеціальними пристроями для полегшення та прискорення пуску. Після запуску двигуни порівняно швидко можуть приймати повне навантаження. ДВЗ мають значний гальмівний момент, що дуже важливо при використанні їх на транспортних установках.
Позитивною якістю дизелів є здатність одного двигуна працювати на багатьох паливах. Так відомі конструкції автомобільних багатопаливних двигунів, а також суднових двигунів великої потужності, що працюють на різних паливах – від дизельного до котельного мазуту.
Але поряд з позитивними якостями ДВС мають ряд недоліків. Серед них обмежена порівняно, наприклад з паровими та газовими турбінами агрегатна потужність, високий рівень шуму, відносно велика частота обертання колінчастого валу при пуску та неможливість безпосереднього з'єднання його з провідними колесами споживача, токсичність вихлопних газів, зворотно-поступальний рух поршня, що обмежують частоту обертання і є причиною появи неврівноважених сил інерції та моментів від них.
Але неможливо було б створення двигунів внутрішнього згоряння, їх розвитку та застосування, якби не ефект теплового розширення. Адже в процесі теплового розширення нагріті до високої температури гази роблять корисну роботу. Внаслідок швидкого згоряння суміші в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння різко підвищується тиск, під впливом якого відбувається переміщення поршня в циліндрі. А це і є та потрібна технологічна функція, тобто. силовий вплив, створення великих тисків, яку виконує теплове розширення, і заради якої це явище застосовують у різних технологіях і зокрема ДВС.
Тема: ДВИГУНИ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ.
План лекції:
2. Класифікація ДВЗ.
3. Загальний пристрій ДВЗ.
4. Основні поняття та визначення.
5. Палива ДВЗ.
1. Визначення двигунів внутрішнього згоряння.
Двигуни внутрішнього згоряння (ДВС) називають поршневий тепловий двигун, в якому процеси згоряння палива, виділення теплоти і перетворення її на механічну роботу відбувається безпосередньо в його циліндрі.
2. Класифікація ДВЗ
За способом здійснення робочого циклу ДВЗподіляються на дві великі категорії:
1) чотиритактні ДВС, у яких робочий цикл у кожному циліндрі відбувається за чотири ходи поршня або два обороти колінчастого валу;
2) двотактні ДВС, у яких робочий цикл у кожному циліндрі відбувається за два ходи поршня або один оборот колінчастого валу.
За способом сумішоутворенняЧотиритактні та двотактні ДВС розрізняють:
1) ДВС із зовнішнім сумішоутворенням, в яких горюча суміш утворюється за межами циліндра (до них відносяться карбюраторні та газові двигуни);
2) ДВС з внутрішнім сумішоутворенням, в яких горюча суміш утворюється безпосередньо всередині циліндра (до них відносяться дизелі та двигуни з уприскуванням легкого палива в циліндр).
За способом займанняпаливної суміші розрізняють:
1) ДВС із запаленням горючої суміші від електричної іскри (карбюраторні, газові та з уприскуванням легкого палива);
2) ДВЗ із запаленням палива в процесі сумішоутворення від високої температури стисненого повітря (дизелі).
На вигляд застосовуваного паливарозрізняють:
1) ДВЗ, що працюють на легкому рідкому паливі (бензині та гасі);
2) ДВЗ, що працюють на важкому рідкому паливі (газойлі та дизельному паливі);
3) ДВЗ, що працюють на газовому паливі (стислий і скраплений газ; газ, що надходить зі спеціальних газогенераторів, в яких при нестачі кисню спалюється тверде паливо - дрова або вугілля).
За способом охолодженнярозрізняють:
1) ДВЗ з рідинним охолодженням;
2) ДВЗ з повітряним охолодженням.
За кількістю та розташуванням циліндріврозрізняють:
1) одне та багатоциліндрові ДВС;
2) однорядні (вертикальні та горизонтальні);
3) дворядні (-подібні, з протилежними циліндрами).
За призначеннямрозрізняють:
1) транспортні ДВЗ, що встановлюються на різних транспортних засобах (автомобілі, трактори, будівельні машини та ін. об'єкти);
2) стаціонарні;
3) спеціальні ДВС, які грають зазвичай допоміжну роль.
3. Загальний пристрій ДВЗ
Широко використовуються в сучасній техніці ДВС складаються з двох основних механізмів: кривошипно-шатунного та газорозподільного; та п'яти систем: системи живлення, охолодження, мастила, пуску та запалювання (у карбюраторних, газових та двигунах із уприскуванням легкого палива).
Кривошипно-шатунний механізмпризначений для сприйняття тиску газів та перетворення прямолінійного руху поршня у обертальний рух колінчастого валу.
Механізм газорозподілупризначений для заповнення циліндра горючою сумішшю або повітрям та для очищення циліндра від продуктів згоряння.
Механізм газорозподілу чотиритактних двигунів складається з впускного і випускного клапанів, що приводяться в дію розподільчим (кулачковим валом, який через блок шестерень приводиться в обертання від колінчастого валу. Швидкість обертання розподільчого валу вдвічі менша за швидкість обертання колінчастого валу.
Механізм газорозподілудвотактних двигунів як правило виконаний у вигляді двох поперечних щілин (отворів) в циліндрі: випускний і впускний, що відкриваються послідовно в кінці робочого ходу поршня.
Система харчуванняпризначена для приготування та подачі в запоршневий простір горючої суміші потрібної якості (карбюраторні та газові двигуни) або порцій розпорошеного палива у певний момент (дизелі).
У карбюраторних двигунах паливо за допомогою насоса або самопливом надходить у карбюратор, де змішується з повітрям у певній пропорції і через впускний клапан або отвір надходить в циліндр.
У газових двигунах повітря та горючий газ змішуються у спеціальних змішувачах.
У дизельних двигунах і ДВС з уприскуванням легкого палива подача палива в циліндр здійснюється в певний момент, як правило, за допомогою плунжерного насоса.
Система охолодженняпризначена для примусового відведення тепла від нагрітих деталей: блоку циліндрів, головки блоку циліндрів та ін. Залежно від виду речовини, що відводить тепло, розрізняють рідинні та повітряні системи охолодження.
Рідинна система охолодження складається з каналів навколишніх циліндри (рідинна сорочка), рідинного насоса, радіатора, вентилятора та ряду допоміжних елементів. Охолоджена в радіаторі рідина за допомогою насоса подається в рідину, охолоджує блок циліндрів, нагрівається і знову потрапляє в радіатор. У радіаторі рідина охолоджується за рахунок потоку повітря, що набігає, і потоку, створюваного вентилятором.
Повітряна система охолодження являє собою ребра циліндрів двигуна, що обдувається потоком повітря, що набігає або створюється вентилятором.
Система змазкислужить для безперервного підведення мастила до вузлів тертя.
Система пускупризначена для швидкого і надійного пуску двигуна і є, як правило, допоміжним двигуном: електричним (стартером) або малопотужним бензиновим).
Система запалюваннязастосовується в карбюраторних двигунах і служить для примусового займання горючої суміші за допомогою електричної іскри, що створюється у свічці запалювання, вкрученою в головку циліндра двигуна.
4. Основні поняття та визначення
Верхньою мертвою точкою– ВМТ називають положення поршня, найбільш віддалене від осі колінчастого валу.
Нижньою мертвою точкою– НМТ називають положення поршня, найменш віддалене від осі колінчастого валу.
У мертвих точках швидкість поршня дорівнює, т.к. у них змінюється напрямок руху поршня.
Переміщення поршня від ВМТ до НМТ чи навпаки називається ходом поршняі позначається.
Об'єм порожнини циліндра при знаходженні поршня в НМТ називають повним об'ємом циліндра і позначають.
Ступенем стиснення двигуна називають відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння.
Ступінь стиснення показує скільки разів зменшується обсяг запоршневого простору при переміщенні поршня з НМТ в ВМТ. Як буде показано надалі ступінь стиснення значною мірою визначає економічність (ККД) будь-якого ДВЗ.
Графічна залежність тиску газів у запоршневому просторі від об'єму запоршневого простору, переміщення поршня або кута повороту колінчастого валу носить назву індикаторної діаграми двигуна.
5. Палива ДВЗ
5.1. Паливо для карбюраторних двигунів
У карбюраторних двигунах як паливо застосовують бензин. Основний тепловий показник бензину – його нижча теплота згоряння (близько 44 МДж/кг). Якість бензину оцінюють за його основними експлуатаційно-технічними властивостями: випаровуваності, антидетонаційної стійкості, термоокислювальної стабільності, відсутності механічних домішок та води, стабільності при зберіганні та транспортуванні.
Випаровуваність бензину характеризує здатність його переходити з рідкої фази в парову. Випарюваність бензину визначають за його фракційним складом, який знаходиться його розгонкою за різної температури. Про випаровування бензину судять за температурами википання 10, 50 та 90% бензину. Приміром, температура википання 10% бензину характеризує його пускові якості. Чим більша випаровуваність при малих температурах, тим краща якість бензину.
Бензини мають різну антидетонаційну стійкість, тобто. різну схильність до детонації. Антидетонаційна стійкість бензину оцінюється октановим числом (ОЧ), яке чисельно дорівнює відсотковому вмісту за обсягом ізооктану в суміші ізооктану та гептану, різноцінної за детонаційною стійкістю даного палива. ОЧ ізооктану приймають за 100, а гептану – за нуль. Чим вище ОЧ бензину, тим менша його схильність до детонації.
Для підвищення ОЧ до бензину додають етилову рідину, яка складається з тетраетилсвинцю (ТЕС) – антидетонатора та диброметену – виносника. Етилову рідину додають до бензину кількості 0,5-1 см 3 на 1 кг бензину. Бензини з добавкою етилової рідини називають етильованими, вони отруйні, і при їх використанні необхідно дотримуватися запобіжних заходів. Етильований бензин пофарбований у червоно-жовтогарячий або синьо-зелений колір.
Бензин не повинен містити корозійних речовин (сірки, сірчистих сполук, водорозчинних кислот та лугів), оскільки присутність їх призводить до корозії деталей двигуна.
Термоокислювальна стабільність бензину характеризує його стійкість проти смоло- та нагароутворення. Підвищене нагаро- та смолоутворення викликає погіршення відведення теплоти від стінок камери згоряння, зменшення об'єму, камери згоряння та порушення нормальної подачі палива в двигун, що призводить до зниження потужності та економічності двигуна.
Бензин не повинен містити механічних домішок та води. Присутність механічних домішок викликає засмічення фільтрів, паливопроводів, каналів карбюратора та збільшує зношування стінок циліндрів та інших деталей. Наявність води у бензині ускладнює пуск двигуна.
Стабільність бензину при зберіганні характеризує його здатність зберігати свої початкові фізичні та хімічні властивості при зберіганні та транспортуванні.
Автомобільні бензини маркуються буквою А з цифровим індексом, що показують значення ОЧ. Відповідно до ГОСТ 4095-75 випускаються бензини марок А-66, А-72, А-76, АІ-93, АІ-98.
5.2. Паливо для дизельних двигунів
У дизельних двигунах застосовують дизельне паливо, що є продуктом переробки нафти. Паливо, що використовується в дизельних двигунах, повинно мати такі основні якості: оптимальну в'язкість, низьку температуру застигання, високу схильність до займання, високу термоокислювальну стабільність, високі антикорозійні властивості, відсутність механічних домішок і води, хорошу стабільність при зберіганні і транспортуванні.
В'язкість дизельного палива впливає на процеси паливоподачі та розпилювання. При недостатній в'язкості палива увінчується витік, через зазори в розпилювачах форсунки і в нерцизійних парах паливного насоса, а при високій погіршуються процеси паливоподачі, розпилювання і сумішоутворення в двигуні. в'язкість палива залежить від температури. Температура застигання палива впливає процес подачі палива з паливного бака. у циліндри двигуна. Тому паливо повинне мати низьку температуру застигання.
Схильність палива до займання впливає перебіг процесу згоряння. Дизельні палива., Що володіють високою схильністю до займання, забезпечують плавне протікання процесу згоряння, без різкого підвищення тиску, займистість палива оцінюють цетановим числом (ЦЧ), яке чисельно дорівнює процентному вмісту за обсягом цетану в суміші цетану і альфаметилнафталіну, рівноцінної по запаленню. Для дизельних палив ЦЧ = 40-60.
Термоокислювальна стабільність дизельного палива характеризує його стійкість проти смоло- та нагароутворення. Підвищене нагаро- та смолоутворення викликає погіршення відведення теплоти від стінок камери згоряння та порушення подачі палива через форсунки у двигун, що призводить до зниження потужності та економічності двигуна.
Дизельне паливо не повинно містити корозійних речовин, так як присутність їх призводить до корозії деталей апаратури палива і двигуна. Дизельне паливо не повинно містити механічних домішок та води. Присутність механічних домішок викликає засмічення фільтрів, паливопроводів, форсунок, каналів паливного насоса і збільшує знос деталей паливної апаратури двигуна. Стабільність дизельного палива характеризує його здатність зберігати свої початкові фізичні та хімічні властивості при зберіганні та транспортуванні.
Для автотракторних дизелів застосовують паливо, що випускаються промисловістю: ДЛ – дизельне літнє (при температурі вище 0°С), ДЗ – дизельне зимове (при температурі до -30°С); ТАК - дизельне арктичне (при температурі нижче - 30 ° С) (ГОСТ 4749-73).
