создания..
История создания
Этьен Ленуар (1822-1900)
Этапы развития ДВС:
1860 г. Этьен Ленуар изобрел первый двигатель, работавший на светильном газе
1862 г. Альфонс Бо Де Роша предложил идею четырехтактного двигателя. Однако свою идею осуществить он не сумел.
1876 г. Николаус Август Отто создает четырехтактный двигатель по Роше.
1883 г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать как на газе, так и на бензине
Карл Бенц изобрел самоходную трехколесную коляску на основе технологий Даймлера.
К 1920 г. ДВС становятся лидирующими. экипажи на паровой и электрической тяге стали большой редкостью.
Август Отто (1832-1891)
Карл Бенц
История создания
Трехколесная коляска, изобретенная Карлом Бенцом
Принцип действия
Четырехтактный двигатель
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.
Различают 4 такта:
1 такт – впуск (горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр)
2 такт – сжатие (клапаны закрыты и смесь сжимается, в конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива)
3 такт – рабочий ход (происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу)
4 такт – выпуск (отработавшие газы вытесняются поршнем)
Принцип действия
Двухтактный двигатель
Существует также двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.
1 такт 2 такт
Сгорание |
|
На практике мощность двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых клапанах
КПД двигателя
КПД двигателя внутреннего сгорания мал и примерно составляет 25% – 40% . Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных ДВС около 44%. Поэтому многие ученые пытаются увеличить КПД, а также и при этом саму мощность двигателя.
Способы увеличения мощности двигателя:
Использование многоцилиндровых двигателей
Использование специального топлива (правильного соотношения смеси и рода смеси)
Замена частей двигателя (правильных размеров составных частей, зависящие от рода двигателя)
Устранение части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра
КПД двигателя
Степень сжатия
Одной из важнейших характеристик двигателя является его степень сжатия, которая определяется следующее:
e V 2 V 1
где V2 и V1 - объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию.
Разновидности ДВС
Двигатели Внутренненго Сгорания
Основные компоненты двигателя
Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя
Остов двигателя (блок-картер, головки цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, масляный поддон)
Механизм движения (поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик)
Механизм газораспределения (кулачковый вал, толкатели, штанги, коромысла)
Система смазки (масло, фильтр грубой отчистки, поддон)
жидкостная (радиатор, жидкость, др.)
Система охлаждения
воздушная (обдув потоками воздуха)
Система питания (топливный бак, топливный фильтр, карбюратор, насосы)
Основные компоненты двигателя
Система зажигания (источник тока – генератор и аккумулятор, прерыватель + конденсатор)
Система пуска (электрический стартер, источник тока – аккумулятор, элементы дистанционного управления)
Система впуска и выпуска (трубопроводы, воздушный фильтр, глушитель)
Карбюратор двигателя
Двигатели внутреннего сгорания
Учебный центр «ОНикС»
Устройство двигателя внутреннего сгорания
1 - головка цилиндра;
2 - цилиндр;
3 - поршень;
4 - поршневые кольца;
5 - поршневой палец;
7 - коленчатый вал;
8 - маховик;
9 - кривошип;
10 - распределительный вал;
11 - кулачок распределительного вала;
12 - рычаг;
13 - клапан;
14 - свеча зажигания
Верхнее крайнее положение поршня в цилиндре называется верхней мертвой точкой (в. м. т.)
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Нижнее крайнее положение поршня в цилиндре называется нижней мертвой точкой
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Расстояние, проходимое поршнем от одной до другой мертвой точки, называется
ходом поршня S .
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Объем V с над поршнем, находящимся в в. м. т., называется объемом камеры сгорания
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Объем V п над поршнем, находящимся в н. м. т. называется
полным объемом цилиндра .
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Объем Vр, освобождаемый поршнем при его перемещении от в. м. т. к н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра .
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Рабочий объем цилиндра
Где: D - диаметр цилиндра;
S - ход поршня.
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Полный объем цилиндра
V c +V h = V n
Параметры двигателей внутреннего сгорания
Степень сжатия
Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания
4-х тактный
2-х тактный
двигателя .
Первый такт - впуск .
Поршень перемещается от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разрежение 0,7- 0,9 кгс/см и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр.
Температура смеси в конце впуска
75-125°С.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .
Второй такт- сжатие .
Поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т., оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно
9-15 кгс/см 2 и 35О-50О°С.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .
Третий такт - расширение, или рабочий ход .
В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, происходит быстрое сгорание смеси. Максимальное давление при сгорании достигает 30-50 кгс/см 2 , а температура 2100-2500°С.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .
Четвертый такт - в ы п у с к
Поршень перемещается от
н.м.т. к в.м.т., выпускной клапан открыт. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1-1,2 кгс/см 2 , а температура - до 70О-800°С.
Работа четырехтактного карбюраторного двигателя .
Разделенная вихрекамерная камера сгорания
Формы камер сгорания у дизелей
Разделенная форкамерная камера сгорания
Формы камер сгорания у дизелей
Полуразделенная камера сгорания
Формы камер сгорания у дизелей
Неразделенная камера сгорания
Установка на клапане ширмы
Тангенциальное расположение канала
Винтовой канал
Способы создания вихревого движения заряда во время впуска
Винтовой канал
Принцип работы дизельного двигателя .
двигателя .
Работа двухтактного карбюраторного двигателя .
Исследовательская работа на тему «История развития двигателей внутреннего сгорания»
Подготовил учащийся
11 класса
Попов Павел
Цели проекта:
- изучить историю создания и развития двигателей внутреннего сгорания;
- рассмотреть различные типы ДВС;
- изучить сферы применения различных ДВС
ДВС
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.
Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно.
Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел.
К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение
самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.
По роду топлива двигатели внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые.
По способу заполнения цилиндра свежим зарядом - на 4-тактные и 2-тактные.
По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха - на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.
Мощность, экономичность и другие характеристики двигателей постоянно улучшаются, но основной принцип действия остаётся неизменным.
В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу.
Первый двигатель, изобрёл в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822-1900). 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. Её коэффициент полезного действия составлял всего 4 % т.е. лишь 4% теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с отработанными газами.
Двигатель Ленуара
Жан Жозеф Этьен Ленуар
2-х тактный двигатель
В этом двигателе рабочий ход происходит в два раза чаще.
1 такт впуск и сжатие
2 такт рабочий ход и выпуск
Двигатели такого типа применяются на скутерах, моторных лодках, мотоциклах
4-тактный двигатель Отто
Николаус Август Отто
4-х тактный двигатель
Схема работы четырехтактного двигателя, цикл Отто 1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск
Двигатели такого типа применяются в машиностроении.
Карбюраторный двигатель
Этот двигатель – одна из разновидностей двигателей внутреннего сгорания. Сгорание топлива происходит внутри двигателя и существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях. Создателем этого двигателя был Готлиб Даймлер.
В течение нескольких лет Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием двигателя. В поисках более эффективных, чем светильный газ, автомобильного топлива Готлиб Даймлер совершив 1881году поездку на юг России, где ознакомился с процессами переработки нефти. Один из её продуктов, лёгкий бензин, оказался как раз таким источником энергии, который искал изобретатель: бензин хорошо испаряется, быстро и полностью сгорает, удобен для транспортировки.
В 1886году Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и на бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны только на жидкое топливо.
Карбюраторный двигатель
Готлиб Вильгельм Даймлер
Первый вариант инжекторного двигателя появился в конце 1970-х годов.
В этой системе датчик кислорода в выпускном коллекторе определяет полноту сгорания, а электронная схема устанавливает оптимальное соотношение топливо/воздух. В топливной системе с обратной связью состав топливно-воздушной смеси контролируется и регулируется несколько раз в секунду. Эта система очень похожа на систему карбюраторного двигателя.
Современный инжекторный двигатель
Первый инжекторный двигатель
Основные типы двигателей
Поршневой ДВС
Двигатели такого типа устанавливаются на автомобилях разного класса, морских и речных судах.
Основные типы двигателей
Роторный ДВС
Двигатели этого типа устанавливаются на автомобилях различного типа.
Основные типы двигателей
Газотурбинный ДВС
Двигатели такого типа устанавливаются на вертолетах, самолетах и другой военной технике.
Дизельный двигатель
Одним из видов ДВС является дизельный двигатель.
В отличии от бензиновых ДВС сжигание топлива в нем происходит благодаря сильному сжатию.
В момент сжатия происходит вспрыск топлива, которое благодаря высокому давлению сгорает.
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель
Двигатель Дизеля
Хотя Дизель и был первым, который запатентовал такой двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт высказывал ранее похожие идеи. Но он не обратил внимания на самое большое преимущество - топливную эффективность.
В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время.
Востребованный в таком виде высокооборотистый дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта
В 50 - 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.
Самый мощный в мире дизель, который устанавливается на морские лайнеры.
Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %,
дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением до 50 %.
Преимущества дизельных двигателей
Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.
Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более что в них не используется система зажигания.
Основные этапы развития ДВС
- 1860 год Э.Ленуар первый ДВС;
- 1878 год Н. Отто первый 4х тактный двигатель;
- 1886 год В.Даймлер первый карбюраторный двигатель;
- 1890 год Р. Дизель создал дизельный двигатель;
- 70-е годы 20 века создание инжекторного двигателя.
Основные типы ДВС
- 2-х и 4-х тактные ДВС;
- бензиновые и дизельные ДВС;
- поршневые, роторные и газотурбинные ДВС.
Сферы применения ДВС
- автомобилестроение;
- машиностроение;
- кораблестроение;
- авиационная техника;
- военная техника.
Слайд 1
Урок физики в 8 классе
Слайд 2
Вопрос 1:
Какая физическая величина показывает, сколько энергии выделяется при сжигании 1кг топлива? Какой буквой ее обозначают?
Удельная теплота сгорания топлива. g
Слайд 3
Вопрос 2:
Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200г бензина.
g=4,6*10 7дж/кг
Q=9,2*10 6дж
Слайд 4
Вопрос 3:
Удельная теплота сгорания каменного угля примерно в 2 раза больше, чем удельная теплота сгорания торфа. Что это значит.
Это значит, что для сгорания каменного угля потребуется в 2 раза большее количество теплоты.
Слайд 5
Двигатель внутреннего сгорания
Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел.
Слайд 6
Слайд 7
Карбюраторный двигатель.
карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.
Слайд 8
Основные Основные части ДВС части ДВС
1 – фильтр для всасываемого воздуха,
2 – карбюратор,
3 – бензобак,
4 – топливопровод,
5 – распыляющийся бензин,
6 – впускной клапан,
7 – запальная свеча,
8 – камера сгорания,
9 – выпускной клапан,
10 – цилиндр,
11 – поршень.
:
Основные части ДВС:
Слайд 9
Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты.
Слайд 10
Первый такт называется впуск (рис. "а"). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается.
Слайд 11
Второй такт – сжатие (рис. "б"). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь.
Слайд 12
Третий такт – рабочий ход поршня (рис. "в"). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз.
Слайд 13
Четвертый такт – выпуск (рис "г"). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается.
Слайд 14
физкультминутка
Слайд 15
Дизельный двигатель.
В 1892 г. немецкий инженер
Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.
Слайд 16
Принцип работы:
В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.
Слайд 17
Такты работы:
всасывание воздуха;
сжатие воздуха;
впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня;
выпуск отработавших газов.
Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.
Слайд 18
Некоторые сведения о двигателях Тип двигателя Тип двигателя
Некоторые сведения о двигателях Карбюраторный Дизельный
История создания Впервые запатентован в 1860 г. французом Ленуаром; в 1878 г. построен нем. изобретателем Отто и инженером Лангеном Изобретен в 1893 г. немецким инженером Дизелем
Рабочее тело Воздух, насыщ. парами бензина Воздух
Топливо Бензин Мазут, нефть
Макс. давление в камере 6 × 105 Па 1,5 × 106 - 3,5 × 106 Па
Т при сжатии рабочего тела 360-400 ºС 500-700 ºС
Т продуктов сгорания топлива 1800 ºС 1900 ºС
КПД:
для серийных машин
для лучших образцов
20-25%
35%
30-38%
45%
Применение В легковых машинах сравнительно небольшой мощности В более тяжелых машинах большой мощности (тракторы, грузовые тягачи, тепловозы).
Слайд 19
Слайд 20
Назови основные части ДВС:
Слайд 21
1. Назовите основные такты работы ДВС.
2. В каких тактах клапаны закрыты?
3. В каких тактах открыт клапан 1?
4. В каких тактах открыт клапан 2?
5. Отличие ДВС от дизеля?
Слайд 22
Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре
Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой
Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).
Слайд 23
Заполнить таблицу
Название такта Движение поршня 1 клапан 2 клапан Что происходит
Впуск
Сжатие
Рабочий ход
выпуск
вниз
вверх
вниз
вверх
открыт
открыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
Всасывание горючей смеси
Сжатие горючей смеси и воспламенение
Газы выталкивают поршень
Выброс отработанных газов
Слайд 24
1. Тип теплового двигателя, в котором пар вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. 2. Обозначение удельной теплоты плавления. 3. Одна из частей двигателя внутреннего сгорания. 4. Такт цикла двигателя внутреннего сгорания. 5. Переход вещества из жидкого состояния в твердое. 6. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости.
