ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛя ВНУТРЕННЕГО

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИНЦИП РАБОТЫ
СГОРАНИЯ
ДВИГАТЕЛя ВНУТРЕННЕГО
Файзуллин Ф. Д. , Давлетшина М.Р.
Башкирский государственный аграрный университет
Уфа, Россия
Первый двигатель, работавший светильном газе, изобрёл в 1860 году французский
механик Этьен Ленуар .Рабочим топливом в его двигателе служила смесь светильного газа
(горючие газы в основном метан и водород) и воздуха. Конструкция имела все основные
черты будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем
двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл. И всё же конструкция Э. Ленуара
была лишь прообразом реального двигателя,
она требовала серьёзного
усовершенствования. В 1862 г. Французский инженер Альфонс Бо Де Роша предложил
идею четырёхтактного двигателя: обязательным моментом работы последнего
становилось сжатие рабочей смеси газа с воздухом. Однако осуществить свою идею Бо Де
Роша не сумел. Такой двигатель создал в 1876 г. служащий из Кёльна (Германия)
Николаус Август Отто. Над его конструкцией изобретатель напряженно трудился и
добился более высокого КПД, чем у существовавших тогда паровых машин.В течение
нескольких лет Бенцу и Даймлеру удалось усовершенствовть двигатель.
В 1883г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и
на бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны
только на жидкое топливо. Переход от газа к бензину позволил в несколько раз увеличить
обороты коленчатого вала, доведя его до 900об./мин; почти вдвое возросла удельная
мощность двигателя (т.е. приходящаяся на 1 л суммарного-рабочего-объёма его
цилиндров).
Несмотря на явные преимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца 19 века
паровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В
США, например, из выпущенных к 1899г. механических экипажей 40% составлял
«паромобили», 38%-«электромобили» и лишь 22%-«бензиномобили».
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Двигатель
Внутреннего
Сгорания широко
используемый
в машинах и мотоциклах двигатель,внутри которого горючее сгорает так, что выделяемые
при этом газы могут производить движение. Бывает двух видов - ДВУХТАКТНЫЙ или
ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ.
В
наиболее
распространенном
типе смесь паров бензина и воздуха воспламеняется искрой от СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ.
Газы, получаемые в результате взрыва, опускают поршень в ЦИЛИНДРЕ. Коленчатый вал
изменяет возвратно-поступательное (взад-вперед) движение поршней на вращательное. В
РОТАЦИОННОМ ДВИГАТЕЛЕ газы, получаемые в результате взрыва, приводят в
движение трехгранный ротор. ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ также относятся к двигателям
внутреннего сгорания.
•
•
•
•
•
4-х
цилиндровый
рядный
бензиновый двигатель - самый обычный двигатель внутреннего сгорания, который
используется в автомобилях. Через фильтр (1) воздух всасывается в карбюратор (2), где
смешивается с бензином. Затем смесь поступает в цилиндры через двойные
впускные клапаны (3), расположенные на каждом из цилиндров (4). Свеча зажигания (5)
воспламеняет смесь, заставляя поршень быстро двигаться вниз Выхлопные газы
выбрасываются через выпускные клапаны (6) Коленчатый вал (7) изменяет возвратнопоступательное движение поршней на вращательное, а также вращает зубчатый ремень
привода (8), контролирующего открытие клапанов, через кулачки (9), расположенные на
распредвале (10). Зубчатый ремень привода контролирует воспламенение свечей
зажигания.
Энергия передается на коленчатый вал двигателя от расширяющихся газов во время
рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до объёма камеры сгорания повышает
эффективность работы двигателя и увеличивает его КПД, но увеличение степени
сжатия также увеличивает вызываемое сжатием нагревание рабочей смеси
согласно закону Шарля.
Если топливо легковоспламеняемое, вспышка происходит до достижения поршнем ВМТ.
Это, в свою очередь, заставит поршень провернуть коленвал в обратном направлении —
такое явление называют обратной вспышкой.
Октановое число является мерой процентного содержания изооктана в гептан-октановой
смеси и отражает способность топлива противостоять самовоспламенению под
воздействием температуры. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют
двигателю с высокой степенью сжатия работать без склонности к самовоспламенению и
детонации и, стало быть, иметь более высокую степень сжатия и более высокий КПД.
Работа дизельных двигателей обеспечивается самовоспламенением от сжатия в
цилиндре чистого воздуха или бедной газовоздушной смеси, неспособной к
самостоятельному горению (газодизель) и отсутствия в заряде топлива до последнего
момента.
Двигатель вну́треннего сгора́ния —двигатель, в котором топливо сгорает
непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует давление
от сгорания топлива в механическую работу.
По сравнению с двигателями внешнего сгорания ДВС:
не имеет дополнительных элементов теплопередачи — топливо, сгорая, само
образует рабочее тело;
компактнее, так как не имеет целого ряда дополнительных агрегатов;
легче;
экономичнее;
потребляет газообразное или жидкое топливо, обладающее весьма жестко
заданными параметрами (испаряемостью, температурой вспышки паров, плотностью,
теплотой сгорания, октановым или цетановым числом), так как от этих свойств зависит
сама работоспособность ДВС.
Типы двигателей внутреннего сгорания
Поршневой ДВС
Роторный ДВС
Газотурбинный ДВС
Поршневые двигатели — камера сгорания содержится в цилиндре, тепловая энергия
превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма.
Газовая турбина — преобразование энергии осуществляется ротором с клиновидными
лопатками.
Жидкостный ракетный двигатель и воздушно-реактивный двигатель преобразуют
энергию сгорающего топлива непосредственно в энергию реактивной газовой струи.
Роторно-поршневые двигатели — в них преобразование энергии
осуществляется за
счет вращения рабочими газами ротора специального профиля (двигатель Ванкеля).
ДВС классифицируют:
а) По назначению — на транспортные, стационарные и специальные.
б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие
(дизельное топливо, судовые мазуты).
в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор) и внутреннее (в
цилиндре ДВС).
г) По объему рабочих полостей и весогабаритным характеристикам — легкие, средние,
тяжелые, специальные.
Дизельный двигатель
Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи
зажигания. В разогретый в цилиндре воздух от адиабатического сжатия (до температуры,
превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается
порция топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыление,
а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере
впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не
подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным
воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26),
что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление
рабочего процесса, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который
может превышать 50 % в случае с крупными судовыми двигателями.
Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются
большим крутящим моментом на валу. Также некоторые крупные дизельные двигатели
приспособлены для работы на тяжелых топливах, например, мазутах. Запуск крупных
дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счет пневматической схемы с
запасом сжатого воздуха, либо, в случае с дизель-генераторными установками, от
присоединённого электрического генератора, который при запуске выполняет
роль стартера.
Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые
дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера — Сабатэ со
смешанным подводом теплоты.
Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла —
более высокой механической напряженностью, требующей повышенной прочности
конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за
счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также
дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными
выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.
Литература
1. Вырубов Д. Н. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и
комбинированных двигателей / Д. Н. Вырубов и др. М.: Машиностроение, 1983.320c
2. Автомобильные и тракторные двигатели. (Теория, системы питания, конструкции и
расчет): Учебник для вузов по специальности “Автомобили и тракторы” / Под ред.
И. М. Ленина. М.: Высш. шк., 1969.-720c
3. Автомобильные и тракторные двигатели: В 2 ч. Конструкция и расчет двигателей:
Учебник для вузов / Под ред. И. М. Ленина. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Высш. шк.,
1976.-640c