z obsesja

Wprowadzenie …………………………………………………………………… .2

1. Historia stworzenia ......................................................

2. Historia przemysłu motoryzacyjnego w Rosji ………………………… 7

3. Silniki spalinowe tłokowe …………………… 8

3.1 Klasyfikacja ICE ………………………………………… .8

3.2 Podstawy projektowania tłokowych silników spalinowych ……………………… 9

3.3 Zasada pracy ………………………………………………… ..10

3.4 Zasada działania czterosuwowego silnika gaźnika …………………………………………………………… 10

3.5 Zasada działania czterosuwowego silnika wysokoprężnego ……… 11

3.6 Zasada działania silnika dwusuwowego ... 12

3.7 Cykl pracy czterosuwowych gaźników i silników Diesla ....................................................................... 13

3.8 Cykl pracy silnika czterosuwowego ……… ... …… 14

3.9 Cykle pracy silników dwusuwowych ……………… ... 15

Wniosek ...................................... 16

Wprowadzenie

XX wiek to świat technologii. Potężne maszyny wydobywają miliony ton węgla, rudy i ropy z trzewi ziemi. Potężne elektrownie wytwarzają miliardy kilowatogodzin energii elektrycznej. Tysiące fabryk produkuje ubrania, radia, telewizory, rowery, samochody, zegarki i inne niezbędne produkty. Telegraf, telefon i radio łączą nas z całym światem. Pociągi, statki motorowe, samoloty z wielką prędkością przewożą nas przez kontynenty i oceany. A wysoko nad nami, poza atmosferą ziemi, lecą rakiety i sztuczne satelity Ziemi. Wszystko to nie jest bez pomocy prądu.

Człowiek rozpoczął swój rozwój od zawłaszczenia gotowych produktów natury. Już na pierwszym etapie rozwoju zaczął używać sztucznych narzędzi.

Wraz z rozwojem produkcji warunki do pojawienia się i rozwoju maszyn zaczynają nabierać kształtu. Początkowo maszyny, podobnie jak narzędzia, tylko pomagały człowiekowi w jego pracy. Potem stopniowo go zastępowali.

W feudalnym okresie historii po raz pierwszy jako źródło energii wykorzystano siłę przepływu wody. Ruch wody obrócił koło wodne, które z kolei uruchomiło różne mechanizmy. W tym okresie pojawiła się szeroka gama maszyn technologicznych. Jednak powszechne korzystanie z tych maszyn było często utrudniane przez brak pobliskiego przepływu wody. Konieczne było poszukiwanie nowych źródeł energii, aby zasilać maszyny w dowolnym miejscu na świecie. Próbowali energii wiatru, ale okazało się to nieskuteczne.

Zaczęli szukać innego źródła energii. Wynalazcy pracowali przez długi czas, przetestowali wiele maszyn - a teraz wreszcie zbudowano nowy silnik. To był silnik parowy. Uruchomił liczne maszyny i obrabiarki w fabrykach, a na początku XIX wieku wynaleziono pierwsze lądowe parowozy.

Ale silniki parowe były złożonymi, nieporęcznymi i drogimi instalacjami. Dynamiczny transport mechaniczny wymagał innego silnika - małego i taniego. W 1860 roku Francuz Lenoir, wykorzystując elementy konstrukcyjne silnika parowego, paliwa gazowego i iskry elektrycznej do zapłonu, skonstruował pierwszy silnik spalinowy, który znalazł praktyczne zastosowanie.

1. HISTORIA TWORZENIA

Używanie energii wewnętrznej oznacza wykonywanie pożytecznej pracy przez nią, to znaczy przekształcanie energii wewnętrznej w energię mechaniczną. W najprostszym eksperymencie, polegającym na tym, że do probówki wlewa się trochę wody i doprowadza do wrzenia (rurka jest początkowo zamknięta korkiem), korek podnosi się i wyskakuje pod naciskiem utworzonej pary.

Innymi słowy, energia paliwa przechodzi do wewnętrznej energii pary, a para, rozszerzając się, wykonuje pracę, wybijając korek. Tak więc energia wewnętrzna pary jest przekształcana w energię kinetyczną korka.

Jeśli rurkę testową zastąpi mocny metalowy cylinder, a korek jest tłokiem, który przylega ściśle do ścianek cylindra i może się swobodnie poruszać po nich, otrzymujemy prosty silnik cieplny.

Silniki cieplne nazywane są maszynami, w których energia wewnętrzna paliwa jest przekształcana w energię mechaniczną.

Historia silników cieplnych sięga do odległej przeszłości, mówią, ponad dwa tysiące lat temu, w III wieku pne, wielki grecki mechanik i matematyk Archimedes zbudował działo, które strzelało za pomocą pary. Rysunek pistoletu Archimedesa i jego opis znaleziono po 18 wiekach w rękopisach wielkiego włoskiego naukowca, inżyniera i artysty Leonarda da Vinci.

Jak strzelał ten pistolet? Jeden koniec beczki był bardzo gorący. Następnie wodę wlano do ogrzanej części beczki. Woda natychmiast odparowała i zamieniła się w parę. Para, rozszerzając się, rzuciła rdzeń z siłą i trzaskiem. Interesujące jest dla nas to, że lufa pistoletu była cylindrem, wzdłuż którego rdzeń ślizgał się jak tłok.

Około trzech wieków później w Aleksandrii - kulturalnym i bogatym mieście na afrykańskim wybrzeżu Morza Śródziemnego - żył i pracował wybitny naukowiec Heron, który historycy nazywają Heron z Aleksandrii. Heron zostawił kilka pism, które do nas dotarły, w których opisał różne maszyny, urządzenia, mechanizmy znane w tamtych czasach.

W pracach Herona znajduje się opis ciekawego urządzenia, które nazywa się teraz Kulą Czapli. Jest to pusta żelazna kula, zamocowana tak, aby mogła obracać się wokół osi poziomej. Z zamkniętego kotła z wrzącą wodą para wchodzi do kuli przez rurkę, z kulki wypływa przez zakrzywione rurki, a kula obraca się. Energia wewnętrzna pary jest przekształcana w mechaniczną energię obrotową kuli. Piłka Gerona jest prototypem nowoczesnych silników odrzutowych.

W tym czasie wynalazek Herona nie znalazł zastosowania i pozostał jedynie zabawą. Minęło 15 wieków. W nowym okresie świetności nauki i techniki, który nastąpił po średniowieczu, Leonardo da Vinci myśli o wykorzystaniu wewnętrznej energii pary. W jego rękopisach znajduje się kilka rysunków przedstawiających cylinder i tłok. Pod tłokiem w cylindrze znajduje się woda, a sam cylinder jest podgrzewany. Leonardo da Vinci założył, że para powstająca w wyniku podgrzewania wody, rozszerzania się i zwiększania objętości, będzie szukać wyjścia i popchnie tłok w górę. Podczas ruchu w górę tłok może wykonywać pożyteczną pracę.

Giovanni Branca, który żył wiecznie w wielkim Leonardo, wyobrażał sobie nieco inny silnik wykorzystujący energię pary. To było koło z
  ostrza, drugie z siłą uderzyły w strumień pary, więc koło zaczęło się obracać. Zasadniczo była to pierwsza turbina parowa.

W XVII-XVIII wieku Brytyjczycy pracowali nad wynalezieniem pary, Thomas Severi (1650-1715) i Thomas Newcomen (1663-1729), Francuz Denis Papen (1647-1714), rosyjski naukowiec Ivan Ivanovich Polzunov (1728-1766) i inni.

Papen zbudował cylinder, w którym tłok poruszał się swobodnie w górę iw dół. Tłok był połączony kablem przerzuconym nad blokiem z obciążeniem, które podążając za tłokiem również unosiło się i opadało. Według Papena tłok może być podłączony do dowolnej maszyny, na przykład pompy wodnej, która pompowałaby wodę. Poksę wlano do dolnej rozkładanej części cylindra, który następnie podpalono. Powstające gazy, próbując się rozszerzyć, popchnęły tłok w górę. Następnie cylinder i tłok oblano wodą diodową z zewnątrz. Gazy w cylindrze zostały schłodzone, a ich ciśnienie na tłoku spadło. Tłok spadł pod wpływem własnego ciężaru i zewnętrznego ciśnienia atmosferycznego, podnosząc ładunek. Silnik wykonał przydatną pracę. Ze względów praktycznych był niezdolny: cykl technologiczny jego pracy był zbyt skomplikowany (napełnianie i spalanie proszku, zalewanie wodą, i to podczas całej pracy silnika!). Ponadto użycie takiego silnika było dalekie od bezpiecznego.

Jednak nie można nie dostrzec cech nowoczesnego silnika spalinowego w pierwszej maszynie Palen.

W swoim nowym silniku Papen używał wody zamiast prochu. Wlano go do cylindra pod tłokiem, a sam cylinder ogrzewano od dołu. Powstała para unosiła tłok. Następnie cylinder został schłodzony, a para w nim skondensowana - ponownie zamieniona w wodę. Tłok, podobnie jak silnik spalinowy, spadł pod wpływem jego ciężaru i ciśnienia atmosferycznego. Ten silnik działał lepiej niż silnik proszkowy, ale był również mało przydatny do poważnego praktycznego zastosowania: konieczne było dostarczanie i usuwanie ognia, dostarczanie schłodzonej wody, czekanie na kondensację pary, odcinanie wody itp.

Wszystkie te niedociągnięcia wynikały z faktu, że przygotowanie pary niezbędnej do pracy silnika nastąpiło w samym cylindrze. Ale co, jeśli wpuścisz do cylindra już gotową parę, uzyskaną na przykład w osobnym kotle? Wtedy wystarczyłoby naprzemiennie wpuszczać parę lub schłodzoną wodę, a silnik pracowałby z większą prędkością i mniejszym zużyciem paliwa.

Zgadł to współczesny Denis Palen, Anglik, Thomas Severi, który zbudował pompę parową do pompowania wody z kopalni. W jego samochodzie para była gotowana na zewnątrz cylindra - w kotle.

Po północy angielski kowal Thomas Newcomen zaprojektował silnik parowy (również przystosowany do pompowania wody z kopalni). Zręcznie wykorzystał wiele z tego, co przed nim wymyślono. Nowicjusz wziął cylinder z tłokiem Papen, ale otrzymał parę do podniesienia tłoka, podobnie jak Severi, w osobnym kotle.

Maszyna Newcomen, podobnie jak wszystkie poprzednie, działała z przerwami - między dwoma skokami roboczymi tłoka była przerwa. Miała od czterech do pięciu pięter i dlatego była wyłącznie<прожорлива>: pięćdziesiąt koni ledwie udało jej się dostarczyć paliwo. Pomocnicy składali się z dwóch osób: strażak ciągle wrzucał węgiel<ненасытную пасть>   palenisko, a mechanik kontrolował dźwigi wpuszczające parę i zimną wodę do cylindra.

Kolejne 50 lat zajęło zbudowanie uniwersalnego silnika parowego. Stało się to w Rosji, w jednej z jej odległych dzielnic - Ałtaju, gdzie pracował wówczas genialny rosyjski wynalazca, syn żołnierza Iwan Polzunow.

Polzunov zbudował swój<огнедействующую машину>   w jednej z fabryk Barnauł. Wynalazek ten był sprawą jego życia i można by powiedzieć, że kosztował go życie W kwietniu 1763 r. Polzunov zakończył obliczenia i poddał projekt pod rozwagę. W przeciwieństwie do pomp parowych Severi i Newcomen, o których Polzunov wiedział i których wady były wyraźnie świadome, był to projekt uniwersalnej maszyny o ciągłym działaniu. Maszyna przeznaczona była do mieszków dmuchaw, wtłaczających powietrze do pieców do topienia. Jego główną cechą było to, że wał roboczy kołysał się nieprzerwanie, bez przestojów. Osiągnięto to dzięki temu, że Polzunov dostarczył zamiast jednego Cylindra, tak jak w samochodzie Newcomena, dwa działające na przemian. Podczas gdy tłok unosił się w jednym cylindrze pod działaniem pary, kondensował w drugim, a tłok opadał. Oba tłoki były połączone jednym wałkiem roboczym, który na przemian obracały się w jednym lub drugim kierunku. Skok roboczy maszyny został wykonany nie z powodu ciśnienia atmosferycznego, jak w Newcomen, ale z powodu pracy pary w cylindrach.

Wiosną 1766 r. Studenci Polzunova, tydzień po jego śmierci (zmarł w wieku 38 lat), przetestowali samochód. Pracowała przez 43 dni i wprawiła w ruch mieszek trzech hut. Potem kocioł wyciekł; skóra, na której zamontowane były tłoki (w celu zmniejszenia szczeliny między ścianą cylindra a tłokiem) została zużyta, a maszyna zatrzymała się na zawsze. Nikt inny tego nie zrobił.

Twórcą kolejnego uniwersalnego silnika parowego, który był szeroko stosowany, był angielski mechanik James Watt (1736–1819). Pracując nad ulepszeniem maszyny Newcomen, w 1784 r. Zbudował silnik, który był odpowiedni na każdą potrzebę. Wynalazek Watta został przyjęty z hukiem. W najbardziej rozwiniętych krajach Europy praca fizyczna w fabrykach jest coraz częściej zastępowana pracą maszynową. Uniwersalny silnik stał się niezbędny do produkcji i został stworzony.

Silnik Watta wykorzystuje tak zwany mechanizm korbowy, który przekształca ruch tłokowy w tłok na
  ruch obrotowy koła.

Później został wynaleziony<двойное действие>   maszyny: wysyłając parę naprzemiennie pod tłok, a następnie na tłok, Watt obrócił oba swoje ruchy (w górę iw dół) w robotników. Samochód stał się mocniejszy. Para była wysyłana do górnej i dolnej części cylindra za pomocą specjalnego mechanizmu dystrybucji pary, który został następnie ulepszony i nazwany<золотником>.

Następnie Watt doszedł do wniosku, że nie trzeba cały czas, gdy tłok porusza się, dostarczać parę do cylindra. Wystarczy wpuścić pewną część pary do cylindra i nakazać tłokowi ruch, a wtedy para zacznie się rozszerzać i przesunie tłok do skrajnego położenia. To sprawiło, że samochód był bardziej ekonomiczny: potrzeba mniej pary, zużywa się mniej paliwa.

Obecnie jednym z najczęstszych silników cieplnych jest silnik spalinowy (ICE). Jest instalowany w samochodach, statkach, ciągnikach, łodziach motorowych itp. Na całym świecie istnieją setki milionów takich silników.

Aby ocenić silnik cieplny, ważne jest, aby wiedzieć, ile energii uwolnionej przez paliwo zamienia w użyteczną pracę. Im więcej tej części energii, tym bardziej ekonomiczny silnik.

Aby scharakteryzować gospodarkę, wprowadzono pojęcie współczynnika wydajności (COP).

Sprawność silnika cieplnego to stosunek tej części energii, która została przeznaczona na użyteczną pracę silnika do całej energii uwolnionej podczas spalania paliwa.

Pierwszy silnik wysokoprężny (1897) miał sprawność 22%. Silnik parowy Watta (1768) - 3-4%, nowoczesny stacjonarny silnik Diesla ma sprawność 34-44%.

2. HISTORIA SAMOCHODU W ROSJI

Transport drogowy w Rosji obsługuje wszystkie sektory gospodarki narodowej i zajmuje jedno z wiodących miejsc w jednolitym systemie transportowym kraju. Transport drogowy stanowi ponad 80% towarów transportowanych łącznie wszystkimi rodzajami transportu oraz ponad 70% ruchu pasażerskiego.

Transport samochodowy powstał w wyniku rozwoju nowej gałęzi gospodarki narodowej - przemysłu motoryzacyjnego, który na obecnym etapie jest jednym z głównych ogniw inżynierii krajowej.

Stworzenie samochodu rozpoczęło się ponad dwieście lat temu (nazwa „samochód” pochodzi od greckiego słowa „autos” - „on” i łacińskiej mobilis - „mobilny”), kiedy zaczęli oni tworzyć „ruchome” wózki. Po raz pierwszy pojawili się w Rosji. W 1752 r. Rosyjski mechanik samouk, chłop L. Szamszurenkow, stworzył raczej „samozamykający się wózek inwalidzki”, dość zaawansowany jak na swój czas, wprawiany w ruch przez dwie osoby. Później rosyjski wynalazca I.P. Kulibin stworzył „skuter” z napędem na pedały. Wraz z pojawieniem się silnika parowego tworzenie wózków samobieżnych szybko postępowało. W latach 1869–1870 J. Kunho we Francji, a kilka lat później w Anglii zbudowano samochody parowe. Powszechne stosowanie samochodu jako pojazdu rozpoczyna się wraz z pojawieniem się szybkiego silnika spalinowego. W 1885 r. G. Daimler (Niemcy) zbudował motocykl z silnikiem benzynowym, aw 1886 r. K. Benz - trzykołowy wagon. Mniej więcej w tym samym czasie w krajach uprzemysłowionych (Francja, Wielka Brytania, USA) powstały samochody z silnikami spalinowymi.

Pod koniec XIX wieku przemysł motoryzacyjny powstał w wielu krajach. W carskiej Rosji wielokrotnie podejmowano próby zorganizowania własnej inżynierii mechanicznej. W 1908 r. W fabryce rosyjsko-bałtyckiej w Rydze zorganizowano produkcję samochodów. Przez sześć lat produkowano tu samochody, składane głównie z importowanych części. W sumie fabryka zbudowała 451 samochodów i niewielką liczbę ciężarówek. W 1913 r. Flota samochodowa w Rosji liczyła około 9 000 samochodów, z których większość pochodziła z zagranicy.

Po wielkiej październikowej rewolucji socjalistycznej krajowy przemysł samochodowy musiał zostać prawie na nowo stworzony. Początek rozwoju rosyjskiego przemysłu motoryzacyjnego sięga 1924 r., Kiedy w fabryce AMO w Moskwie zbudowano pierwsze ciężarówki AMO-F-15.

W latach 1931–1941. powstaje masowa i masowa produkcja samochodów. W 1931 r. Rozpoczęła się masowa produkcja ciężarówek w fabryce AMO. W 1932 r. Uruchomiono instalację GAZ.

W 1940 r. Moskiewska fabryka małych samochodów rozpoczęła produkcję małych samochodów. Nieco później powstała Ural Automobile Plant. W latach powojennych pięcioletnich planów uruchomiono fabryki samochodów Kutaisi, Kremenczug, Uljanowsk i Mińsk. Od końca lat 60. rozwój przemysłu motoryzacyjnego charakteryzuje się szczególnie szybkim tempem. W 1971 r. Volga Automobile Plant nazwano imieniem 50. rocznica ZSRR.

Jak wspomniano powyżej, rozszerzalność cieplna jest stosowana w silnikach spalinowych. Ale w jaki sposób jest stosowany i jaką funkcję spełnia, rozważymy przykład działania tłokowego silnika spalinowego. Silnik jest maszyną napędzaną energią, która zamienia każdą energię w pracę mechaniczną. Silniki, w których powstaje praca mechaniczna w wyniku konwersji energii cieplnej, nazywane są termicznymi. Energia cieplna jest uzyskiwana przez spalanie dowolnego paliwa. Silnik cieplny, w którym część energii chemicznej paliwa spalanego w komorze roboczej jest przekształcana w energię mechaniczną, nazywa się tłokowym silnikiem spalinowym. (Radziecki słownik encyklopedyczny)

Jak wspomniano powyżej, ICE były najczęściej stosowane jako elektrownie samochodowe, w których proces spalania paliwa z wydzielaniem ciepła i jego przekształcaniem w pracę mechaniczną odbywa się bezpośrednio w cylindrach. Ale w większości nowoczesnych samochodów instalowane są silniki spalinowe, które są klasyfikowane według różnych kryteriów: zgodnie z metodą tworzenia mieszanki, silniki z tworzeniem mieszanki zewnętrznej, w których palna mieszanina jest przygotowywana na zewnątrz cylindrów (gaźnik i gaz) oraz silniki z tworzeniem mieszanki wewnętrznej (mieszanina robocza powstaje wewnątrz cylindrów) Diesle Metodą realizacji cyklu roboczego - czterosuwowy i dwusuwowy; Według liczby cylindrów - jednocylindrowe, dwucylindrowe i wielocylindrowe; Zgodnie z układem cylindrów - silniki z pionowym lub nachylonym układem cylindrów w rzędzie, w kształcie litery V z układem cylindrów pod kątem (przy ustawianiu cylindrów pod kątem 180, silnik nazywa się silnikiem z przeciwległymi cylindrami lub przeciwnie); Metoda chłodzenia - dla silników z chłodzeniem cieczowym lub powietrznym; Według rodzaju zastosowanego paliwa - benzyna, olej napędowy, gaz i paliwo wielopaliwowe; Stopień sprężania. W zależności od stopnia kompresji wyróżnia się je

silniki o wysokiej (E \u003d 12 ... 18) i niskiej (E \u003d 4 ... 9) kompresji; Metodą napełniania cylindra świeżym ładunkiem: a) silniki bez ciśnienia, w których dopływ powietrza lub mieszanki paliwowej jest wprowadzany z powodu zrzutu do cylindra podczas suwu ssania tłoka;) silniki z ciśnieniem, w których mieszanina powietrza lub paliwa jest wpuszczana do cylindra roboczego pod ciśnieniem, stworzony przez sprężarkę, w celu zwiększenia ładunku i uzyskania większej mocy silnika; Według prędkości: wolnoobrotowa, szybka, szybka; W zależności od celu wyróżniają silniki stacjonarne, samochodowe, ciągnikowe, morskie, diesel, lotnictwo itp.

Tłoki ICE składają się z mechanizmów i systemów, które wykonują przypisane im funkcje i współdziałają ze sobą. Głównymi częściami takiego silnika są mechanizm korbowy i mechanizm dystrybucji gazu, a także układy zasilania, chłodzenia, zapłonu i smarowania.

Mechanizm korbowy przekształca prostoliniowy ruch tłokowo-tłokowy w ruch obrotowy wału korbowego.

Mechanizm dystrybucji gazu zapewnia terminowe przyjmowanie palnej mieszanki do cylindra i usuwanie z niego produktów spalania.

System zasilania jest przeznaczony do przygotowywania i dostarczania palnej mieszanki do cylindra, a także do usuwania produktów spalania.

Układ smarowania służy do dostarczania oleju do współpracujących części w celu zmniejszenia siły tarcia i częściowego ich schłodzenia, a także obieg oleju prowadzi do wypłukiwania osadów węglowych i usuwania produktów zużycia.

Układ chłodzenia utrzymuje normalną temperaturę silnika, zapewniając odprowadzanie ciepła z części cylindrów grupy tłoków i mechanizmu zaworowego, które są bardzo gorące podczas spalania mieszanki roboczej.

Układ zapłonowy ma za zadanie zapalić mieszaninę roboczą w cylindrze silnika.

Tak więc czterosuwowy silnik tłokowy składa się z cylindra i skrzyni korbowej, która jest przykryta dolną miską. Wewnątrz cylindra porusza się tłok z pierścieniami ściskającymi (uszczelniającymi), mającymi postać szkła z dnem w górnej części. Tłok przez sworzeń tłoka i korbowód jest połączony z wałem korbowym, który obraca się w głównych łożyskach znajdujących się w skrzyni korbowej. Wał korbowy składa się z głównych szyjek, policzków i szyi korbowodu. Cylinder, tłok, korbowód i wał korbowy tworzą tak zwany mechanizm korbowy. Z góry cylinder jest pokryty głowicą z zaworami, których otwieranie i zamykanie jest ściśle skoordynowane z obrotem wału korbowego, a zatem z ruchem tłoka.

Ruch tłoka jest ograniczony przez dwa skrajne położenia, w których jego prędkość wynosi zero. Skrajne górne położenie tłoka nazywa się górnym martwym punktem (TDC), a najniższym położeniem jest dolny martwy punkt (BDC).

Nieprzerwany ruch tłoka przez martwe punkty zapewnia koło zamachowe, które ma postać tarczy z masywną obręczą. Odległość przebyta przez tłok od TDC do BDC nazywana jest skokiem tłoka S, który jest równy dwukrotności promienia R korby: S \u003d 2R.

Przestrzeń nad dnem tłoka, gdy znajduje się on w górnym martwym punkcie, nazywa się komorą spalania; jego objętość jest oznaczona przez Vc; przestrzeń cylindra między dwoma punktami martwymi (BDC i TDC) nazywa się jego objętością roboczą i jest oznaczona przez Vh. Suma objętości komory spalania Vc i objętości roboczej Vh jest całkowitą objętością cylindra Va: Va \u003d Vc + Vh. Objętość robocza cylindra (jest mierzona w centymetrach sześciennych lub metrach): Vh \u003d pD ^ 3 * S / 4, gdzie D jest średnicą cylindra. Suma wszystkich objętości roboczych cylindrów silnika wielocylindrowego nazywana jest objętością roboczą silnika, jest określona wzorem: Vр \u003d (пД ^ 2 * S) / 4 * i, gdzie i jest liczbą cylindrów. Stosunek całkowitej objętości cylindra Va do objętości komory spalania Vc nazywany jest stopniem sprężania: E \u003d (Vc + Vh) Vc \u003d Va / Vc \u003d Vh / Vc + 1. Współczynnik sprężania jest ważnym parametrem silników spalinowych, ponieważ znacznie wpływa na jego wydajność i moc.

Działanie tłokowego silnika spalinowego opiera się na zastosowaniu rozszerzalności cieplnej ogrzanych gazów podczas ruchu tłoka z TDC do BDC. Ogrzewanie gazów w pozycji TDC osiąga się w wyniku spalania w cylindrze paliwa zmieszanego z powietrzem. Zwiększa to temperaturę gazów i ciśnienie. Ponieważ ciśnienie pod tłokiem jest równe ciśnieniu atmosferycznemu, a w cylindrze jest znacznie większe, wówczas pod wpływem różnicy ciśnień tłok porusza się w dół, a gazy rozszerzają się, wykonując użyteczną pracę. To tutaj odczuwa się rozszerzalność cieplną gazów, tutaj leży jego funkcja technologiczna: nacisk na tłok. Aby silnik stale wytwarzał energię mechaniczną, cylinder musi być okresowo napełniany nowymi porcjami powietrza przez zawór wlotowy i paliwo przez dyszę, lub mieszanina powietrza i paliwa może być dostarczana przez zawór wlotowy. Produkty spalania paliwa po ich rozprężeniu są usuwane z cylindra przez zawór wlotowy. Te zadania są wykonywane przez mechanizm dystrybucji gazu, który kontroluje otwieranie i zamykanie zaworów oraz układ zasilania paliwem.

Cykl pracy silnika to cyklicznie powtarzająca się seria sekwencyjnych procesów zachodzących w każdym cylindrze silnika, które powodują zamianę energii cieplnej na pracę mechaniczną. Jeżeli cykl pracy zostanie zakończony w dwóch skokach tłoka, tj. przez jeden obrót wału korbowego taki silnik nazywa się dwusuwowy.

Silniki samochodowe działają z reguły w cyklu czterosuwowym, który odbywa się w dwóch obrotach wału korbowego lub czterech suwach tłoka i składa się z suwów wlotowych, sprężania, rozprężania (skok) i wydechowych.

W gaźnikowym czterosuwowym jednocylindrowym silniku cykl pracy jest następujący:

1. Cykl wlotowy Gdy silnik obraca się podczas pierwszego pół obrotu, tłok przesuwa się z TDC do BDC, zawór wlotowy jest otwarty, zawór wylotowy jest zamknięty. W cylindrze powstaje próżnia 0,07 - 0,095 MPa, w wyniku której świeży ładunek palnej mieszaniny, składającej się z benzyny i oparów powietrza, jest zasysany przez wlotowy rurociąg gazowy do cylindra i, zmieszany z pozostałymi gazami spalinowymi, tworzy mieszaninę roboczą.

2. Skok kompresji. Po napełnieniu cylindra palną mieszanką z dalszym obrotem wału korbowego (drugi półobrót) tłok przesuwa się z BDC do TDC przy zamkniętych zaworach. Wraz ze spadkiem objętości rośnie temperatura i ciśnienie mieszanki roboczej.

3. Skok przedłużenia lub skok. Pod koniec skoku sprężania mieszanina robocza zapala się od iskry elektrycznej i szybko wypala się, w wyniku czego gwałtownie wzrasta temperatura i ciśnienie powstających gazów, podczas gdy tłok przesuwa się z TDC do BDC. obrót wału korbowego. Przy rozprężaniu gazy wykonują użyteczną pracę, więc skok tłoka w trzecim pół obrotu wału korbowego nazywa się skokiem. Pod koniec suwu tłoka, gdy jest on blisko otworu wiertniczego, otwiera się zawór wydechowy, ciśnienie w cylindrze spada do 0,3-0,75 MPa, a temperatura spada do 950 - 1200 C. 4. Cykl uwalniania. W czwartym pół obrotu wału korbowego tłok przesuwa się z BDC do TDC. W takim przypadku zawór wylotowy jest otwarty, a produkty spalania są wypychane z cylindra do atmosfery przez rurociąg spalin.

W silniku czterosuwowym przepływy pracy przebiegają w następujący sposób:

1. Cykl wlotowy. Kiedy tłok przesuwa się z TDC do BDC z powodu generowanego podciśnienia z filtra powietrza, powietrze atmosferyczne wchodzi do wnęki cylindra przez otwarty zawór wlotowy. Ciśnienie powietrza w cylindrze wynosi 0,08 - 0,095 MPa, a temperatura wynosi 40 - 60 C.

2. Skok kompresji. Tłok przesuwa się z BDC do TDC; zawory wlotowe i wylotowe są zamknięte, w wyniku czego tłok poruszający się w górę ściska dopływające powietrze. Aby zapalić paliwo, konieczne jest, aby temperatura sprężonego powietrza była wyższa niż temperatura samozapłonu paliwa. Gdy tłok przesuwa się do TDC, cylinder wtryskuje olej napędowy przez dyszę, dostarczaną przez pompę paliwa.

3. Skok rozprężania lub skok roboczy. Paliwo wtryskiwane pod koniec suwu sprężania, mieszane z ogrzanym powietrzem, zapala się i rozpoczyna się proces spalania, charakteryzujący się szybkim wzrostem temperatury i ciśnienia. W tym przypadku maksimum

ciśnienie gazu osiąga 6 - 9 MPa, a temperatura wynosi 1800 - 2000 C. Pod wpływem ciśnienia gazu tłok 2 przesuwa się z TDC na BDC - następuje skok roboczy. W pobliżu BDC ciśnienie spada do 0,3 - 0,5 MPa, a temperatura do 700 - 900 C.

4. Beat release. Tłok przesuwa się z BDC do TDC i przez otwarty zawór wydechowy 6 gazy wydechowe są wypychane z cylindra. Ciśnienie gazu spada do 0,11 - 0,12 MPa, a temperatura do 500-700 C. Po zakończeniu suwu wydechowego przy dalszym obrocie wału korbowego cykl roboczy powtarza się w tej samej kolejności. Dla uogólnienia pokazano schematy cyklu pracy silników gaźników i silników Diesla.

Silniki dwusuwowe różnią się od czterosuwowych tym, że cylindry są wypełnione palną mieszanką lub powietrzem na początku suwu sprężania, a cylindry są oczyszczane z spalin na końcu suwu rozprężania, tj. procesy wydechowe i dolotowe zachodzą bez niezależnych skoków tłoka. Wspólny proces dla wszystkich typów push-pull

silniki - przedmuch, tj. proces usuwania gazów spalinowych z butli z wykorzystaniem przepływu palnej mieszanki lub powietrza. Dlatego ten typ silnika ma sprężarkę (pompę czyszczącą). Rozważ pracę dwusuwowego silnika gaźnika z opróżnianiem komory korbowej. Ten typ silnika nie ma zaworów, ich rolę odgrywa tłok, który podczas ruchu zamyka okno wlotowe, wylotowe i oczyszczające. Przez te okna cylinder w pewnym momencie komunikuje się z rurociągami wlotowymi i wylotowymi oraz komorą korbową (skrzynią korbową), która nie ma bezpośredniego połączenia z atmosferą. Cylinder w środkowej części ma trzy okna: wlot, wylot 6 i odpowietrzanie, które są przekazywane przez zawór z komorą korbową silnika.

Cykl roboczy w silniku odbywa się w dwóch cyklach:

1. Skok kompresji. Tłok przesuwa się z BDC do TDC, blokując najpierw oczyszczanie, a następnie okno wydechu 6. Po zamknięciu tłoka przez okno wylotowe w cylindrze rozpoczyna się sprężanie otrzymanej wcześniej palnej mieszanki. Jednocześnie w komorze korbowej powstaje próżnia z powodu jej szczelności, pod działaniem której palna mieszanina wchodzi do komory korbowej z gaźnika przez otwarte okno wlotowe.

2. Skok skoku. Gdy tłok znajduje się w pobliżu TDC, sprężona mieszanina robocza jest zapalana iskrą elektryczną ze świecy zapłonowej, w wyniku czego gwałtownie wzrasta temperatura i ciśnienie gazów. Pod wpływem rozszerzalności cieplnej gazów tłok przesuwa się do BDC, podczas gdy rozszerzające się gazy wykonują pożyteczną pracę. Jednocześnie tłok opuszczający zamyka okno wlotowe i ściska palną mieszaninę znajdującą się w komorze korbowej.

Gdy tłok dotrze do okna wydechowego, otwiera się, a spaliny zaczynają wydostawać się do atmosfery, ciśnienie w cylindrze maleje. Przy dalszym ruchu tłok otwiera okno oczyszczania, a palna mieszanina sprężona w komorze korbowej przepływa przez kanał, napełniając cylinder i usuwając go z pozostałych spalin.

Cykl roboczy dwusuwowego silnika wysokoprężnego różni się od cyklu dwusuwowego silnika gaźnika tym, że powietrze z silnikiem wysokoprężnym dostaje się do cylindra, a nie do palnej mieszanki, a na koniec procesu sprężania wtryskuje się drobno rozpylone paliwo.

Moc silnika dwusuwowego o takich samych rozmiarach cylindrów i prędkościach wału jest teoretycznie dwa razy większa niż czterosuwowa ze względu na większą liczbę cykli roboczych. Jednak niepełne zastosowanie skoku tłoka do rozprężania, najgorsze uwolnienie cylindra z gazów resztkowych i koszt części wytworzonej mocy do napędzania sprężarki przedmuchującej praktycznie prowadzą do wzrostu mocy tylko o 60 ... 70%.

Cykl roboczy silnika czterosuwowego składa się z pięciu procesów: wlotu, sprężania, spalania, rozprężania i wydechu, które są realizowane w czterech cyklach lub dwóch obrotach wału korbowego.

Graficzne przedstawienie ciśnienia gazu, gdy objętość w cylindrze silnika zmienia się podczas każdego z czterech cykli, jest przedstawiona na schemacie wskaźnikowym. Można go zbudować zgodnie z obliczeniami termicznymi lub usunąć podczas pracy silnika za pomocą specjalnego urządzenia - wskaźnika.

Proces pobierania Pobranie palnej mieszanki następuje po wydostaniu się z cylindrów z poprzedniego cyklu. Zawór wlotowy otwiera się pewnym przewodem aż do TDC, dzięki czemu do czasu dotarcia tłoka do TDC zawór ma większy obszar przepływu. Pobranie palnej mieszanki odbywa się w dwóch okresach. W pierwszym okresie mieszanina wchodzi, gdy tłok przesuwa się z TDC do BDC z powodu podciśnienia wytwarzanego w cylindrze. W drugim okresie wlot mieszanki pojawia się, gdy tłok przesuwa się z BDC na TDC przez pewien czas, co odpowiada obrotowi wału korbowego o 40–70 z powodu różnicy ciśnień oraz wysokości ciśnienia mieszanki. Wlot palnej mieszanki kończy się wraz z zamknięciem zaworu wlotowego Palna mieszanina wchodząca do cylindra jest mieszana z pozostałymi gazami z poprzedniego cyklu i tworzy palną mieszaninę. Ciśnienie mieszaniny w cylindrze podczas procesu dolotowego wynosi 70 - 90 kPa i zależy od strat hydraulicznych w układzie dolotowym silnika. Temperatura mieszanki na końcu procesu wlotowego wzrasta do 340–350 K ze względu na kontakt z podgrzewanymi częściami silnika i mieszanie z

gazy resztkowe o temperaturze 900 - 1000 K.

Proces kompresji. Kompresja mieszaniny roboczej w cylindrze silnika następuje, gdy zawory są zamknięte i tłok się porusza. Proces ściskania przebiega w obecności wymiany ciepła między mieszaniną roboczą a ścianami (cylinder, głowica i dno tłoka). Na początku sprężania temperatura roboczej mieszaniny jest niższa niż temperatura ścian, więc ciepło jest przekazywane do mieszaniny ze ścian. Przy dalszym ściskaniu temperatura mieszaniny wzrasta i staje się wyższa niż temperatura ścian, więc ciepło z mieszaniny jest przenoszone na ściany. Tak więc proces ściskania przeprowadza się za pomocą polikopii, której średnia wynosi n \u003d 1,33 ... 1,38. Proces sprężania kończy się w momencie zapłonu mieszanki roboczej. Ciśnienie mieszanki roboczej w cylindrze na końcu sprężania wynosi 0,8 - 1,5 MPa, a temperatura 600 - 750 K.

Proces spalania. Spalanie mieszanki roboczej rozpoczyna się przed dotarciem tłoka do TDC, tj. gdy sprężona mieszanina jest zapalana przez iskrę elektryczną. Po zapłonie czoło płomienia płonącej świecy świecy rozprzestrzenia się na całą objętość komory spalania z prędkością 40-50 m / s. Pomimo tak wysokiej szybkości spalania mieszanina zdąża się wypalić w czasie, dopóki wał korbowy nie obróci się o 30–35. Podczas spalania mieszanki roboczej powstaje duża ilość ciepła w obszarze odpowiadającym 10–15 przed TDC i 15–20 po BDC, co powoduje wzrost ciśnienia i temperatura gazów powstających w cylindrze gwałtownie wzrasta. Pod koniec spalania ciśnienie gazu osiąga 3 - 5 MPa, a temperatura 2500 - 2800 K.

Proces ekspansji. Rozszerzalność cieplna gazów w cylindrze silnika następuje po zakończeniu procesu spalania, gdy tłok przesuwa się do BDC. Gazy, rozszerzając, wykonują pożyteczną pracę. Proces rozszerzalności cieplnej zachodzi podczas intensywnego przenoszenia ciepła między gazami a ścianami (cylinder, głowica i dno tłoka). Na początku ekspansji mieszanina robocza jest wypalana, w wyniku czego powstające gazy otrzymują ciepło. Gazy w całym procesie rozszerzalności cieplnej wydzielają ciepło do ścian. Temperatura gazu podczas procesu rozprężania zmniejsza się, dlatego zmienia się różnica temperatur między gazami a ścianami. Proces rozszerzalności cieplnej, który kończy się po otwarciu zaworu wydechowego. Proces rozszerzalności cieplnej zachodzi zgodnie z polytrem, którego średni wskaźnik wynosi n2 \u003d 1,23 ... 1,31. Ciśnienie gazu w cylindrze na końcu rozszerzania wynosi 0,35-0,5 MPa, a temperatura wynosi 1200 - 1500 K.

Proces wydania Wydech rozpoczyna się po otwarciu zaworu wydechowego, tj. 40–60, zanim tłok dotrze do BDC. Uwalnianie gazów z butli odbywa się w dwóch okresach. W pierwszym okresie uwalnianie gazów następuje, gdy tłok przesuwa się do BDC ze względu na fakt, że ciśnienie gazu w cylindrze jest znacznie wyższe niż atmosferyczne. W tym okresie około 60% spalin jest usuwanych z cylindra z prędkością 500 - 600 m / s. W drugim okresie uwalnianie gazów następuje, gdy tłok przesuwa się z BDC do zamknięcia zaworu wydechowego z powodu wyporu tłoka i bezwładności poruszających się gazów. Wylot spalin kończy się w momencie zamknięcia zaworu wydechowego, tj. 10 do 20 po dotarciu tłoka do TDC. Ciśnienie gazu w cylindrze podczas procesu wyrzucania wynosi 0,11 - 0,12 MPa, temperatura gazu na końcu procesu wydechowego wynosi 90 - 1100 K.

Cykl pracy silnika wysokoprężnego różni się znacznie od cyklu pracy silnika gaźnika pod względem sposobu formowania i zapłonu mieszanki.

Proces pobierania Wlot powietrza rozpoczyna się, gdy wlot jest otwarty.

zawór i kończy się, gdy się zamyka. Następuje proces zasysania powietrza, a także zasysanie palnej mieszanki w silniku gaźnika. Ciśnienie powietrza w cylindrze podczas procesu zasysania wynosi 80 - 95 kPa i zależy od strat hydraulicznych w układzie zasysania silnika. Temperatura powietrza na końcu procesu wydechowego wzrasta do 320–350 K z powodu jego kontaktu z podgrzewanymi częściami silnika i zmieszania z pozostałymi gazami.

Proces kompresji. Sprężanie powietrza w cylindrze rozpoczyna się po zamknięciu zaworu wlotowego i kończy się w momencie wtrysku paliwa do komory spalania. Ciśnienie powietrza w cylindrze na końcu sprężania wynosi 3,5 - 6 MPa, a temperatura wynosi 820 - 980 K.

Proces spalania. Spalanie paliwa rozpoczyna się od momentu, gdy paliwo zacznie płynąć do cylindra 15-30 zanim tłok dotrze do TDC. W tym momencie temperatura sprężonego powietrza jest o 150-200 C wyższa niż temperatura samozapłonu. paliwo, które weszło w stan drobno rozpylony w cylindrze, nie zapala się natychmiast, ale z pewnym opóźnieniem (0,001 - 0,003 s), zwanym okresem opóźnienia zapłonu. W tym okresie paliwo nagrzewa się, miesza z powietrzem i paruje, tj. powstaje robocza mieszanina. Przygotowane paliwo zapala się i pali. Pod koniec spalania ciśnienie gazu osiąga 5,5 - 11 MPa, a temperatura 1800 - 2400 K.

Proces ekspansji. Rozszerzalność cieplna gazów w cylindrze rozpoczyna się po zakończeniu procesu spalania, a kończy po zamknięciu zaworu wydechowego. Na początku ekspansji paliwo wypala się. Proces rozszerzania cieplnego przebiega podobnie jak proces rozszerzania cieplnego gazów w silniku gaźnika. Ciśnienie gazu w cylindrze na końcu rozszerzenia wynosi 0,3 - 0,5 MPa, a temperatura wynosi 1000 - 1300 K.

Proces wydania Wydech rozpoczyna się, gdy zawór wydechowy otwiera się, a kończy, gdy zawór wydechowy zamyka się. Proces wydechowy odbywa się w taki sam sposób, jak proces wydechowy w silniku gaźnika. Ciśnienie gazu w cylindrze podczas procesu wyrzucania wynosi 0,11 - 0,12 MPa, temperatura gazu na końcu procesu wydechowego wynosi 700 - 900 K.

Cykl roboczy silnika dwusuwowego trwa dwa cykle lub jeden obrót wału korbowego. Weź pod uwagę cykl pracy dwusuwowego silnika gaźnika z przedmuchiwaniem komory korbowej,

Proces sprężania palnej mieszanki w cylindrze rozpoczyna się w momencie, gdy tłok zamyka okna cylindra, gdy tłok przesuwa się z BDC do TDC. Proces kompresji jest taki sam jak w czterosuwowym silniku gaźnikowym,

Proces spalania jest podobny do procesu spalania w czterosuwowym silniku gaźnikowym.

Proces rozszerzalności cieplnej gazów w cylindrze rozpoczyna się po zakończeniu procesu spalania, a kończy po otwarciu okien wydechowych. Proces rozszerzalności cieplnej przebiega podobnie do procesu rozszerzania gazu w czterosuwowym silniku gaźnikowym. Proces wydechowy rozpoczyna się, gdy okna wydechowe są otwarte, tj. 60–65 zanim tłok dotrze do otworu wiertniczego, kończy się 60–65 po otworze przez tłok, schemat pokazuje linię 462. Gdy otwiera się okno wylotowe, ciśnienie w cylindrze gwałtownie spada, a 50–55 zanim tłok dotrze do otworu wiertniczego, palna mieszanina, wcześniej przyjęta do komory korbowej i sprężona przez tłok opadający, zaczyna wpływać do cylindra. Okres, w którym

jednocześnie zachodzą dwa procesy - wlot mieszanki palnej i uwalnianie spalin - nazywa się oczyszczaniem. Podczas oczyszczania mieszanina paliwowa wypiera gazy spalinowe i jest częściowo z nimi odprowadzana. Przy dalszym ruchu do TDC tłok najpierw zamyka okna oczyszczania, zatrzymując dostęp palnej mieszanki do cylindra z komory korbowej, a następnie rozpoczyna się proces wydechu i sprężania w cylindrze.

Widzimy więc, że silniki spalinowe są bardzo złożonym mechanizmem. A funkcja pełniona przez rozszerzalność cieplną w silnikach spalinowych nie jest tak prosta, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Tak, i nie byłoby silników spalinowych bez zastosowania rozszerzalności cieplnej gazów. I łatwo nas do tego przekonać, po szczegółowym zbadaniu zasady działania ICE, ich cykli roboczych - cała ich praca opiera się na zastosowaniu rozszerzalności cieplnej gazów. Ale ICE jest tylko jednym ze specyficznych zastosowań rozszerzalności cieplnej. Sądząc po korzyściach, jakie ekspansja termiczna przynosi ludziom poprzez silnik spalinowy, można ocenić zalety tego zjawiska w innych obszarach działalności człowieka.

I niech minie era silnika spalinowego, nawet jeśli mają wiele niedociągnięć, niech pojawią się nowe silniki, które nie zanieczyszczają środowiska wewnętrznego i nie używają funkcji rozszerzalności cieplnej, ale pierwsze przyniosą korzyści ludziom przez długi czas, a ludzie będą reagować uprzejmie przez wiele setek lat o nich, ponieważ wprowadzili ludzkość na nowy poziom rozwoju, a po jej przejściu ludzkość wzrosła jeszcze wyżej.

Pierwsze pomysły na stworzenie silników spalinowych sięgają XVII wieku; w 1680 roku Huygens zaproponował zbudowanie silnika, który działa poprzez eksplozję ładunku prochu w cylindrze. Pod koniec XVIII - początku XIX wieku szereg patentów związanych z konwersją ciepła z paliw kopalnych na pracę w cylindrze silnika.

Silnik wysokoprężny

Jednak pierwszy silnik tego typu, odpowiedni do praktycznego zastosowania, został zbudowany i opatentowany przez Lenoir (Francja) w 1860 roku. Silnik był zasilany lekkim gazem, bez wstępnego sprężania, i miał sprawność około 3%.

W latach 70. i 80. XIX wieku rozpoczęło się powszechne praktyczne zastosowanie silników benzynowych z zapłonem iskrowym, pracujących w szybkim cyklu spalania. Od 1885 r. Rozpoczęła się budowa samochodów z benzynowymi silnikami spalinowymi. Ogromny wkład w rozwój tego typu silnika wnieśli Karl Benz, Robert Bosch (Niemcy), Daimler (Austria). Silniki te zostały również opracowane w Rosji - kapitan rosyjskiej floty I.S. Kostovich zbudował w 1879 r. Najlżejszy wówczas silnik dla sterowca o mocy 80 KM. o ciężarze właściwym 3 kg / KM, znacznie wyprzedzającym niemieckich inżynierów.

Kolejnym etapem rozwoju silników spalinowych było stworzenie tak zwanych silników „kalorizatorów”, w których paliwo nie zapalało się od iskry elektrycznej, z gorącej części cylindra. Takie silniki zaczęto budować na początku lat 90. XIX wieku.

W 1892 r. Rudolph Diesel, inżynier z MAN (Niemcy), otrzymał patent na nowy silnik spalinowy (patent nr 67207 z 28 lutego 1892 r.). W 1893 r. Opublikował broszurę Teoria i projekt racjonalnego silnika cieplnego zaprojektowanego w celu zastąpienia silnika parowego i innych silników prądowych. W „racjonalnym” silniku przyjęto ciśnienie sprężania 250 atm, wydajność 75%, działanie zgodnie z cyklem Carnota (dostarczanie ciepła przy T \u003d const), bez chłodzenia cylindrów, pył paliwowo-węglowy.

W lutym 1897 roku tylko czwarty silnik został zaprezentowany oficjalnie, o mocy około 20 KM, ciśnieniu sprężania 30 atm i wydajności 26-30%. Tak wysokiej wydajności nie osiągnięto wcześniej w żadnym silniku cieplnym.

Cykl nowego silnika był znacząco różny od opisanego w patencie i broszurze. Przeprowadzono zasady znane wcześniej i testowane w innych silnikach eksperymentalnych - wstępne sprężanie powietrza w cylindrze, bezpośrednie zasilanie paliwem na końcu suwu sprężania, samozapłon paliwa itp. Różnice między silnikiem a pierwszym patentem oraz wykorzystanie pomysłów innych wynalazców spowodowały wiele ataków na R. Diesla, jego liczne procesy i trudności finansowe.

Prawdopodobnie doprowadziło to do tragicznej śmierci R. Diesla przed rozpoczęciem pierwszej wojny światowej. Niemniej jednak, w uznaniu osiągnięć R. Diesel w zakresie stworzenia nowego silnika i jego powszechnego wprowadzenia w przemyśle i transporcie, silnik z zapłonem samoczynnym nazwano „diesel”.

Rosyjscy inżynierowie rozwiązali wiele problemów projektowych inżynierii diesla, podali szczegóły projektu, który następnie został ogólnie zaakceptowany. W naszym kraju rozwiązano również problemy związane z użyciem silników Diesla na statkach. W 1903 r. Oddano do użytku pierwszy na świecie statek motorowy Vandal, cysternę typu jeziornego o udźwigu 820 ton z trzema nieodwracalnymi 4-suwowymi silnikami o łącznej mocy 360 KM. W 1908 r. Zbudowano pierwszy na świecie okręt morski, tankowiec Delo (później V. Czkałow), do żeglugi po Morzu Kaspijskim o wyporności 6000 ton z dwoma silnikami wysokoprężnymi o mocy 500 KM każdy. Podążając za rośliną „L. Fabryki Nobel ”Kolomensky i Sormovsky rozpoczęły produkcję silników Diesla.

W 1893 r. Podjęto próbę zbudowania takiego silnika w fabryce MAN w Augsburgu. Praca została wyreżyserowana przez samego autora. Jednocześnie realizacja pomysłu stała się niemożliwa - silnik nie pracował na pyle węglowym, nie można było spalać przy T \u003d const. W 1894 r. Zbudowano drugi silnik, zdolny do krótkotrwałej pracy bez obciążenia. Trzeci silnik zbudowany w 1895 roku okazał się bardziej udany. Odrzucił główne propozycje R. Diesel - silnik pracował na nafcie, paliwo zostało spryskane sprężonym powietrzem, spalanie miało wartość P \u003d const i zapewniono chłodzenie wodne cylindrów.

Dzięki sukcesowi inżynierii diesla w Rosji diesle zaczęły być kiedyś nazywane „rosyjskimi silnikami”. Rosja utrzymała wiodącą pozycję w inżynierii okrętowych silników Diesla do I wojny światowej. Aż do 1912 r. Na całym świecie zbudowano 16 statków silnikowych o mocy głównych silników Diesla powyżej 600 KM; 14 z nich zostało zbudowanych w Rosji. Nawet w latach dwudziestych, pomimo wielkiego zniszczenia gospodarki narodowej podczas I wojny światowej i wojny domowej, w naszym kraju powstały i wyprodukowano morskie, wolnoobrotowe silniki poprzeczne 6. typów DKRN 38/50, 4DKRN 41/50 i 6DKRN 65/86. łączna moc odpowiednio 750, 500 i 2400 KM

Silniki wysokoprężne ze sprężarką, w których paliwo było dostarczane do cylindra za pomocą sprężonego powietrza pod wysokim ciśnieniem, miały dominujący rozkład w światowej praktyce od początku użytkowania do połowy lat 30. Z reguły jako główne stosowane były wolnoobrotowe silniki Diesla 2- lub 4-suwowe silniki Diesla, często dwustronnego działania. Dwusuwowy silnik ICE został oczyszczony za pomocą tłokowej pompy czyszczącej napędzanej wałem korbowym.

Pomysł na nieskompresowany silnik Diesla, opatentowany w 1898 r. Przez studenta G.V. Instytutu Technologicznego w Sankt Petersburgu Trinkler (później profesor w Gorky Institute of Water Transport Engineers) został szeroko opracowany dopiero w latach 30., kiedy stworzono wystarczająco niezawodny sprzęt do bezpośredniego wtrysku paliwa za pomocą pomp wysokociśnieniowych.

W 1898 r. Petersburski zakład mechaniczny firmy „Ludwig Nobel” (obecnie fabryka
Russian Diesel) kupił licencję na produkcję nowych silników. Celem było zapewnienie pracy silnika na tanim paliwie - ropie naftowej (zamiast drogiej nafty stosowanej na Zachodzie). Problem ten udało się rozwiązać - w styczniu 1899 roku przetestowano pierwszy silnik wysokoprężny zbudowany w Rosji o mocy 20 KM. przy prędkości 200 obr / min.

Szczególnie szybki rozwój inżynierii oleju napędowego zaobserwowano po II wojnie światowej. Dwusuwowy, wolnoobrotowy, nieskompresowany, prosty silnik wysokoprężny o prostej głowicy, działający bezpośrednio na ślimaku, zyskał dominujący rozkład jako główny silnik na statkach floty transportowej. Do dziś stosuje się 4-suwowe silniki Diesla o średniej prędkości i są one używane jako silniki pomocnicze.

W latach 50. wiodące firmy produkujące olej napędowy rozpoczęły prace nad wzmocnieniem silników za pomocą sprężania turbiny gazowej, sprawdzonego i opatentowanego inżyniera. Buchi (Szwajcaria) już w 1925 r. W dwusuwowych silnikach wolnoobrotowych, ze względu na doładowanie, średnie ciśnienie efektywne w cylindrze Re zostało podniesione z 4-6 kg / cm2 (początek lat 50.) do 7-5-8,3 kg / cm2 w latach 60. przy wartości efektywności efektywnej silniki do 38-40%. W latach 70. XX wieku, wraz z dalszym wzmocnieniem silników ze zwiększonym ciśnieniem, średnie ciśnienie efektywne w cylindrze wzrosło do 11-12 kg / cm2; maksymalna średnica cylindra osiągnęła 1050–1060 mm przy skoku tłoka 1900–2900 mm i mocy cylindra 5000–6000 els.

Obecnie przemysł zaopatruje rynek światowy w morskie, wolnoobrotowe silniki o średnim ciśnieniu efektywnym w cylindrze 18-19,1 kg / cm2, o średnicy cylindra do 960-980 mm i skoku tłoka do 3150-3420 mm. Łączne zdolności osiągają 82000-93000 els. z efektywną wydajnością do 48-52%. Takie wskaźniki wydajności nie zostały osiągnięte w żadnym silniku cieplnym.

W przypadku czterosuwowych silników o średniej prędkości w latach 50. średnie ciśnienie efektywne Pe było w zakresie 6,75–8,5 kg / cm2. W latach 60. Re zwiększono do 14-15 kg / cm2. W latach 70. 80. wszystkie wiodące firmy produkujące olej napędowy osiągnęły poziom Re wynoszący 17–20 kg / cm2; w silnikach eksperymentalnych uzyskano Re 25–30 kg / cm2. Maksymalna średnica cylindra wynosiła Ds \u003d 600-650 mm, skok tłoka S \u003d 600-650 mm, maksymalna moc cylindra Nets \u003d 1500-1650 el., Efektywna wydajność 42-45%. W przybliżeniu takie wskaźniki są obecnie oferowane na rynku średnioobrotowych silników czterosuwowych.

Trend szerszego stosowania silników o średniej prędkości jako głównych na okrętach marynarki wojennej pojawił się w latach 60. W pewnym stopniu było to związane z sukcesem firmy Pilstick (Francja), która stworzyła silnik o wysokiej konkurencyjności RS-2, a także z potrzebami rozwojowymi wyspecjalizowanych jednostek, które wyznaczały limit wysokości maszynowni. Następnie silniki tego typu zostały również stworzone przez inne firmy - V 65/65 Sulzer-MAN, 60M Mitsui, TM-620 Stork, Wärtsilä 46 itd. Dalsza poprawa średniej prędkości silników okrętowych idzie w kierunku zwiększania skoku tłoka, zwiększania przez zwiększenie, zwiększania wydajności pracowników cykli i ekonomicznej eksploatacji dzięki zastosowaniu coraz bardziej ciężkich paliw resztkowych, zmniejszających szkodliwe emisje gazów spalinowych do środowiska.

Wolnobieżny 2-suwowy olej napędowy pozostaje najczęstszym głównym silnikiem współczesnych statków morskich. Jednocześnie, w wyniku intensywnej konkurencji na rynku tej klasy silników, pozostały tylko 2 konstrukcje - Burmeister i Vine (Dania) i Sulzer (Szwajcaria). Zaprzestali produkcji wolnoobrotowych silników o podobnej konstrukcji przez MAN (Niemcy), Doxford (Anglia), Fiat (Włochy), Getaverken (Szwecja), Stork (Holandia).

Firma Sulzer, która na początku lat 80. stworzyła dość wysokowydajną gamę silników, takich jak RTA, niemniej z roku na rok zmniejszała swoją moc. W 1996 i 1997 r firma w ogóle nie otrzymała zamówień na silniki RTA. W rezultacie Värtsilä (Finlandia) nabył pakiet kontrolny w New Sulzer Diesel.

Burmeister i Vine stworzyli w 1981 r. Serię wysoce ekonomicznych silników o długim skoku typu MS. Firma nie była jednak w stanie pokonać trudności finansowych i scedowała pakiet kontrolny na MAN. Stowarzyszenie MAN-B & W kontynuuje ulepszanie silników serii MS, oferując konsumentom silniki poprzeczne o średnicach cylindrów od 280 do 980 mm i stosunku skoku tłoka do średnicy S / D \u003d 2,8; 3.2 i 3.8.

W Rosji nowoczesne, wolnoobrotowe silniki wysokoprężne są produkowane od 1959 r. W Bryansk Engineering Plant na licencji Burmeister and Vine. Silniki są instalowane zarówno na statkach krajowych, jak i na statkach o konstrukcji zagranicznej.

Dalsza poprawa wolnoobrotowych silników z głowicą poprzeczną idzie w kierunku ich zwiększenia poprzez doładowanie, zmniejszenie ciężaru właściwego, zwiększenie niezawodności, zwiększenie żywotności między otworami, wykorzystanie najcięższych paliw resztkowych i zmniejszenie szkodliwych emisji do środowiska. Biorąc pod uwagę ograniczone zapasy ciekłego paliwa naftowego na ziemi, prowadzone są badania nad wykorzystaniem pyłu węglowego jako paliwa w cylindrze wolnoobrotowego silnika wysokoprężnego.

Opracowanie pierwszego silnika spalinowego trwało prawie dwa stulecia, dopóki kierowcy nie poznali prototypów nowoczesnych silników. Wszystko zaczęło się od gazu, a nie benzyny. Wśród osób, które brały udział w historii stworzenia, są Otto, Benz, Maybach, Ford i inni. Jednak ostatnie odkrycia naukowe wywróciły cały świat samochodów do góry nogami, ponieważ niewłaściwą osobę uznano za ojca pierwszego prototypu.

Leonardo też tutaj miał rękę

Do 2016 roku założycielem pierwszego silnika spalinowego był Francois Isaac de Rivaz. Ale historyczne odkrycie dokonane przez angielskich uczonych wywróciło cały świat do góry nogami. Podczas wykopalisk w pobliżu jednego z francuskich klasztorów znaleziono rysunki należące do Leonarda da Vinci. Wśród nich był rysunek silnika spalinowego.

Oczywiście, patrząc na pierwsze silniki, które stworzyli Otto i Daimler, można znaleźć konstruktywne podobieństwa, ale nie są one już wyposażone w nowoczesne jednostki napędowe.

Legendarny da Vinci wyprzedził swój czas o prawie 500 lat, ale ponieważ był ograniczony technologią swoich czasów, a także możliwościami finansowymi, nie mógł zbudować silnika.

Po szczegółowym przestudiowaniu rysunku współczesni historycy, inżynierowie i światowej sławy projektanci samochodów doszli do wniosku, że ta jednostka napędowa może działać dość wydajnie. Ford zaczął więc opracowywać prototypowy silnik spalinowy oparty na rysunkach da Vinci. Ale eksperyment był tylko w połowie udany. Nie można uruchomić silnika.

Jednak niektóre nowoczesne ulepszenia pozwoliły ożywić jednostkę napędową. Pozostał eksperymentalnym prototypem, ale coś, czego firma Ford nauczyła się dla siebie - jest to wielkość komór spalania w samochodach klasy B, która wynosi 83,7 mm. Jak się okazało, jest to idealny rozmiar do spalania mieszanki paliwowo-powietrznej dla tej klasy silników.

Inżynieria i teoria

Według faktów historycznych w XVII wieku holenderski naukowiec i fizyk Christian Hagens opracował pierwszy teoretyczny silnik spalinowy na bazie proszku. Ale podobnie jak Leonardo był ograniczony technologią swoich czasów i nie mógł zrealizować swojego marzenia w rzeczywistości.

Francja XIX wiek Rozpoczyna się era masowej mechanizacji i industrializacji. W tej chwili możesz stworzyć coś niesamowitego. Pierwszym, któremu udało się zamontować silnik spalinowy, był Francuz Nisephor Nieps, którego nazwał - Pireolofor. Pracował ze swoim bratem Claudem i razem, przed stworzeniem ICE, przedstawili kilka mechanizmów, które nie mogły znaleźć swoich klientów.

W 1806 r. Prezentacja pierwszego silnika odbyła się we Francuskiej Akademii Narodowej. Pracował nad pyłem węglowym i miał wiele wad projektowych. Pomimo wszystkich niedociągnięć silnik otrzymał pozytywne recenzje i rekomendacje. W rezultacie bracia Niepse otrzymali pomoc finansową od inwestora.

Pierwszy silnik nadal się rozwijał. Bardziej zaawansowany prototyp zainstalowano na łodziach i małych statkach. Ale to nie wystarczyło Claude'owi i Nisephorowi, chcieli zaskoczyć cały świat, więc studiowali różne nauki ścisłe, aby ulepszyć swoją jednostkę mocy.

Ich wysiłki zostały uwieńczone sukcesem, aw 1815 r. Nisefort znalazł prace chemika Lavoisiera, który pisze, że „lotne oleje”, które są częścią produktów ropopochodnych, mogą eksplodować podczas interakcji z powietrzem.

1817 rok. Claude jedzie do Anglii, aby uzyskać nowy patent na silnik, ponieważ we Francji data wygaśnięcia dobiegła końca. Na tym etapie bracia rozpadają się. Claude zaczyna samodzielnie pracować nad silnikiem, nie powiadamiając o tym brata i żąda od niego pieniędzy.

Postępy Claude'a znalazły potwierdzenie tylko w teorii. Wymyślony silnik nie znalazł szerokiej produkcji, więc stał się częścią historii inżynierii Francji, a Niepce został uwieczniony przez pomnik.

Syn słynnego fizyka i wynalazcy, Sadi Carnot, opublikował traktat, który uczynił go legendą w branży motoryzacyjnej i uczynił go światowym. Dzieło liczyło 200 egzemplarzy i zostało zatytułowane „Refleksje na temat siły ognia i maszyn zdolnych do rozwinięcia tej siły” opublikowane w 1824 roku. Od tego momentu zaczyna się historia termodynamiki.

1858 rok. Belgijski naukowiec i inżynier Jean Joseph Etienne Lenoir buduje silnik dwusuwowy. Charakterystycznymi elementami były to, że miał gaźnik i pierwszy układ zapłonowy. Gaz węglowy służył jako paliwo. Ale pierwszy prototyp działał tylko przez kilka sekund, a potem na zawsze zawiódł.

Stało się tak, ponieważ silnik nie miał układów smarowania i chłodzenia. Po tej awarii Lenoir nie poddał się i kontynuował prace nad prototypem, a już w 1863 roku silnik zamontowany na trójkołowym prototypie samochodu przejechał historyczne pierwsze 50 mil.

Wszystkie te wydarzenia oznaczały początek ery motoryzacyjnej. Pierwsze silniki spalinowe były nadal rozwijane, a ich twórcy uwiecznili swoje nazwiska w historii. Byli wśród nich - austriacki inżynier Siegfried Marcus, George Brighton i inni.

Legendarni Niemcy zajmują koło

W 1876 r. Niemieccy programiści zaczęli przejmować pałeczkę, której dzisiejsze nazwiska huczą głośno. Jako pierwszy zauważono Nicholasa Otto i jego legendarny cykl Otto. Jako pierwszy opracował i skonstruował prototypowy 4-cylindrowy silnik. Następnie, już w 1877 r., Opatentował nowy silnik, który leży u podstaw najnowocześniejszych silników i samolotów z początku XX wieku.

Inną nazwą w historii przemysłu motoryzacyjnego, którą wielu ludzi zna dzisiaj, jest Gottlieb Daimler. On i jego brat inżynier Wilhelm Maybach opracowali silnik na bazie gazu.

Rok 1886 był punktem zwrotnym, ponieważ to Daimler i Maybach stworzyli pierwszy samochód z silnikiem spalinowym. Jednostka napędowa nosiła nazwę „Reitwagen”. Ten silnik był wcześniej instalowany w pojazdach dwukołowych. Maybach opracował pierwszy gaźnik z dyszami, który również był używany od dłuższego czasu.

Aby stworzyć sprawny silnik spalinowy, wielcy inżynierowie musieli połączyć swoje siły i umysły. Grupa naukowców, w tym Daimler, Maybach i Otto, zaczęła montować silniki dwa dziennie, co w tamtym czasie było bardzo szybkie. Ale, jak to zawsze bywa, stanowiska naukowców w ulepszaniu jednostek napędowych uległy rozbieżności i Daimler opuszcza zespół, aby założyć własną firmę. W wyniku tych wydarzeń Maybach podąża za swoim przyjacielem.

1889 Daimler zakłada pierwszą firmę motoryzacyjną, Daimler Motoren Gesellschaft. W 1901 roku Maybach zmontował pierwszego Mercedesa, który był początkiem legendarnej niemieckiej marki.

Kolejnym nie mniej legendarnym niemieckim wynalazcą jest Karl Benz. Świat zobaczył swój pierwszy prototyp silnika w 1886 roku. Ale przed stworzeniem pierwszego silnika udało mu się założyć firmę Benz & Company. Kolejna historia jest po prostu niesamowita. Będąc pod wrażeniem rozwoju Daimlera i Maybacha, Benz postanowił połączyć wszystkie firmy razem.

Tak więc najpierw Benz & Company łączy się z Daimler Motoren Gesellschaft i staje się Daimler-Benz. Następnie połączenie dotknęło również Maybacha i firma stała się znana jako Mercedes-Benz.

Kolejne znaczące wydarzenie w branży motoryzacyjnej miało miejsce w 1889 roku, kiedy Daimler zaproponował opracowanie jednostki napędowej w kształcie litery V. Maybach i Benz podeszli do jego pomysłu, a już w 1902 roku silniki V zaczęły być produkowane w samolotach, a później w samochodach.

Ojciec, założyciel przemysłu samochodowego

Ale cokolwiek powiesz, największy wkład w rozwój przemysłu motoryzacyjnego i rozwoju motoryzacji wniósł amerykański projektant, inżynier i tylko legenda - Henry Ford. Jego hasło: „Samochód dla wszystkich” zostało rozpoznane przez zwykłych ludzi, co ich pociągnęło. Po założeniu firmy Ford w 1903 roku, nie tylko postanowił opracować nową generację silników do swojego samochodu Ford A, ale także dał nowe miejsca pracy prostym inżynierom i ludziom.

W 1903 roku Selden sprzeciwił się Fordowi, twierdząc, że pierwszy używał jego silnika. Proces trwał aż 8 lat, ale jednocześnie żaden z uczestników nie był w stanie wygrać procesu, ponieważ sąd uznał, że prawa Seldena nie zostały naruszone, a Ford stosuje swój typ i konstrukcję silnika.

W 1917 roku, kiedy Stany Zjednoczone weszły w I wojnę światową, Ford zaczął opracowywać pierwszy silnik do ciężkich pojazdów ciężarowych. Pod koniec 1917 roku Henry wprowadził pierwszy czterosuwowy 8-cylindrowy silnik benzynowy Ford M, który zaczął być instalowany na ciężarówkach, a później podczas II wojny światowej na niektórych samolotach towarowych.

Kiedy inni producenci samochodów nie przeżyli najlepszych czasów, firma Henry'ego Forda rozkwitła i miała okazję opracować coraz więcej opcji silników, które znalazły zastosowanie w szerokiej gamie samochodów Forda.

Wniosek

W rzeczywistości pierwszy silnik spalinowy został wymyślony przez Leonarda da Vinci, ale było to tylko teoretycznie, ponieważ ograniczały go technologie swoich czasów. Ale pierwszy prototyp postawił Holendra Christiana Hagensa na nogi. Potem nastąpił rozwój francuskich braci Nieppes.

Niemniej jednak silniki spalinowe zyskały popularność i rozwój dzięki rozwojowi tak wielkich niemieckich inżynierów, jak Otto, Daimler i Maybach. Osobno warto zauważyć zasługi w rozwoju silników ojca założyciela przemysłu samochodowego - Henry'ego Forda.

Wprowadzenie

Silnik spalinowy (ICE) jest rodzajem silnika, silnikiem cieplnym, w którym energia chemiczna paliwa (zwykle ciekłego lub gazowego paliwa węglowodorowego), które spala się w obszarze roboczym, jest przetwarzana na pracę mechaniczną. Pomimo faktu, że ICE są niedoskonałym typem silników cieplnych (głośny hałas, emisje toksyczne, mniejsze zasoby), ze względu na ich autonomię (niezbędne paliwo zawiera znacznie więcej energii niż najlepsze akumulatory elektryczne), ICE są bardzo rozpowszechnione. Główną wadą ICE jest to, że wytwarza wysoką moc tylko w wąskim zakresie prędkości. Dlatego integralnymi atrybutami silnika spalinowego są przekładnia i rozrusznik. Tylko w niektórych przypadkach (na przykład w samolotach) można zrezygnować ze złożonej transmisji. Ponadto silnik spalinowy potrzebuje układu paliwowego (do dostarczania mieszanki paliwowej) i układu wydechowego (do wydechu).

samochód z silnikiem spalinowym

Historia powstania silnika spalinowego

Obecnie nikogo nie zaskoczysz przy użyciu silnika spalinowego. Miliony samochodów, generatory gazu i inne urządzenia wykorzystują ICE (silniki spalinowe) jako napęd. Pojawienie się tego typu silnika w XIX wieku wynika przede wszystkim z potrzeby stworzenia wydajnego i nowoczesnego napędu dla różnych urządzeń i mechanizmów przemysłowych. W tym czasie przeważnie używany był silnik parowy. Miał wiele wad, na przykład niska wydajność (tj. Większość energii wydanej na wytwarzanie pary po prostu zniknęła), był nieporęczny, wymagał wykwalifikowanej konserwacji i dużo czasu na uruchomienie i zatrzymanie. Przemysł potrzebował nowego silnika pozbawionego tych niedociągnięć. Stał się silnikiem spalinowym.

W XVII wieku holenderski fizyk Christian Hagens rozpoczął eksperymenty z silnikami spalinowymi, aw 1680 roku opracowano silnik teoretyczny, którego paliwem był czarny proszek. Jednak pomysły autora nie zostały zrealizowane.

Pierwszym, któremu udało się stworzyć pierwszy na świecie działający silnik spalinowy, był NisefortNieps. W 1806 roku on i jego brat przedłożyli Instytutowi Narodowemu (wówczas tak zwanej Francuskiej Akademii Nauk) raport na temat nowej maszyny, która „miałaby siłę porównywalną do pary, ale zużywałaby mniej paliwa”. Bracia nazywali ją „pireolofor”. Z greckiego można to przetłumaczyć jako „przyciągane przez ognisty wiatr”. Pracowała na pyle węglowym, a nie na gazie czy gazie. W tamtych czasach nie istniał przemysł rafinacji gazu lub ropy, a wynalazek pireolofory wzbudził duże zainteresowanie. Dwóch komisarzy miało za zadanie uporządkowanie wynalazku. Jednym z komisarzy był Lazar Carnot. Carnot pozytywnie ocenił, nawet trafił do gazet. Chociaż silnik miał wiele niedociągnięć, wielu z nich nie można było w tym czasie wyeliminować z powodu braku niezbędnych technologii: pył został zapalony, na przykład pod ciśnieniem atmosferycznym, rozkład materii palnej w komorze był nierówny, a dopasowanie tłoka do ścian cylindra wymagało poprawy . W tamtych czasach tłok silnika parowego był uważany za zamontowany na ściankach cylindra, jeśli z trudem przeszła między nimi moneta.

W 1806 roku bracia zbudowali silnik i wyposażyli go w trzy metrową łódź o wadze 450 kg. Łódź płynęła w górę rzeki Sone z prędkością dwukrotnie większą niż prąd.

Lazar Carnot miał syna - porucznika Sztabu Generalnego Sadi Carnota, który w 1824 r. Opublikował 200 egzemplarzy dzieła, które później uwiecznił jego imię. To jest „Refleksje na temat siły ognia i maszyn zdolnych do rozwijania tej siły”. W tej książce położył podstawy termodynamiki - teorii rozwoju silników spalinowych. W książce wspomniano o maszynie Nieppesa, która być może skłoniła Sadi Carnota do myślenia o silnikach przyszłości - o wszystkich silnikach spalinowych: gazowym, gaźniku i diesla. Oferuje także dalsze ulepszenia silnika, od sprężania powietrza w cylindrze itp.

Minie kolejne ćwierć wieku, zanim angielski fizyk William Thomson (Lord Kelvin) i niemiecki fizyk Rudolf Clausius ożywi pomysły Carnota i uczynią z termodynamiki naukę. Nikt nigdy nie będzie pamiętał o Nieppes. Kolejny silnik spalinowy pojawi się dopiero w 1858 roku z belgijskim inżynierem Jeanem Josephem Etienne Lenoir. Dwusuwowy elektryczny silnik gaźnika, silnik o zapłonie iskrowym napędzany gazem węglowym, będzie pierwszym komercyjnym silnikiem tego typu. Pierwszy silnik pracował tylko przez kilka sekund z powodu braku układu smarowania i układu chłodzenia, które z powodzeniem zastosowano w kolejnych próbkach. W 1863 roku Lenoir poprawił konstrukcję swojego silnika, używając nafty zamiast paliwa gazowego. Na nim trzykołowy prototyp nowoczesnych samochodów przejechał historyczne 50 mil.

Silnik Lenoir nie był pozbawiony wad, jego wydajność osiągnęła zaledwie 5%, nie zużywał paliwa i smarów bardzo wydajnie, był zbyt gorący itp., Ale był to pierwszy, po wielu latach zapomnienia, komercyjnie udany projekt stworzenia nowego silnika dla potrzeby przemysłu. W 1862 roku francuski naukowiec Alfons Beau de Rojas zaproponował i opatentował pierwszy na świecie czterocylindrowy silnik. Ale przed jego stworzeniem, a tym bardziej komercyjną produkcją, nigdy do tego nie doszło.

1864 - austriacki inżynier Siegfried Markus stworzył pierwszy na świecie jednocylindrowy silnik gaźnika, który działa na spalaniu ropy naftowej. Kilka lat później ten sam naukowiec skonstruował pojazd poruszający się z prędkością 10 mil na godzinę.

1873 - George Brighton zaproponował nowy projekt 2-cylindrowego silnika naftowego gaźnika, który później stał się benzyną. Był to pierwszy bezpieczny model, choć zbyt masywny i powolny do użytku komercyjnego.

1876 \u200b\u200b- Nicholas Otto, 14 lat po teoretycznym uzasadnieniu działania 4-cylindrowego silnika Rojasa, stworzył działający model, znany jako „cykl Otto”, cykl z zapłonem z wyładowania iskrowego. Otto ICE miał pionowy cylinder, obrotowy wał znajdował się na boku, a do wału podłączono specjalną szynę. Wał uniósł tłok, dzięki czemu powstało podciśnienie, w wyniku czego pochłonęła się mieszanka paliwowo-powietrzna, która następnie uległa zapłonowi. Silnik nie używał zapłonu elektrycznego, inżynierowie nie mieli wystarczającego poziomu wiedzy w elektrotechnice, mieszanina została zapalona otwartym płomieniem przez specjalny otwór. Po wybuchu mieszaniny wzrosło ciśnienie, pod którym tłok wzrósł (najpierw pod działaniem gazu, a następnie przez bezwładność) i specjalny mechanizm odłączył szynę od wału, ponownie wytworzono próżnię, paliwo zostało zassane do komory spalania, a proces powtórzono. Sprawność tego silnika przekroczyła 15%, co było znacznie wyższą wydajnością niż jakikolwiek inny silnik parowy z tamtych czasów. Udana konstrukcja, wysoka wydajność, a także ciągła praca nad konstrukcją jednostki (to właśnie Otto w 1877 r. Opatentował nowy typ silnika spalinowego z czterocyklowym cyklem, który leży u podstaw większości nowoczesnych ICE), pozwoliło na zajęcie znacznego udziału w rynku napędów dla różnych urządzeń i mechanizmów.

1883 - francuski inżynier Eduard Delamar-Debotville projektuje jednocylindrowy czterosuwowy silnik, w którym gaz służył jako paliwo. I choć sprawa nie osiągnęła praktycznej realizacji pomysłów, przynajmniej na papierze, Delamar-Debotville wyprzedził Gottlieba Daimlera i Karla Benz.

1885 - Gottlieb Daimler stworzył prototyp nowoczesnego silnika gazowego - urządzenie z pionowo ustawionymi cylindrami i gaźnikiem. W tym celu Daimler wraz ze swoim przyjacielem Wilhelmem Maybachem nabył warsztat w pobliżu miasta Stuttgart. Silnik został stworzony w taki sposób, aby mógł przenosić załogę, dlatego jego wymagania były bardzo duże. ICE musiała być zwarta, mieć wystarczającą moc i nie wymagać generatora gazu. „Reitwagen” - wynalazcy nazwali pierwszy pojazd dwukołowy. Rok później pojawił się świat i pierwszy prototyp 4-kołowego samochodu. Maybach opracował wydajny gaźnik, który zapewnia wydajne odparowywanie paliwa. W tym samym czasie węgierskie banki opatentowały urządzenie gaźnika za pomocą strumienia. W przeciwieństwie do swoich poprzedników nowy gaźnik zaproponował nie odparowywać, ale rozpylać paliwo, które odparowało bezpośrednio w cylindrze silnika. Gaźnik dozuje również paliwo i powietrze i miesza je równomiernie w odpowiednich proporcjach Gottlieb Daimler od samego początku swojej kariery inżynierskiej był przekonany, że silnik parowy jest przestarzały i należy go jak najszybciej wymienić. Silniki gazowe - to właśnie Daimler postrzegał jako perspektywę rozwoju. Musiał pokonać wiele progów firm, które nie chciały podejmować ryzyka i inwestować w produkt, którego wciąż nie znali. Maybach, pierwsza osoba, która go zrozumiała, następnie została jego przyjacielem i partnerem. W 1872 roku Daimler wraz z Nicholasem Otto gromadzi najlepszych specjalistów, z którymi kiedykolwiek pracował, pod przewodnictwem Maybacha. Zadanie sformułowano w następujący sposób: stworzyć sprawny i wydajny silnik gazowy. A dwa lata później zadanie to zostało ukończone i rozpoczęto produkcję silników. Zgodnie z tymi standardami dwa silniki dziennie to ogromna prędkość. Ale tutaj stanowiska Daimlera i Otto dotyczące dalszego rozwoju firmy zaczynają się różnić. Pierwszy z nich uważa, że \u200b\u200bkonieczne jest ulepszenie projektu i przeprowadzenie szeregu badań, drugi mówi o potrzebie zwiększenia produkcji już zbudowanych silników. Na podstawie tych sprzeczności Daimler odchodzi z firmy, a Maybach za nim, aw 1889 r. Organizują firmę DaimlerMotorenGesellschaft, z której pierwszy samochód wysiada z linii montażowej. A dwanaście lat później Maybach zbiera pierwszy samochód Mercedesa, nazwany na cześć jego córki, która później stanie się legendą.

1886 - 29 stycznia, Karl Benz opatentował projekt pierwszego na świecie trzykołowego samochodu na gaz z zapłonem elektrycznym, mechanizmem różnicowym i chłodzeniem wodnym. Energię dostarczano do kół za pomocą specjalnego koła pasowego i paska przymocowanego do wału napędowego. W 1891 r. Zbudował również pojazd czterokołowy. Był to Karl Benz, który jako pierwszy połączył podwozie i silnik. Już w 1893 roku samochody Benz stały się pierwszymi tanimi pojazdami masowo produkowanymi na świecie. W 1903 r. Benz & Company połączyło się z Daimlerem, tworząc Daimler-Benz, a później Mercedes-Benz, a sam Benz został członkiem rady nadzorczej, dopóki nie zmarł w 1929 roku. 1889 - Daimler ulepszył swój czterosuwowy silnik, proponując układ cylindrów w kształcie litery V i zastosowanie zaworów, co znacznie zwiększyło moc właściwą silnika na jednostkę masy.

Taka była ścieżka rozwoju silników spalinowych, które zapewniły komfort i szybkość w naszym życiu. Dalszy rozwój tego kierunku pokaże z czasem, ale teraz projektanci oferują całkiem interesujące alternatywne opcje projektowania dla ICE.

To był konkretnie transport. Zjadł mieszankę ciekłego paliwa z powietrzem, zresztą oszczędnie. Częstotliwość obrotów wału była 4-5 razy większa niż w silnikach gazowych, a pojemność litra (l. S / l) została podwojona. Na jednostkę mocy było mniej masy.

Pierwsze silniki Benz miały prędkość obrotową wału nieprzekraczającą 400 obr / min; a Benz uzasadnił tę małą prędkość trwałością i bezgłośnym działaniem silnika. Mechanizm korbowy pozostał otwarty, jak w silnikach stacjonarnych. Najciekawszą rzeczą w silniku Benz jest elektryczny zapłon mieszanki, w zasadzie taki sam jak w obecnych silnikach. Niestety, działało bardzo niestabilnie.

Wzrost mocy silnika

Zwiększenie mocy silnika, a tym samym prędkości samochodu, nie było takie łatwe. Jeśli zwiększysz średnicę cylindra, zwiększą się siły działające na jego ścianki, na szczegóły mechanizmu korbowego. Jeśli zwiększysz długość skoku tłoka, wówczas trudno jest umieścić cylinder w samochodzie, wymiary części korby rosną. W obu przypadkach silnik staje się cięższy. Te okoliczności doprowadziły projektantów do pomnożenia liczby cylindrów. Daimler wykonał już swoje dwa pierwsze silniki z silnikami dwucylindrowymi (w kształcie litery U), aw 1891 roku zbudował pierwszy czterocylindrowy.

Wzrost liczby cylindrów zapewnił nie tylko zwartość silnika przy wzroście jego mocy, ale także płynną jazdę. W silniku czterocylindrowym każdy skok stanowi pół obrotu wału korbowego, natomiast silnik jednocylindrowy ma dwa obroty. Jednocześnie konstrukcja i montaż silnika z kilkoma cylindrami jest bardziej złożony, występują zniekształcenia i ugięcie wału. Musiałem wprowadzić na nim przeciwwagi, zwiększyć liczbę podpór, zainstalować w pobliżu pomocniczy wał wyważający.

Pod koniec wieku wiele firm produkowało jednocześnie silniki jedno-, dwu- i czterocylindrowe. Staraliśmy się stosować identyczne cylindry we wszystkich silnikach firmy, aby ustalić masową produkcję i uprościć ich wymianę w przypadku uszkodzenia. Próbowali także zdemontować głowicę cylindrów (jak teraz), aby ułatwić montaż silnika i konserwację zaworu, ale nie udało się osiągnąć szczelności szczeliny między głowicą a cylindrem; nagrzewanie spowodowało deformację głowy, szczelność została zerwana. Następnie cylinder odlano jednocześnie z głowicą i wykonano włazy z gwintowanymi zatyczkami, aby uzyskać dostęp do zaworów. Casting był skomplikowany. Dlatego koszula chłodząca wodę była wyjmowana (stąd jej nazwa), wykonana z mosiądzu lub miedzi. Mocowane za pomocą śrub.

Ważne miejsce zajmował system dystrybucji, tj. Napełnianie butli palną mieszaniną i ich oczyszczanie z gazów. We wszystkich wczesnych silnikach mieszanka była wpuszczana do cylindra przez automatyczny zawór grzybkowy - „grzybek” na pręcie jak przewrócony grzyb. Kształt zaworu jest podobny do obecnego, został otwarty z powodu rozrzedzenia w cylindrze podczas suwu wlotowego, a resztę czasu utrzymywała w pozycji zamkniętej sprężyna i ciśnienie w cylindrze. Pomimo częstego zagłuszania prostota konstrukcji takiego zaworu przyciągała specjalistów do pierwszych lat XX wieku. A potem, wraz ze wzrostem prędkości wału, przełączyliśmy się na zawór kontrolowany.

Zawór wylotowy był kontrolowany od samego początku, podobnie jak zawór w silniku parowym, przy użyciu mimośrodu i ciągu. Po rezygnacji z automatycznego zaworu i zwiększeniu liczby cylindrów wzrosła także liczba mimośrodów. To skłoniło projektantów do myślenia o pojedynczym wale z krzywkami zamiast mimośrodów z napędem z wału korbowego. Krzywki zostały ustawione w taki sposób, aby ich występy w odpowiednim czasie podniosły trzony zaworowe. Przy dalszym ruchu krzywki sprężyna utrzymywała zawór w pozycji zamkniętej. Urządzenie mechanizmu dystrybucji uzyskało schemat, który przetrwał do dziś. Aby zrekompensować niedoskonałości gaźników z tego czasu, mechanizm ten otrzymał jeszcze inną funkcję: kierowca mógł użyć specjalnej (jeszcze jednej!) Dźwigni - przełącznika, aby przesunąć wałek rozrządu i usunąć krzywki spod zaworów, tymczasowo zatrzymać ich działanie.

Chociaż wydaje się, że silnik samochodowy, w przeciwieństwie do silnika stacjonarnego, może być chłodzony przez przepływ nadchodzącego powietrza, projektanci bardzo szybko doszli do wniosku, że chłodzenie wodne jest bardziej wydajne. Przeszedł szereg etapów rozwoju, aż grzejniki cewkowe rozprzestrzeniły się, czasami otaczając całą maskę silnika. Cewki, pomimo swojej objętości, dużej masy i możliwych awarii, istniały przez około 15 lat. W modelu Mercedesa (1901) po raz pierwszy zastosowano znany już rurowy lub komórkowy grzejnik o dużej powierzchni chłodzącej, który zmienił wygląd samochodu. Pod koniec XIX wieku pojawiły się pompy wodne obracane przez wał korbowy. Aby wydmuchać powietrze przez chłodnicę, szczególnie podczas wolnej jazdy, zastosowaliśmy wentylator umieszczony za chłodnicą lub w połączeniu z kołem zamachowym silnika (w tym przypadku umieść obudowę pod silnikiem, aby uszczelnić komorę silnika).

Na początku XX wieku opracowano układ smarowania silnika przez natryskiwanie. Miarki na dolnych głowicach korbowodów wstrząsnęły olejem wypełniającym skrzynię korbową, a jej krople smarowały cylindry i łożyska. Aby nasmarować pozostałe mechanizmy samochodu, przewidziano całą baterię „kroplomierzy”, która pojawiła się na przednim panelu lub z boku nadwozia. Od czasu do czasu kierowca lub jego asystent naciskali przyciski kroplomierza.

Przy opracowywaniu urządzeń służących do dostarczania mieszanki do cylindrów i jej zapłonu musiał wejść w kontakt ze stosunkowo nowymi dyscyplinami naukowymi: elektrotechniką, gazem i hydrodynamiką.

Atomizer był znany na długo przed pojawieniem się samochodów. Warto było umieścić go na drodze benzyny ze zbiornika do silnika, a próżnia w cylindrach podczas suwu wlotowego spowodowałaby przeciąg powietrza i rozpylenie benzyny. Po zmieszaniu z powietrzem utworzyła się palna mieszanina. Jednak projektanci wierzyli, że taki schemat „fryzjerski” jest zbyt delikatny, jak na ówczesne silniki.

Pojawienie się gaźników

Wymyślił różne skomplikowane gaźniki. Działanie gaźnika Marcus przypomina proces natryskiwania farby z pędzla (stąd nazwa - gaźnik szczotkowy). W gaźniku „bełkotującym” (mieszającym) Benz powietrze przechodziło przez grubość benzyny w zbiorniku. W miarę zużycia warstwa benzyny stawała się cieńsza, a mieszanina mniej nasycona; urządzenie działało dobrze dopiero na początku podróży. Odmówili gaszenia knota, ponieważ z powodu rozrzedzenia w cylindrze czasami ssał ... same knoty i silnik zatrzymał się. Korzystając z gaźnika powierzchniowego, kierowca musiał stale monitorować poziom benzyny.

Nie osiągając pożądanego rezultatu, projektanci zwrócili się do odrzuconego atomizera. Gaźnik proszkowy Daimler i Maybach składał się z komór pływakowych i mieszających. Stały poziom paliwa był automatycznie utrzymywany w komorze pływakowej. Z powodu rozrzedzenia benzyna opuściła dyszę komory mieszania, jak z pistoletu natryskowego, rozpylona. Zasadniczo ten schemat przetrwał do dnia dzisiejszego.

Układy zapłonowe

Różnorodne rozwiązania konstrukcyjne są również charakterystyczne dla układów wczesnego zapłonu. O ich „skuteczności” świadczą słowa „Dobry zapłon!”, Którymi kiedyś witali się kierowcy. A teraz wśród kierowców zachował się termin „długi zapłon” (holowanie uszkodzonego samochodu).

Urządzenia elektryczne Lenoir były tak niedoskonałe, że pierwszy wyposażony w nie samochód Benz mógł pracować tylko na bardzo płaskiej drodze, przy suchej pogodzie i blisko stacji ładującej lub mając „na pokładzie” zapas suchych elementów Bunsena. Próbowali zastąpić je dynamem, ale nie działało przy niskich prędkościach; aby uruchomić silnik, konieczne było bardzo energiczne ręczne obracanie wału lub w jakiś sposób rozproszenie samochodu. Akumulator kwasowy był nadal bardzo ciężki, słaby energetycznie, zepsuty.

Wielu konstruktorów samochodów przyciąga wynalazek „Magnetic Ignition for Disconnection” wynaleziony w 1895 r. Przez niemieckiego inżyniera elektryka Roberta Boscha (1861–1942). Ten system generował prąd w wyniku ruchu zwory w polu elektrycznym między biegunami magnesu. W momencie największej siły prądu obwód elektryczny został przerwany przez ciąg wyrzucony ze zwory. Przerwa wystąpiła w komorze spalania. Zapaliła się iskra. System działał niezawodnie, jeśli prędkość obrotowa silnika nie przekraczała 300 obr / min.

G. Daimler i V. Maybach, którzy osiągnęli wysokie prędkości obrotowe silnika, nie spełnili żadnego z ówczesnych elektrycznych układów zapłonowych. Dlatego do końca XIX wieku w samochodach Daimler stosowano platynową rurkę jarzeniową, pomimo jej wysokich kosztów, zagrożenia pożarowego i faktu, że często powodowała przedwczesne zapalenie mieszanki. W Niemczech opracowano nawet ustawę zakazującą zapłonu jarzeniowego. Daimler jako pierwszy zastosował maszynę magnetoelektryczną z dwoma uzwojeniami twornika zaproponowanymi przez R. Boscha w samochodzie produkcyjnym. Nazywano to „magneto wysokiego napięcia”. Umożliwiło to uzyskanie niezawodnego zapłonu i nie zależało od prędkości obrotowej silnika. Samochody z magneto trwały do \u200b\u200blat 30. XX wieku.

Tak więc krok po kroku stworzono silnik samochodowy. Jego pojemność wzrosła na początku XX wieku kilkadziesiąt razy, a moc właściwa - 7 razy, zużycie paliwa na 1 litr. z o połowę. Podobieństwa z silnikami stacjonarnymi są prawie zatracone, z wyjątkiem najczęściej występujących.