Основной недостаток поршневых двигателей внутреннего сгорания

maxx096 › Блог › Двигатель внутреннего сгорания (устройство и принцип работы).

Продолжаем познавательную страничку.

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы ДВС:

• Поршневой двигатель внутреннего сгорания;
• Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания;
• Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.

Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:

• Автономность;
• Универсальность (сочетание с различными потребителями);
• Невысокая стоимость;
• Компактность;
• Малая масса;
• Возможность быстрого запуска;
• Многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся:

• Высокий уровень шума;
• Большая частота вращения коленчатого вала;
• Токсичность отработавших газов;
• Невысокий ресурс;
• Низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают следующие поршенвые ДВС:

• Бензиновые двигатели;
• Дизельные двигатели.

Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство:

• Корпус;
• Кривошипно-шатунный механизм;
• Газораспределительный механизм;
• Впускная система;
• Топливная система;
• Система зажигания (бензиновые двигатели);
• Система смазки;
• Система охлаждения;
• Выпускная система;
• Система управления.

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель):

• Впуск;
• Сжатие;
• Рабочий ход;
• Выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Вот так вот, Друзья! Благодарю за внимание!

Двигатель внутреннего сгорания: виды, принцип действия, преимущества и недостатки

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – автомобильный механизм, работа которого зависит от преобразования одного вида энергии (в частности, химической реакции от сгорания топлива) в другой вид (механическую энергию для запуска автомобиля).

В качестве достоинств двигателя внутреннего сгорания, которые определяют его широчайшее использование, отмечают: автономность, относительно невысокая стоимость, возможность использования на различных потребителях, многотопливность (двс могут работать на бензине, дизельном топливе, газе и даже на спирте и рапсовом масле). Так же к достоинствам можно отнести достаточно высокую надежность ДВС и неприхотливость в работе, простоту обслуживания.

При этом двигатели внутреннего сгорания обладают рядом недостатков: низкий коэффициент полезного действия, токсичность, шумность.

Однако по сочетанию своих достоинств и недостатков на сегодняшний день в транспортной сфере (в качестве автомобильных двигателей) серьезных конкурентов у двигателей внутреннего сгорания нет, и в ближайшее время не предвидится.

ДВС могут разделяться по нескольким категориям

По типу преобразования энергии:

• турбинные;
• поршневые;
• реактивные;
• комбинированные

По типу рабочего цикла:

• с 2-мя тактами цикла;
• с 4-мя тактами цикла

По типу топлива, которое используется:

• на бензине;
• на дизеле;
• на газе

Устройство ДВС

ДВС имеет достаточно сложное устройство, которое может быть оснащено:

• корпусом (блоком и головкой цилиндров);
• рабочими механизмами (кривошипно-шатунным и газораспределительным);
• различными системами (топливной, впускной, выпускной, смазки, зажигания, охлаждения и управления).

КШМ (кривошипно-шатунный механизм) обеспечивает движение возвратно-поступательного характера поршня и обратное вращательное движение вала.

Газораспределительный механизм предназначен для подачи топлива и воздуха в цилиндры, для вывода отработанной газовой смеси.

Топливная система предназначена для обеспечения автомобильного двигателя топливом.

Система впуска отвечает за своевременную подачу воздуха в ДВС, а система выпуска – за вывод отработанных газов, уменьшения уровня шума от работы цилиндров, а также снижения их токсичности.

Система впрыска обеспечивает доставку ТПС в двигатель ВС.

Система розжига (зажигания) выполняет функцию розжига смеси воздуха и топлива, которая поступает в ДВС.

Система смазки обеспечивает своевременную смазку всех внутренних частей и деталей двигателя.

Система охлаждения обеспечивает интенсивное охлаждение рабочей системы ДВС во время работы.

Система управления отвечает за контроль над слаженной работой всех важных систем ДВС.

Принцип работы ДВС

Двигатель работает на тепловой энергии газов, образующихся при сгорании используемого топлива, что в свою очередь запускает поршневое движение в цилиндре. ДВС работает циклически. Для того чтобы повторялся каждый последующий цикл, отработанная смесь удаляется, а в поршень поступает новая часть топлива и воздуха.

В современных моделях автомобилей используются двигатели, работающие на 4-х тактах. Работа такого двигателя основана на четырех равных по времени частях. Такт – это процесс, который осуществляется в цилиндре автомобильного двигателя за один рабочий ход (поднятие/опускание) поршня.

Поршень в цилиндре осуществляет четыре тактовых движения – два вверх и два вниз. Тактовое движение начинается с крайней точки (нижней или верхней) и проходит следующие этапы: впуск, сжатие, движение и выпуск.

Более детально рассмотрим особенности работы ДВС на каждом из тактов.

Впуск начинается в крайней точке (МТ – мертвая точка). Не имеет значения, с какой точки начинается движение, с верхней МТ или нижней МТ. Начиная свое движение в цилиндре, поршень захватывает поступившую топливно-воздушную смесь при открытом клапане впуска. При этом ТВС может образовываться как во впускном коллекторе, так и в камере сгорания.

При сжатии клапаны впуска полностью закрыты, ТВС начинает сжиматься непосредственно в цилиндрах. Это происходит за счет обратного поршневого движения от одной МТ к другой. При этом ТВС сжимается до размера самой камеры сгорания. Сильное сжатие обеспечивает более продуктивную работу ВДС.

Такт движения (рабочий ход)

На данном такте осуществляется розжиг воздушно-топливной смеси. Это может быть как путем самовоспламенения (для дизельных двигателей), так и принудительным воспламенением (для бензиновых двигателей). Вследствие возгорания ВТС происходит быстрое образование газов, энергия которых воздействует на поршень, приводя его в движение. КШМ трансформирует поступательные поршневые движения во вращательные вала. Клапаны системы на такте движения, как и на такте сжатия должны быть полностью закрытыми.

На последнем такте выпуска происходит открытие всех выпускных клапанов, после чего газораспределительный механизм удаляет отработанные газы из ДВС в выпускную систему, где происходит очистка, охлаждение и снижение уровня шума. В конце происходит полный выброс газов в атмосферу.

После завершения такта выпуска, циклы повторяются, начиная с такта впуска.

Видео, в котором наглядно показывается устройство и работа двигателя внутреннего сгорания:

Плюсы и минусы двигателя внутреннего сгорания

Человечество уже несколько сотен лет пользуется двигателями внутреннего возгорания. Они приводят в движение машины, автобусы, мотоциклы, трактора и многую другую технику. ДВС пришел к нам на смену паровому двигателю.

Основная специфика этих устройств заключается в том, что возгорание происходит прямо внутри рабочей камеры, в результате чего, энергия горения превращается в механические силы. Суть работы таких двигателей в том, что внутри цилиндров, под давлением, возникает горение топливно-воздушной смеси, которая воспламеняется различными способами.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

1. Поршневые. В агрегатах такого типа, полученная от горения энергия превращается в механическую при помощи кривошипно-шатунного механизма.
2. Карбюраторные. В этом случае топливная смесь возникает внутри карбюратора, далее попадает в цилиндр. Воспламенение осуществляется за счет свечей.
3. Инжекторные. Эти двигатели снабжены электронным устройством. Топливо впрыскивается в коллектор через форсунки.
4. Дизельные. Топливно-воздушная смесь в них воспламеняется без использования искр от свечей.
5. Роторные. В таких моторах энергия трансформируется в механическую работу при помощи кручения ротора газами.
6. Газотурбинные. Ротор таких двигателей снабжен клиновидными лопатками, приводящими в действие вал турбины.

Плюсы двигателя внутреннего сгорания

• Малый вес мотора. В большинстве случаев подобные устройства не занимают много места, и весят достаточно легко. К тому же, объем топливных баков, также может располагаться в сравнительно маленьких пространствах.
• На одной заправке имеется возможность проехать большие расстояния. Это особенно актуально для водителей автобусов или дальнобойщиков. Постоянные остановки на дозаправку могли бы значительно отягощать и без того нелегкую работу водителей.
• Высокая мощность. Сегодня двигатели внутреннего сгорания могут обладать огромным запасом лошадиных сил. Все зависит от стоимости. Если у вас имеются крупные финансы, вы сможете купить себе монстра среди рядовых автомобилей. Но и прокормить его будет непросто. Бензин, в прямом смысле, начнет вылетать в трубу, что естественно, обойдется собственнику в копеечку.
• Простота в использовании. Разобраться в устройстве моторов сегодня может любой желающий, если приложит к этому некоторые усилия. Большинство из них имеют одинаковые системы, поняв, из чего состоит один двигатель, вы с легкостью сможете разобраться в любом другом.
• Возможность быстрой заправки. Количество заправочных станций сейчас настолько велико, что водителям не приходится опасаться за обсохший бак. Они расположены практически в любом населенном пункте, а длительность заправки не превышает 10 минут.
• Доступность. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания перестали быть редкостью. Они прочно вошли в нашу жизнь. Автосалоны предлагают потребителям любые машины на вкус и цвет. На вторичном рынке их стоимость настолько низкая, что их приобретают даже студенты и школьники.
• Большой ресурс работы. Современные моторы могут проработать без капитального ремонта десятки лет. К слову сказать, что надежность агрегатов потихоньку снижается, и все же остается на должном уровне вот уже многие годы.

Минусы

• Безусловным минусом ДВС является высокая степень выбросов, вырабатывающихся во время езды. Главная проблема лежит в том, что топливо сгорает не полностью. На передвижение машины уходит лишь 15% горючего материала, остальное вылетает в воздух, в результате не достигшей совершенства камеры сгорания топлива. Отработанные газы включают в себя сотни вредных компонентов, тяжелых металлов и производных углеводорода.
• Всегда требуется наличие коробки переключения передач. Это устройство необходимо для того, чтобы менять передаточное число, регулирующее количество оборотов двигателя, которые в свою очередь передают энергию на колеса, и те начинают вращаться либо быстрее, либо медленнее.
• Необходимость смены масла каждые 10 000 км пробега. Это обусловлено загрязнением жидкости, попадающими в двигатель мелкими частицами, а также при появлении рабочих отходов от поршней и коленвала.
• Высокая стоимость топлива. Цена за литр бензина или солярки неуклонно растет вверх. Такими темпами передвижение на автомобилях с ДВС будет большой роскошью. Выходом из данной ситуации может послужить установка газового оборудования, так как цена на газ сейчас в 2 раза меньше стоимости бензина, и пока что остается примерно на отметке в 23 рубля, в зависимости от региона.
• Ограниченный ресурс дешевых моторов. Производители двигателей низкой стоимости используют некачественные детали, имеющие большой износ. Хотя, при наличии современных смазок, время работы можно значительно повысить. Главное вовремя менять жидкости и прочие расходные материалы.
• Низкий коэффициент полезного действия. Данный показатель отражает эффективность работы двигателя относительно вырабатываемой энергии в механические силы. Его выражают в процентах. В отличие от электрических моторов, КПД которых может достигать 95%, КПД двигателей внутреннего сгорания не обладает такими показателями. Потери полезного действия происходят в результате неполного сгорания топлива, расходов на тепло, а также потери на прочее оборудование, такое как кондиционер, помпа, генератор.

Современные двигатели шагнули далеко вперед от своих предшествующих собратьев. На сегодняшний день им нет конкурентов. Возможно, если люди не придумают чего-то в корне нового, такие моторы просуществуют в нашем мире еще не одно десятилетие. Как бы хотелось, чтоб ДВС жили вечно, но их существование закончится вместе с нефтью, и придет эра электрических двигателей.

Но, несмотря на то, что ДВС заслужили всеобщую любовь, они могут стать причиной глобального экологического кризиса. Выбросы, создаваемые в атмосферу миллионами автомобилей, поднимают реальную угрозу нашей планете.

Основной недостаток поршневых двигателей внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель. Принцип его действия состоит в том, что смесь горючего с воздухом при воспламенении выделяет большое количество теплоты.

Двигатель внутреннего сгорания является тепловой машиной, которая осуществляет преобразование высвобождающейся энергии газов в процессе сгорания топлива в полезную механическую работу. В основу работы ДВС положено сгорание топлива внутри специальной рабочей камеры (цилиндра). Выделяющиеся продукты горения стремительно расширяются и создают сильное давление на поршень.

Сегодня ДВС является основным типом силовой установки, которая используется в качестве автомобильного двигателя, а также двигателя для скутеров и мотоциклов, легких судов и самолетов, сельскохозяйственной и другой техники.

Принято различать несколько основных типов двигателей внутреннего сгорания:

• поршневой;
• роторно-поршневой (роторный двигатель Ванкеля);
• газотурбинный;

Поршневой ДВС является автономным и универсальным агрегатом. Среди отличительных особенностей отмечены: невысокая стоимость, компактность, небольшой вес и габариты, быстрый запуск и возможность использования различных видов топлива.

Двигатель внутреннего сгорания имеет также целый ряд серьезных недостатков: повышенный уровень шума и вибраций, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс поршневого ДВС, низкий коэффициент полезного действия.

Поршневой ДВС работает циклически, рабочие циклы делятся на такты. Существуют двух и четырехтактные двигатели. Один рабочий цикл четырехтактного двигателя равен двум оборотам коленчатого вала и включает в себя такты: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска и рабочего хода поршень в цилиндре движется вниз, на такте сжатия и выпуска происходит движение вверх. В двухтактных ДВС полный рабочий цикл выполняется за такт сжатия и рабочего хода.

Двигатели внутреннего сгорания различаются также видами применяемого топлива. Подавляющее большинство ДВС работают на бензине или дизельном топливе. К альтернативным видам топлива для двигателей внутреннего сгорания относится природный газ, метанол и этанол (спиртовые виды топлива), а также водород.

Список самых надежных бензиновых и дизельных моторов: 4-х цилиндровые силовые агрегаты, рядные 6-ти цилиндровые ДВС и V-образные силовые установки. Рейтинг.

Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС.

Чем отличается атмосферный мотор от турбодвигателя. Конструктивные особенности, мощность, особенности эксплуатации. Главные плюсы и минусы атмосферников.

Влияние степени сжатия на мощность и другие характеристики мотора. Тюнинг и увеличение степени сжатия, а также понижение параметра в отдельных случаях.

Форсирование двигателя. Плюсы и минусы доработки мотора без турбины. Главные способы форсирования: тюнинг ГБЦ, коленвал, степень сжатия, впуск и выпуск.

Назначение и функции форкамеры в устройстве предкамерных бензиновых и дизельных двигателей. Внедрение предкамеры для повышения мощности и экономии топлива.

Двигатель внутреннего сгорания

ВВЕДЕНИЕ

В древности люди приводили в действие простейшие механизмы руками или с помощью животных. Затем они научились использовать силу ветра, плавая на парусных кораблях. Они научились так же использовать ветер для вращения ветряных мельниц, перемалывающих зерно в муку. Позже они стали применять энергию течения воды в реках для вращения водяных колес. Эти колеса перекачивали и поднимали воду или приводили в действие различные механизмы.
История появления тепловых двигателей уходит в далекое прошлое. Хотя и двигатель внутреннего сгорания – очень сложный механизм. И функция, выполняемая тепловым расширением в двигателях внутреннего сгорания не так проста, как это кажется на первый взгляд. Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расширения газов.

Цель работы:
Рассмотреть двигатель внутреннего сгорания.

Задачи:
1. Изучить теорию двигателей внешнего и внутреннего сгорания.
2. Сконструировать модель на основе теории ДВС.
3. Рассмотреть влияние ДВС на окружающую среду.
4. Создать буклет на тему: “Двигатель внутреннего сгорания ”.

Гипотеза:
В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах. На большинстве современных автомобилей установлены двигатели внутреннего сгорания.

Актуальность:
Физика и физические законы являются неотъемлемой частью нашей жизни.
Техника, здания, различные процессы, протекающие в нашем мире – все это физика. Мы не можем жить и не знать, хотя бы элементарных законов этой науки. А, следовательно, физика – это актуальная, не стареющая наука.
Тема нашей работы поможет ученикам понять и усвоить на первый взгляд самые обычные процессы в окружающем нас мире, но сложные по своему устройству.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Двигатель внутреннего сгорания

Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70% пассажирских перевозок. За последние годы заводами автомобильной промышленности освоены многие образцы модернизированной и новой автомобильной техники, в том числе для сельского хозяйства, строительства, торговли, нефтегазовой и лесной промышленности. В настоящее время существует большое количество устройств, использующих тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюраторный двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т. д.

Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы:
1. Двигатели с внешним сгоранием.
2. Двигатели внутреннего сгорания.

Изучая тему урока “Двигатели внутреннего сгорания” в 8 классе мы заинтересовались этой темой. Мы живем в современном мире, в котором техника играет важную роль. Не только та техника, которую мы используем у себя дома, но и на которой ездим – автомобиль. Рассматривая машину, я убедился, что двигатели это необходимая часть автомобиля. Неважно будь это старая или новая машина. Поэтому мы решили затронуть тему двигателя внутреннего сгорания, который использовали и раньше и сейчас.

Для того, чтобы понять устройство ДВС, мы решили создать его сами и вот, что у нас получилось.

Изготовление ДВС

Материал: картон, клей, проволока, моторчик, шестерни, батарейка 9V.

Ход изготовления
1. Изготовили из картона коленвал (вырезали круг)
2. Изготовили шатун (сложили прямоугольный лист картона 15*8 пополам и ещё на 90градусов), на концах которого сделали отверстия
3. Из картона изготовили поршень, в котором сделали отверстия (под поршневые пальцы)
4. Поршневые пальцы сделали по размеру отверстия в поршне, свернув небольшой лист картона
5. С помощью поршневого пальца закрепили поршень на шатуне, а с помощью проволоки шатун прикрепили к коленвалу
6. По размеру поршня свернули цилиндр, а по размеру коленвала картер (Картер – коробочка под коленвал)
7. Собрали механизм вращения коленвала (с помощью шестерёнок и моторчика), так чтобы при больших оборотах моторчика вращающий механизм развивал меньшие обороты (чтобы он мог провернуть коленвал с шатуном и поршнем)
8. К коленвалу прикрепили вращающийся механизм и поместили его в картер (закрепив вр. механизм к стенке картера)
9. Поршень поместили в цилиндр и склеили цилиндр с картером.
10. Идущие два провода + и – от моторчика присоединяем к батарейке и наблюдаем движение поршня.

Вид модели снаружи

Вид модели внутри

Применение ДВС

Тепловое расширение нашло свое применение в различных современных технологиях. В частности можно сказать о применении теплового расширения газа в теплотехники. Так, например, это явление применяется в различных тепловых двигателях, т. е. в двигателях внутреннего и внешнего сгорания:
* Роторных двигателях;
* Реактивных двигателях;
* Турбореактивных двигателях;
* Газотурбинные установки;
* Двигателях Ванкеля;
* Двигателях Стирлинга;
* Ядерные силовые установки.

Тепловое расширение воды используется в паровых турбинах и т. д. Все это в свою очередь нашло широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. Например, двигатели внутреннего сгорания наиболее широко используются:
* Транспортные установки;
* Сельскохозяйственные машины.

В стационарной энергетике двигатели внутреннего сгорания широко используются:
* На небольших электростанциях;
* Энергопоезда;
* Аварийные энергоустановки.

ДВС получили большое распространение также в качестве привода компрессоров и насосов для подачи газа, нефти, жидкого топлива и т. п. по трубопроводам, при производстве разведочных работ, для привода бурильных установок при бурении скважин на газовых и нефтяных промыслах.
Турбореактивные двигатели широко распространены в авиации. Паровые турбины – основной двигатель для привода электрогенераторов на ТЭС. Применяют паровые турбины также для привода центробежных воздуходувок, компрессоров и насосов.
Существуют даже паровые автомобили, но они не получили распространения из–за конструктивной сложности.
Тепловое расширение применяется также в различных тепловых реле, принцип действия, которых основан на линейном расширении трубки и стержня, изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения.

Воздействие тепловых двигателей на окружающую среду

Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием различных факторов.
Во–первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается.
Во–вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.
В–третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. А автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2–3 тонны свинца.
Выбросы вредных веществ в атмосферу – не единственная сторона воздействия тепловых двигателей на природу. Согласно законам термодинамики производство электрической и механической энергии в принципе не может быть осуществлено без отвода в окружающую среду значительных количеств теплоты. Это не может не приводить к постепенному повышению средней температуры на Земле.

Методы борьбы с вредными воздействиями тепловых двигателей на окружающую среду

Один из способов уменьшения путей загрязнения окружающей среды связан с использованием в автомобилях вместо карбюраторных бензиновых двигателей дизелей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.
Перспективными являются разработки автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей применяются электродвигатели или двигатели, использующие в качестве топлива водород.
Другой способ заключается в увеличении КПД тепловых двигателей. В Институте нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН разработаны новейшие технологии превращения углекислого газа в метанол (метиловый спирт) и диметиловый эфир, увеличивающие в 2–3 раза производительность аппаратов при значительном уменьшении электроэнергии. Здесь был создан реактор нового типа, в котором производительность увеличена в 2–3 раза.
Введение этих технологий снизит накопление углекислого газа в атмосфере и поможет не только создать альтернативное сырьё для синтеза многих органических соединений, основой для которых сегодня служит нефть, но и решить упомянутые выше экологические проблемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Благодаря нашей работе можно сделать следующие выводы:
Не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расширения газов. И в этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подробно принцип работы ДВС, их рабочие циклы – вся их работа основана на использовании теплового расширении газов. Но ДВС – это только одно из конкретных применений теплового расширения. И судя по тому, какую пользу приносит тепловое расширение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно судить о пользе данного явления в других областях человеческой деятельности.
И пускай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у них есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не загрязняющие внутреннюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на новый уровень развития, а пройдя его, человечество поднялось еще выше.

Литература

1. Хрестоматия по физике: А. С. Енохович – М.: Просвещение, 1999
2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: – М., Высшая школа., 1989.
3. Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы: Просвещение 1991.
4. Интернет–ресурсы.

Авторы работы:
Кайгородов Илья,
Филипчук Евгений,
ученики 10 класса

Руководители работы:
Шаврова Т. Г. учитель физики,
Бачурин Д. Н. учитель информатики.

Муниципальное общеобразовательное учреждение
“Первомайская средняя общеобразовательная школа №2”
Бийского района Алтайского края

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА — РЕФЕРАТЫ — Двигатель внутреннего сгорания

Реферат на тему

Двигатель внутреннего сгорания

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Области применения теплового расширения

ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Основы устройства поршневых ДВС

Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя

Принцип действия четырехтактного дизеля

Принцип действия двухтактного двигателя

Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочие циклы двухтактных двигателей

ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ РАБОТУ ДВИГАТЕЛЕЙ

Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность

Эффективная мощность и средние эффективные давления

Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива

Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива

Тепловой баланс двигателя

Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения

большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневренность,

проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает

автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Важную роль играет автомобильный транспорт в освоении восточных и

нечерноземных районов нашей страны. Отсутствие развитой сети железных дорог

и ограничение возможностей использования рек для судоходства делают

автомобиль главным средством передвижения в этих районах.

Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного

хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе

страны. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов,

перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70%

Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли

народного хозяйства — автомобильной промышленности, которая на современном

этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения .

Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад

(название «автомобиль» происходит от греческого слова autos — «сам» и

латинского mobilis — «подвижный»), когда стали изготовлять «самодвижущиеся»

повозки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка

крестьянин Л.Шамшуренков создал довольно совершенную для своего времени

«самобеглую коляску», приводимого в движение силой двух человек. Позднее

русский изобретатель И.П.Кулибин создал «самокатную тележку» с педальным

приводом. С появлением паровой машины создание самодвижущихся повозок

быстро продвинулось вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через

несколько лет и в Англии были построены паровые автомобили. Широкое

распространение автомобиля как транспортного средства начинается с

появлением быстроходного двигателя внутреннего сгорания. В 1885 г.

Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бензиновым двигателем, а в 1886 г.

К.Бенц — трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально

развитых странах (Франция, Великобритания, США) создаются автомобили с

двигателями внутреннего сгорания.

В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В

царской России неоднократно делались попытки организовать собственное

машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на

Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет

здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей.

Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество

грузовых автомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около

9000 автомобилей, из них большая часть — зарубежного производства.

После Великой Октябрьской социалистической революции практически заново

пришлось создавать отечественную автомобильную промышленность. Начало

развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в

Москве на заводе АМО были построены первые грузовые автомобили АМО-Ф-15.

В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производство

автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось массовое производство

грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в строй завод ГАЗ.

В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей Московский завод

малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский

автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй

Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы.

Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо

быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный завод

им. 50-летия СССР.

За последние годы заводами автомобильной промышленности освоены многие

образцы модернизированной и новой автомобильной техники, в том числе для

сельского хозяйства, строительства, торговли, нефтегазовой и лесной

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В настоящее время существует большое количество устройств, использующих

тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюраторный

двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т.д.

Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы. 1.

Двигатели с внешним сгоранием — паровые машины, паровые турбины, двигатели

Стирлинга и т.д. 2. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве

энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили

двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива с

выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит

непосредственно в цилиндрах. На большинстве современных автомобилей

установлены двигатели внутреннего сгорания.

Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели

внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы,

сравнительно небольшие габаритные размеры и массу. Основным недостатком

этих двигателей следует считать возвратно-поступательное движение поршня,

связанное с наличием криво шатунного механизма, усложняющего конструкцию и

ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно при

значительных размерах двигателя.

А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгорания

(ДВС) был создан в 1860 г. французским инженером Этвеном Ленуаром, но эта

машина была еще весьма несовершенной. В 1862 г. французский изобретатель Бо

де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания

четырехтактный цикл: 1)всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4)

выхлоп. Эта идея была использована немецким изобретателем Н.Отто,

построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при

использовании двигателей всех предшествующих типов.

Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском

хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положительных

Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями

значительным перепадом температур между источником теплоты и холодильником

обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность —

одно из положительных качеств ДВС. Среди ДВС дизель в настоящее время

является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива в

механическую работу с

наиболее высоким КПД в широком диапазоне изменения мощности. Это качество

дизелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограничены.

К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут

быть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняется

широкими возможностями получения соответствующих характеристик изменения

мощности и крутящего момента этих двигателей.

Рассматриваемые двигатели успешно используются на автомобилях тракторах

, сельскохозяйственных машинах, тепловозах, судах ,электростанциях и т.д.,

т.е. ДВС отличаются хорошей приспособляемостью к потребителю.

Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса

ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих

широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения.

Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС

могут летать десятки часов без пополнения горючего. Важным положительным

качеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях.

Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальными

устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели

сравнительно быстро могут принимать полную нагрузку. ДВС обладают

значительным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на

Положительным качеством дизелей является способность одного двигателя

работать на многих топливах. Так известны конструкции автомобильных

многотопливных двигателей, а также судовых двигателей большой мощности,

которые работают на различных топливах – от дизельного до котельного

мазута. Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом

недостатков. Среди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и

газовыми турбинами агрегатная мощность. Высокий уровень шума, относительно

большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность

непосредственного соединения его с ведущими колесами потребителя,

Токсичность выхлопных газов, возвратно-поступательное движение поршня,

ограничивающие частоту вращения и являющиеся причиной появлений не

уравновешенных сил инерции и моментов от них. Но невозможно было бы

создание двигателей внутреннего сгорания, их развития и применения, если бы

не эффект теплового расширения. Ведь в процессе теплового расширения

нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие

быстрого сгорания смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, резко

повышается давление, под воздействием которого происходит перемещение

поршня в цилиндре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция,

т.е. силовое воздействие, создание больших давлений, которую выполняет

тепловое расширение, и ради которой это явление применяют в различных

технологиях и в частности в ДВС. Именно этому явлению я хочу уделить

внимание в следующей главе.

Тепловое расширение — изменение размеров тела в процессе его

изобарического нагревания (при постоянном давлении). Количественно тепловое

расширение характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения

B=(1/V)*(dV/dT)p, где V — объем, T — температура, p — давление. Для

большинства тел B>0 (исключением является, например, вода, у которой в