Historia powstania i rozwoju silników spalinowych. Streszczenie: Historia rozwoju silników spalinowych Kto stworzył pierwszy silnik spalinowy

Historia powstania i rozwoju silników spalinowych

Wstęp

Ogólne informacje o silniku spalinowym

Historia powstania i rozwoju silników spalinowych

Wniosek

Lista wykorzystanych źródeł

Podanie

Wstęp

Żyjemy w epoce elektryczności i technologii komputerowej, ale można powiedzieć, że w epoce silników spalinowych. Do połowy ubiegłego wieku wolumen transportu drogowego osiągnął 20 miliardów ton, czyli pięciokrotnie więcej niż wolumen transportu kolejowego i 18-krotnie wolumen ruchu realizowanego przez flotę morską. Obecnie udział transportu drogowego stanowi ponad 79% wolumenu przewozów ładunków w naszym kraju. O powszechnym stosowaniu silników spalinowych świadczy również fakt, że łączna moc zainstalowana silników spalinowych jest pięciokrotnie wyższa od mocy wszystkich elektrowni stacjonarnych na świecie. W dzisiejszych czasach nie zdziwi Cię zastosowanie silnika spalinowego. Miliony samochodów, generatory gazu i inne urządzenia wykorzystują jako napęd silniki spalinowe. W silniku spalinowym paliwo spalane jest bezpośrednio w cylindrze, wewnątrz samego silnika. Dlatego nazywa się to silnikiem spalinowym. Pojawienie się tego typu silnika w XIX wieku wynika przede wszystkim z potrzeby stworzenia wydajnego i nowoczesnego napędu do różnych urządzeń i mechanizmów przemysłowych. W tym czasie większość z nich była używana przez maszynę parową. Miała wiele wad, na przykład niską wydajność (czyli większość energii zużywanej na produkcję pary była po prostu marnowana), była nieporęczna, wymagała wykwalifikowanej konserwacji i dużo czasu na uruchamianie i zatrzymywanie. Przemysł potrzebował nowego silnika. Był to silnik spalinowy, którego badanie historii powstania jest celem tej pracy. Wysoka sprawność, stosunkowo niewielkie gabaryty i waga, niezawodność i autonomia zapewniły ich szerokie zastosowanie jako elektrownia w transporcie drogowym, kolejowym i wodnym, w rolnictwie i budownictwie.

Praca składa się ze wstępu, części głównej, zakończenia, bibliografii i aneksu.

1. Ogólne informacje o silniku spalinowym

Obecnie najbardziej rozpowszechnione są silniki spalinowe (ICE) - rodzaj silnika, silnik cieplny, w którym energia chemiczna paliwa (zwykle płynnego lub gazowego paliwa węglowodorowego), spalającego się w obszarze roboczym, jest zamieniana na Praca mechaniczna.

Silnik składa się z cylindra, w którym porusza się tłok, połączony za pomocą korbowodu z wałem korbowym (rys. 1).

Rysunek 1 - Silnik spalinowy wewnętrznego spalania

W górnej części cylindra znajdują się dwa zawory, które podczas pracy silnika automatycznie otwierają się i zamykają w odpowiednim momencie. Mieszanka palna jest podawana przez pierwszy zawór (wlot), który jest zapalany za pomocą świecy, a gazy spalinowe są uwalniane przez drugi zawór (wylot). W cylindrze następuje okresowe spalanie palnej mieszanki składającej się z benzyny i oparów powietrza (temperatura sięga 16000-18000C). Nacisk na tłok gwałtownie wzrasta. Rozprężając się, gazy popychają tłok, a wraz z nim wał korbowy, wykonując pracę mechaniczną. W tym przypadku gazy są schładzane, ponieważ część ich energii wewnętrznej jest zamieniana na energię mechaniczną.

Skrajne pozycje tłoka w cylindrze nazywane są martwymi punktami. Odległość pokonywana przez tłok od jednego martwego punktu do drugiego nazywana jest skokiem tłoka, który jest również nazywany skokiem. Uderzenia silnika spalinowego: wlot, sprężanie, skok roboczy, wydech, dlatego silnik nazywa się czterosuwowym. Rozważmy bardziej szczegółowo cykl operacyjny silnika czterosuwowego - cztery główne etapy (suw):

Podczas tego skoku tłok opada z górnego martwego punktu do dolnego martwego punktu. W takim przypadku krzywki wałka rozrządu otwierają zawór wlotowy, a świeża mieszanka paliwowo-powietrzna jest zasysana do cylindra przez ten zawór.

Tłok przesuwa się od dołu do góry, ściskając mieszankę roboczą. Temperatura mieszaniny wzrasta. W tym miejscu powstaje stosunek objętości roboczej cylindra w dolnym martwym punkcie do objętości komory spalania u góry – tzw. „stopień sprężania”. Im większa ta wartość, tym większa oszczędność paliwa silnika. Silnik o wyższym stopniu sprężania wymaga więcej paliwa. ́ wyższa liczba oktanowa, co jest droższe.

Spalanie i rozprężanie (lub skok tłoka).

Krótko przed zakończeniem cyklu sprężania mieszanka paliwowo-powietrzna zostaje zapalona przez iskrę ze świecy zapłonowej. Podczas ruchu tłoka od góry do dołu paliwo spala się, a pod wpływem ciepła mieszanina robocza rozszerza się, popychając tłok.

Po dolnym martwym punkcie cyklu roboczego otwiera się zawór wydechowy i poruszający się w górę tłok wypiera spaliny z cylindra silnika. Kiedy tłok osiągnie najwyższy punkt, zawór wydechowy zamyka się i cykl zaczyna się od nowa.

Aby rozpocząć kolejny krok, nie trzeba czekać do końca poprzedniego - w rzeczywistości silnik ma otwarte oba zawory (dolotowy i wydechowy). Jest to różnica w stosunku do silnika dwusuwowego, w którym cały cykl pracy odbywa się podczas jednego obrotu wału korbowego. Oczywiste jest, że silnik dwusuwowy o tej samej objętości cylindra będzie mocniejszy - średnio półtora raza.

Jednak ani duża moc, ani brak kłopotliwego układu zaworowego i wałka rozrządu, ani niski koszt produkcji nie są w stanie pokryć zalet silników czterosuwowych - dłuższy zasób, więcej ́ lepsza ekonomia, czystszy wydech i mniejszy hałas.

Schemat działania ICE (dwusuwowy i czterosuwowy) podano w załączniku 1.

Tak więc zasada działania silnika spalinowego jest prosta, zrozumiała i nie zmieniła się od ponad wieku. Główną zaletą silnika spalinowego jest niezależność od stałych źródeł energii (zasoby wodne, elektrownie itp.), w związku z czym instalacje wyposażone w silniki spalinowe mogą się swobodnie poruszać i znajdować się w dowolnym miejscu. I pomimo tego, że silniki spalinowe są niedoskonałym typem silników cieplnych (głośny hałas, toksyczne emisje, mniej zasobów), dzięki swojej autonomii silniki spalinowe są bardzo rozpowszechnione.

Ulepszanie silników spalinowych idzie drogą zwiększania ich mocy, niezawodności i trwałości, zmniejszania masy i gabarytów, tworzenia nowych konstrukcji. Tak więc pierwsze silniki spalinowe były jednocylindrowe, a w celu zwiększenia mocy silnika zwykle zwiększano objętość cylindra. Potem zaczęli to osiągać, zwiększając liczbę cylindrów. Pod koniec XIX wieku pojawiły się silniki dwucylindrowe, a od początku XX wieku zaczęły się upowszechniać silniki czterocylindrowe.

Nowoczesne silniki high-tech wcale nie przypominają swoich stuletnich odpowiedników. Osiągnięto bardzo imponujące osiągi pod względem mocy, wydajności i przyjazności dla środowiska. Nowoczesny silnik spalinowy wymaga minimum uwagi i jest przystosowany do zasobów rzędu setek tysięcy, a czasem nawet milionów kilometrów.

2. Historia powstania i rozwoju silników spalinowych

Przez około 120 lat człowiek nie wyobraża sobie życia bez samochodu. Spróbujmy spojrzeć w przeszłość - do samego wyglądu fundamentów podwalin nowoczesnej motoryzacji.

Pierwsze próby stworzenia silnika spalinowego sięgają XVII wieku. Eksperymenty E. Toricelli, B. Pascala i O. Guericke skłoniły wynalazców do wykorzystania ciśnienia powietrza jako siły napędowej w maszynach atmosferycznych. Opat Ottefel (1678-1682) i H. Huygens (1681) byli jednymi z pierwszych, którzy oferowali takie maszyny. Aby przesunąć tłok w cylindrze, zaproponowali użycie eksplozji prochu. Dlatego Ottefel i Huygens można uznać za pionierów w dziedzinie silników spalinowych.

Francuski naukowiec Denis Papen, wynalazca pompy odśrodkowej, kotła parowego z zaworem bezpieczeństwa i pierwszej maszyny tłokowej działającej na parze wodnej, pracował również nad ulepszeniem maszyny proszkowej Huygens. Pierwszym, który próbował wdrożyć zasadę ICE, był Anglik Robert Street (patent USA nr 1983,1794). Silnik składał się z cylindra i ruchomego tłoka. Na początku ruchu tłoka do cylindra weszła mieszanina lotnej cieczy (alkoholu) i powietrza, ciecz i opary cieczy zostały zmieszane z powietrzem. W połowie skoku tłoka mieszanina zapaliła się i podrzuciła tłok.

W 1799 roku francuski inżynier Philippe Le Bon odkrył gaz oświetleniowy i uzyskał patent na zastosowanie i sposób wytwarzania gazu oświetleniowego poprzez suchą destylację drewna lub węgla. Odkrycie to miało ogromne znaczenie przede wszystkim dla rozwoju technologii oświetleniowej, która bardzo szybko zaczęła z powodzeniem konkurować z drogimi świecami. Gaz świetlny nadawał się jednak nie tylko do oświetlenia. W 1801 roku Le Bon opatentował konstrukcję silnika gazowego. Zasada działania tej maszyny opierała się na dobrze znanej właściwości odkrytego przez niego gazu: jego mieszanina z powietrzem eksplodowała przy zapłonie z wydzieleniem dużej ilości ciepła. Produkty spalania szybko się rozwijały, wywierając silną presję na środowisko. Tworząc odpowiednie warunki można wykorzystać uwolnioną energię w interesie człowieka. Silnik Lebon miał dwie sprężarki i komorę mieszania. Jedna sprężarka miała pompować sprężone powietrze do komory, a druga miała pompować sprężony gaz świetlny z generatora gazu. Mieszanka powietrzno-gazowa weszła następnie do cylindra roboczego, gdzie uległa zapłonowi. Silnik był dwustronnego działania, czyli naprzemiennie działające komory robocze znajdowały się po obu stronach tłoka. W gruncie rzeczy Le Bon wymyślał ideę silnika spalinowego, ale R. Street i F. Le Bon nie podjęli żadnych prób realizacji swoich pomysłów.

W kolejnych latach (do 1860 r.) również nieliczne próby stworzenia silnika spalinowego zakończyły się niepowodzeniem. Główne trudności w stworzeniu silnika spalinowego wynikały z braku odpowiedniego paliwa, trudności w zorganizowaniu procesów wymiany gazowej, zasilania paliwem i zapłonu paliwa. Trudności te w dużym stopniu ominął Robert Stirling, który tworzył w latach 1816-1840. silnik spalinowy z regeneratorem. W silniku Stirlinga zamianę ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka na ruch obrotowy realizowano za pomocą mechanizmu rombowego, a czynnikiem roboczym było powietrze.

Jednym z pierwszych, który zwrócił uwagę na realną możliwość stworzenia silnika spalinowego był francuski inżynier Sadi Carnot (1796-1832), który zajmował się teorią ciepła i teorią silników cieplnych. W eseju „Rozważanie nad siłą napędową ognia i maszynami zdolnymi do wytworzenia tej siły” (1824) napisał: adaptacje łatwe do wykonania; następnie spraw, aby powietrze wykonało pracę w cylindrze tłokowym lub innym naczyniu rozprężającym, a na koniec wypuść je do atmosfery lub skieruj do kotła parowego, aby wykorzystać pozostałą temperaturę. Główne trudności napotykane w tego rodzaju operacjach: zamknięcie paleniska w pomieszczeniu o wystarczającej wytrzymałości i utrzymanie spalania w odpowiednim stanie, utrzymywanie różnych części aparatu w umiarkowanej temperaturze i zapobieganie szybkiemu niszczeniu cylindra i tłoka; nie sądzimy, aby te trudności były nie do pokonania.” Jednak idee S. Carnota nie zostały docenione przez współczesnych. Dopiero 20 lat później zwrócił na nie uwagę francuski inżynier E. Clapeyron (1799-1864), autor znanego równania stanu. Dzięki Clapeyronowi, który zastosował metodę Carnota, popularność Carnota zaczęła gwałtownie rosnąć. Obecnie Sadi Carnot jest powszechnie uznawany za twórcę techniki grzewczej.

Lenoir nie odniósł natychmiastowego sukcesu. Po tym, jak udało się zrobić wszystkie części i zmontować samochód, działało całkiem sporo i zatrzymywało się, ponieważ z powodu nagrzewania tłok rozszerzył się i zaciął w cylindrze. Lenoir ulepszył swój silnik, zastanawiając się nad systemem chłodzenia wodą. Jednak druga próba startu również nie powiodła się z powodu słabego skoku tłoka. Lenoir uzupełnił swój projekt o system smarowania. Dopiero wtedy silnik zaczął pracować. Już pierwsze niedoskonałe projekty wykazały znaczną przewagę silnika spalinowego nad silnikiem parowym. Popyt na silniki szybko rósł iw ciągu kilku lat J. Lenoir zbudował ponad 300 silników. Jako pierwszy zastosował silnik spalinowy jako elektrownię do różnych celów. Model ten był jednak niedoskonały, sprawność nie przekraczała 4%.

W 1862 roku francuski inżynier A.Yu. Beau de Rocha złożył wniosek patentowy we francuskim Urzędzie Patentowym (data pierwszeństwa 1 stycznia 1862 r.), w którym doprecyzował ideę wyrażoną przez Sadi Carnota w zakresie konstrukcji silnika i jego procesów roboczych. (Ta prośba została zapamiętana tylko podczas sporów patentowych dotyczących pierwszeństwa wynalazku N. Otto). Beau de Rocha zaproponował wtryskiwanie mieszanki palnej podczas pierwszego suwu tłoka, sprężanie mieszanki podczas drugiego suwu tłoka, spalanie mieszanki w skrajnym górnym położeniu tłoka i rozszerzanie produktów spalania podczas trzeciego suwu tłoka tłok; wydech produktów spalania - podczas czwartego suwu tłoka. Jednak ze względu na brak środków nie mógł go zrealizować.

Cykl ten, 18 lat później, zrealizował niemiecki wynalazca Otto Nikolaus August w silniku spalinowym pracującym w układzie czterosuwowym: wlot, sprężanie, skok roboczy, wydech spalin. To właśnie modyfikacje tego silnika są najbardziej rozpowszechnione. Przez ponad wiek, który słusznie nazywa się „epoką motoryzacji”, wszystko się zmieniło – formy, technologie, rozwiązania. Niektóre znaczki zniknęły, a inne wróciły. Moda motoryzacyjna przeszła kilka rund rozwoju. Jedno pozostaje bez zmian – liczba cykli pracy silnika. A w historii motoryzacji liczba ta na zawsze kojarzy się z nazwiskiem niemieckiego wynalazcy samouka Otto. Wraz z wybitnym przemysłowcem Eugenem Langenem wynalazca założył firmę Otto & Co w Kolonii i skupił się na znalezieniu najlepszego rozwiązania. 21 kwietnia 1876 roku otrzymał patent na inną wersję silnika, który rok później został zaprezentowany na Wystawie Paryskiej w 1867 roku, gdzie został odznaczony Wielkim Złotym Medalem. Pod koniec 1875 roku Otto zakończył prace nad projektem całkowicie nowego, pierwszego na świecie silnika czterosuwowego. Zalety silnika czterosuwowego były oczywiste i 13 marca 1878 r. N. Otto otrzymał niemiecki patent nr 532 na czterosuwowy silnik spalinowy (załącznik 3). Fabryka Otto wyprodukowała 6000 silników.

Eksperymenty nad stworzeniem takiej jednostki prowadzono już wcześniej, ale autorzy napotkali szereg problemów, przede wszystkim z tym, że rozbłyski mieszaniny palnej w cylindrach następowały w tak nieoczekiwanych sekwencjach, że nie można było zapewnić równomiernego i stały transfer mocy. Ale to on znalazł jedyne właściwe rozwiązanie. Empirycznie stwierdził, że niepowodzenia wszystkich poprzednich prób były związane zarówno z niewłaściwym składem mieszanki (proporcje paliwa i utleniacza), jak iz fałszywym algorytmem synchronizacji układu wtrysku paliwa i jego spalania.

Znaczący wkład w rozwój silników spalinowych wniósł także amerykański inżynier Brighton, który zaproponował silnik sprężarkowy o stałym ciśnieniu spalania, gaźnik.

Tak więc priorytet J. Lenoira i N. Otto w tworzeniu pierwszych wydajnych silników spalinowych jest niepodważalny.

Produkcja silników spalinowych stale rosła, a ich konstrukcja była ulepszana. W latach 1878-1880. rozpoczęto produkcję silników dwusuwowych, zaproponowaną przez niemieckich wynalazców Wittiga i Hessa, angielskiego przedsiębiorcę i inżyniera D. Clerka, a od 1890 r. - silników dwusuwowych z dmuchaniem w komorze korbowej (patent angielski nr 6410, 1890). Nieco wcześniej niemiecki wynalazca i przedsiębiorca G. Daimler zaproponował zastosowanie komory korbowej jako pompy czyszczącej. W 1878 roku Karl Benz wyposażył trójkołowiec w silnik o mocy 3 KM, który osiągał prędkość ponad 11 km/h. Stworzył także pierwsze samochody z silnikami jedno- i dwucylindrowymi. Cylindry znajdowały się poziomo, moment obrotowy przenoszony był na koła za pomocą napędu pasowego. W 1886 roku K. Benz otrzymał niemiecki patent nr 37435 na samochód z pierwszeństwem z dnia 29 stycznia 1886 roku. Na Wystawie Światowej w Paryżu w 1889 roku samochód Benza był jedynym. Od tego samochodu zaczyna się intensywny rozwój branży motoryzacyjnej.

Kolejnym wydarzeniem w historii silników spalinowych był rozwój silnika spalinowego z zapłonem samoczynnym. W 1892 r. niemiecki inżynier Rudolf Diesel (1858-1913) opatentował, a w 1893 r. opisał w broszurze „Teoria i projekt racjonalnego silnika cieplnego w celu zastąpienia silników parowych i obecnie znanych silników cieplnych” silnik pracujący w cyklu Carnota. W niemieckim patencie nr 67207 z pierwszeństwem z dnia 28 lutego 1892 r. „Proces pracy i sposób wykonania silnika jednocylindrowego i wielocylindrowego” zasada działania silnika została określona w następujący sposób:

Proces pracy w silnikach spalinowych charakteryzuje się tym, że tłok w cylindrze spręża powietrzem lub gazem obojętnym (parą) powietrzem tak silnie, że powstająca temperatura sprężania jest znacznie wyższa od temperatury zapłonu paliwa. W tym przypadku spalanie paliwa wprowadzane stopniowo po martwym punkcie zachodzi w taki sposób, że w cylindrze silnika nie następuje znaczący wzrost ciśnienia i temperatury. Następnie, po zatrzymaniu dopływu paliwa, w cylindrze następuje dalsze rozprężanie mieszanki gazowej.

W celu przeprowadzenia procesu roboczego opisanego w paragrafie 1 do cylindra roboczego podłączona jest wielostopniowa sprężarka z odbiornikiem. Podobnie możliwe jest połączenie kilku cylindrów roboczych ze sobą lub z cylindrami w celu wstępnego sprężania i późniejszego rozprężania.

Pierwszy silnik zbudował R. Diesel do lipca 1893 roku. Założono, że sprężanie będzie prowadzone do ciśnienia 3 MPa, temperatura powietrza na końcu sprężania osiągnie 800 C, a paliwo (mączka węglowa) będzie być wprowadzane bezpośrednio do butli. Wybuch nastąpił po uruchomieniu pierwszego silnika (jako paliwa użyto benzyny). W 1893 roku zbudowano trzy lokomotywy. Awarie pierwszych silników zmusiły R. Diesela do rezygnacji ze spalania izotermicznego i przejścia na cykl ze spalaniem o stałym ciśnieniu.

Na początku 1895 r. pomyślnie przetestowano pierwszy silnik sprężarkowy o zapłonie samoczynnym na paliwo płynne (naftę), a w 1897 r. rozpoczął się okres szeroko zakrojonych testów nowego silnika. Efektywna sprawność silnika wynosiła 0,25, a mechaniczna 0,75. Pierwszy silnik spalinowy z zapłonem samoczynnym do celów przemysłowych został zbudowany w 1897 roku przez Zakłady Inżynieryjne w Augsburgu. Na wystawie w Monachium w 1899 r. 5 silników Diesla R. zaprezentowały już fabryki Otto-Deitz, Krupp i augsburski zakład budowy maszyn. Silniki R. Diesel z powodzeniem zademonstrowano również na Wystawie Światowej w Paryżu (1900). Później znalazły szerokie zastosowanie i otrzymały nazwę „silniki diesla” lub po prostu „diesle” od nazwiska wynalazcy.

W Rosji pierwsze silniki naftowe zaczęto budować w 1890 roku w E.Ya. Bromley (czterosuwowy kaloryzujący), a od 1892 r. w zakładzie mechanicznym E. Nobla. W 1899 roku Nobel otrzymał prawo do produkcji silników R. Diesel, aw tym samym roku zakład rozpoczął ich produkcję. Konstrukcja silnika została opracowana przez specjalistów zakładu. Silnik rozwijał moc 20-26 KM, pracował na ropie naftowej, oleju napędowym, nafcie. Specjaliści zakładu prowadzili również rozwój silników wysokoprężnych. Zbudowali pierwsze silniki bez wodzika, pierwsze silniki typu V, silniki dwusuwowe z obwodami strumieniowymi i nadmuchowymi, silniki dwusuwowe, w których nadmuch był realizowany w wyniku zjawisk gazowo-dynamicznych w kanale wydechowym. Produkcję silników z zapłonem samoczynnym rozpoczęto w latach 1903-1911. w fabrykach parowozów Kołomienskoje, Sormowski, Charków, w fabrykach Felsera w Rydze i Nobla w Petersburgu, w stoczni Nikołajewa. W latach 1903-1908. Rosyjski wynalazca i przedsiębiorca Ya.V. Mamin stworzył kilka wydajnych, szybkich silników z mechanicznym wtryskiem paliwa do cylindra i zapłonem samoczynnym, których moc w 1911 roku wynosiła już 25 KM. Paliwo było wtryskiwane do komory wstępnej wykonanej z żeliwa z wkładką miedzianą, co pozwoliło na uzyskanie wysokiej temperatury powierzchni komory wstępnej i niezawodnego samozapłonu. Był to pierwszy na świecie bezsprężarkowy silnik wysokoprężny.W 1906 r. Profesor Moskiewskiej Wyższej Szkoły Technicznej V.I. Grinevetskiy zaproponował projekt silnika podwójnego sprężania i rozprężania - prototyp silnika kombinowanego. Opracował również metodę obliczeń termicznych procesów roboczych, którą później opracował N.R. Briling i E.K. Masowanie i nie straciło dziś na znaczeniu. Jak widać, eksperci w przedrewolucyjnej Rosji bez wątpienia dokonali poważnych niezależnych zmian w dziedzinie silników z zapłonem samoczynnym. Pomyślny rozwój budowy silników Diesla w Rosji tłumaczy się tym, że Rosja miała własny olej, a silniki Diesla najlepiej zaspokajały potrzeby małych przedsiębiorstw, dlatego produkcja silników Diesla w Rosji rozpoczęła się prawie jednocześnie z krajami Europy Zachodniej .

W okresie porewolucyjnym również pomyślnie rozwijała się budowa silników domowych. Do 1928 roku w kraju wyprodukowano już ponad 45 typów silników o łącznej mocy ok. 110 tys. kW. Podczas pierwszych planów pięcioletnich opanowano produkcję silników samochodowych i ciągnikowych, silników okrętowych i stacjonarnych o mocy do 1500 kW, stworzono samolotowy diesel, czołgowy silnik wysokoprężny V-2, co w dużej mierze determinowało wysokie charakterystyka taktyczna i techniczna pojazdów opancerzonych kraju. Znaczący wkład w rozwój krajowej budowy silników wnieśli wybitni radzieccy naukowcy: N.R. Briling, E.K. Masing, V.T. Cwietkow, A.S. Orlin, Wirginia Vansheidt, Nowy Meksyk Głagolew, M.G. Krugłow i inni.

Spośród osiągnięć w dziedzinie silników cieplnych ostatnich dziesięcioleci XX wieku należy zwrócić uwagę na trzy ważne: stworzenie przez niemieckiego inżyniera Felixa Wankla wydajnej konstrukcji silnika z tłokiem obrotowym, połączonego silnika z wysokim doładowaniem, oraz konstrukcja zewnętrznego silnika spalinowego, która jest konkurencyjna w stosunku do wysokoobrotowego silnika wysokoprężnego. Pojawienie się silnika Wankla zostało przyjęte z entuzjazmem. RPD, charakteryzujące się niskim ciężarem właściwym i wymiarami, wysoką niezawodnością, szybko stały się powszechne, głównie w lekkich pojazdach, w lotnictwie, na statkach i instalacjach stacjonarnych. Licencję na produkcję silnika F. Wankla nabyło ponad 20 firm, m.in. General Motors, Ford. Do 2000 roku wyprodukowano ponad dwa miliony pojazdów RPD.

W ostatnich latach trwa proces ulepszania i poprawiania osiągów silników benzynowych i wysokoprężnych. Rozwój silników benzynowych idzie w kierunku poprawy ich właściwości środowiskowych, wskaźników sprawności i mocy poprzez szersze zastosowanie i udoskonalenie układu wtrysku benzyny do cylindrów; zastosowanie elektronicznych systemów sterowania wtryskiem, rozwarstwienie wsadu w komorze spalania z wyczerpywaniem się mieszanki przy częściowych obciążeniach; zwiększenie energii iskry elektrycznej podczas zapłonu itp. W efekcie sprawność cyklu pracy silników benzynowych zbliża się do sprawności silników Diesla.

W celu podwyższenia wskaźników techniczno-ekonomicznych silników wysokoprężnych stosuje się podwyższenie ciśnienia wtrysku paliwa, stosuje się sterowane wtryskiwacze, wymuszając według średniego ciśnienia efektywnego poprzez doładowanie i chłodzenie powietrza doładowującego, stosuje się środki zmniejszające toksyczność spalin gazy.

Tak więc ciągłe doskonalenie silników spalinowych zapewniło im dominującą pozycję i dopiero w lotnictwie silnik spalinowy ustąpił miejsca silnikowi turbogazowemu. Dla innych sektorów gospodarki narodowej nie zaproponowano jeszcze alternatywnych elektrowni małej mocy, tak wszechstronnych i ekonomicznych jak silnik spalinowy. Dlatego w dłuższej perspektywie silnik spalinowy jest uważany za główny typ elektrowni o średniej i małej mocy dla transportu i innych sektorów gospodarki narodowej.

Wniosek

silnik spalinowy

Lista wykorzystanych źródeł

1.Dyachenko V.G. Teoria silników spalinowych / V.G. Dyachenko. - Charków: ChNADU, 2009 .-- 500 pkt.

.Dyatchin N.I. Historia rozwoju technologii: Podręcznik / N.I. Dyatchin. - Rostów n / a .: Phoenix, 2001 .-- 320 s.

.Raikov I. Ja. Silniki spalinowe / I.Ya. Raikov, G.N. Rytwiński. - M .: Szkoła Wyższa, 1971 r. - 431 s.

.Sharoglazov BA Silniki spalinowe: teoria, modelowanie i obliczanie procesów: Podręcznik / B.A. Szaroglazow, MF Farafontow, W.W. Klementiew. - Czelabińsk: wyd. SUSU, 2004 .-- 344 s.

Podanie

Aneks 1

Schemat silnika dwusuwowego

Schemat silnika czterosuwowego

Załącznik 2

Silnik Lenoir (przekrój)

Dodatek 3

Silnik Otto

Opracowanie pierwszego silnika spalinowego trwało prawie dwa stulecia, zanim kierowcy mogli nauczyć się prototypów nowoczesnych silników. Wszystko zaczęło się od gazu, nie benzyny. Wśród osób, które założyły rękę w historii stworzenia są Otto, Benz, Maybach, Ford i inni. Ale najnowsze odkrycia naukowe wywróciły cały świat samochodowy do góry nogami, ponieważ ojciec pierwszego prototypu był uważany za zupełnie inną osobę.

Tutaj też Leonardo położył rękę

Do 2016 roku François Isaac de Rivaz był uważany za twórcę pierwszego silnika spalinowego. Ale historyczne odkrycie dokonane przez angielskich naukowców wywróciło cały świat do góry nogami. Podczas wykopalisk w pobliżu jednego z francuskich klasztorów odnaleziono rysunki należące do Leonarda da Vinci. Wśród nich był rysunek silnika spalinowego.

Oczywiście, jeśli spojrzysz na pierwsze silniki, które zostały stworzone przez Otto i Daimlera, można znaleźć podobieństwa konstrukcyjne, ale nie ma ich już z nowoczesnymi jednostkami napędowymi.

Legendarny da Vinci wyprzedził swoje czasy o prawie 500 lat, ale ponieważ ograniczały go technologie swoich czasów, a także możliwości finansowe, nie mógł zaprojektować silnika.

Po szczegółowym zbadaniu rysunku współcześni historycy, inżynierowie i projektanci samochodów o światowej renomie doszli do wniosku, że ta jednostka napędowa może działać dość wydajnie. Tak więc firma Ford rozpoczęła opracowywanie prototypu silnika spalinowego, opartego na rysunkach da Vinci. Ale eksperyment był tylko w połowie udany. Silnik nie uruchomił się.

Ale niektóre nowoczesne ulepszenia umożliwiły jednak ożywienie jednostki napędowej. Pozostał eksperymentalnym prototypem, ale to, czego Ford nauczył się sam, 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

Zgodnie z faktami historycznymi, w XVII wieku holenderski naukowiec i fizyk Christian Hagens opracował pierwszy teoretyczny silnik spalinowy na bazie proszków. Ale, podobnie jak Leonardo, był spętany technologiami swoich czasów i nie mógł spełnić swojego marzenia.

Francja. 19 wiek. Rozpoczyna się era masowej mechanizacji i industrializacji. W tej chwili po prostu można stworzyć coś niesamowitego. Pierwszym, któremu udało się złożyć silnik spalinowy, był Francuz Nicephorus Niepce, którego nazwał Pireolofor. Współpracował ze swoim bratem Claudem i wspólnie, przed powstaniem ICE, zaprezentowali kilka mechanizmów, które nie znalazły swoich klientów.

W 1806 roku we Francuskiej Akademii Narodowej odbyła się prezentacja pierwszego silnika. Pracował na pyle węglowym i miał szereg wad konstrukcyjnych. Pomimo wszystkich niedociągnięć silnik otrzymał pozytywne recenzje i rekomendacje. W efekcie bracia Niepce otrzymali pomoc finansową i inwestora.

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

Tak więc ich wysiłki zostały uwieńczone sukcesem, a w 1815 Nicefort odnajduje prace chemika Lavoisiera, który pisze, że „oleje lotne”, które są częścią produktów naftowych, mogą eksplodować podczas interakcji z powietrzem.

1817 Claude jedzie do Anglii w celu uzyskania nowego patentu na silnik, gdyż we Francji termin dobiegał końca. Na tym etapie bracia zrywają. Claude zaczyna samodzielnie pracować nad silnikiem, nie powiadamiając o tym brata i żąda od niego pieniędzy.

Postępy Claude'a zostały potwierdzone tylko w teorii. Wynaleziony silnik nie znalazł szerokiej produkcji, więc stał się częścią historii inżynierii Francji, a Niepce został uwieczniony jako pomnik.

Syn słynnego fizyka i wynalazcy Sadi Carnota opublikował traktat, który uczynił go legendą w branży motoryzacyjnej i rozsławił go na całym świecie. Praca liczyła 200 egzemplarzy i nosiła tytuł „Refleksje nad siłą napędową ognia i maszynami zdolnymi do rozwijania tej siły” opublikowaną w 1824 roku. Od tego momentu zaczyna się historia termodynamiki.

1858 Belgijski naukowiec i inżynier Jean Joseph Etienne Lenoir montuje silnik dwusuwowy. Charakterystycznymi elementami były to, że posiadał gaźnik i pierwszy układ zapłonowy. Paliwem był gaz węglowy. Ale pierwszy prototyp działał tylko przez kilka sekund, a potem był na stałe niesprawny.

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

Wszystkie te wydarzenia zapoczątkowały erę przemysłu motoryzacyjnego. Nadal rozwijano pierwsze silniki spalinowe, a ich twórcy uwiecznili ich nazwiska w historii. Wśród nich byli austriacki inżynier Siegfried Markus, George Brighton i inni.

Legendarni Niemcy przejmują ster

W 1876 r. pałeczkę zaczęli przejmować niemieccy deweloperzy, których nazwiska grzmią do dziś. Jako pierwszy zauważono Nicholasa Otto i jego legendarny „cykl Otto”. Jako pierwszy zaprojektował i zbudował prototyp 4-cylindrowego silnika. Następnie, już w 1877 roku, opatentował nowy silnik, który stanowi podstawę najnowocześniejszych silników i samolotów z początku XX wieku.

Kolejne nazwisko w historii motoryzacji, które wiele osób zna do dziś, to Gottlieb Daimler. Wraz ze swoim przyjacielem i bratem inżynierem Wilhelmem Maybachem opracowali silnik gazowy.

Punktem zwrotnym był rok 1886, ponieważ to Daimler i Maybach stworzyli pierwszy samochód z silnikiem spalinowym. Jednostka napędowa została nazwana „Reitwagen”. Silnik ten był wcześniej montowany w pojazdach dwukołowych. Maybach opracował pierwszy gaźnik odrzutowy, który również działał przez długi czas.

Wielcy inżynierowie musieli połączyć siły i umysły, aby stworzyć sprawny silnik spalinowy. Tak więc grupa naukowców, w skład której wchodzili Daimler, Maybach i Otto, zaczęła montować silniki po dwie sztuki dziennie, co w tamtych czasach było wielką prędkością. Ale, jak zawsze, stanowiska naukowców w ulepszaniu jednostek napędowych rozeszły się i Daimler opuścił zespół, by założyć własną firmę. W wyniku tych wydarzeń Maybach podąża za swoim przyjacielem.

1889 Daimler zakłada pierwszego producenta samochodów, Daimler Motoren Gesellschaft. W 1901 roku Maybach montuje pierwszego Mercedesa, który położył podwaliny pod legendarną niemiecką markę.

Innym równie legendarnym niemieckim wynalazcą jest Karl Benz. Świat zobaczył swój pierwszy prototyp silnika w 1886 roku. Ale przed stworzeniem swojego pierwszego silnika udało mu się założyć firmę „Benz & Company”. Dalsza historia jest po prostu niesamowita. Będąc pod wrażeniem osiągnięć 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, a 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. Jego pomysł podchwycili Maybach i Benz, a już w 1902 roku zaczęto produkować silniki V do samolotów, a później do samochodów.

Ojciec założyciel przemysłu samochodowego

Ale cokolwiek by powiedzieć, największy wkład w rozwój motoryzacji i rozwój silników samochodowych miał amerykański konstruktor, inżynier i po prostu legenda – Henry Ford. Jego hasło: „Samochód dla każdego” znalazł uznanie wśród zwykłych ludzi, co ich przyciągnęło. Po założeniu firmy Ford w 1903 roku nie tylko zajął się opracowywaniem nowej generacji silników do swojego Forda A, ale także powierzył nowe miejsca pracy zwykłym inżynierom i ludziom.

W 1903 Selden wypowiedział się przeciwko Fordowi, twierdząc, że był pierwszym, który zastosował jego konstrukcję silnika. Proces trwał 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 własny typ i konstrukcję silnika.

W 1917 roku, kiedy Stany Zjednoczone przystąpiły do ​​I wojny światowej, Ford zaczął opracowywać pierwszy silnik do ciężkich samochodów ciężarowych o zwiększonej mocy. Tak więc pod koniec 1917 r. Henry wprowadził pierwszy 4-suwowy 8-cylindrowy silnik benzynowy Ford M, który zaczęto montować w ciężarówkach, a później podczas II wojny światowej w niektórych samolotach transportowych.

Gdy inni producenci samochodów przeżywali trudności, firma Henry'ego Forda kwitła i miała możliwość opracowywania nowych opcji silników, które znalazły zastosowanie w szerokiej gamie pojazdów Forda.

Wyjście

W rzeczywistości pierwszy silnik spalinowy został wynaleziony przez Leonarda da Vinci, ale to było tylko w teorii, ponieważ był spętany ówczesną technologią. Ale pierwszy prototyp postawił na nogi Holender Christian Hagens. Potem nastąpiły wydarzenia francuskich braci Niepce.

Niemniej jednak silniki spalinowe zyskały masową popularność i rozwój wraz z rozwojem tak wielkich niemieckich inżynierów, jak Otto, Daimler i Maybach. Osobno warto zwrócić uwagę na zasługi w rozwoju silników ojca założyciela przemysłu samochodowego - Henry'ego Forda.

Silnik gazowy spalanie wewnętrzne mocno wkroczyło w nasze życie i pozostanie w nim na czas nieokreślony. Rozwój technologii paliw alternatywnych sugeruje, że w przyszłości silnik benzynowy ostatecznie stanie się tylko historią, ale jego potencjał, zdaniem ekspertów, jest wyczerpany tylko w 75 procentach, co umożliwia obecnie nazywanie benzyny ICE jednym z głównych rodzaje silników w Rosji. na świecie.

Wynalezienie silnika benzynowego, podobnie jak wielu innych nowoczesnych rzeczy, bez których istnienie dzisiaj jest nie do pomyślenia, było ogólnie spowodowane wypadkiem, kiedy w 1799 r. Francuz F. Le Bon odkrył świetlisty gaz - mieszaninę wodoru, węgla tlenek, metan i kilka innych gazów palnych. Jak sama nazwa wskazuje, do opraw oświetleniowych, które zastępowały wówczas świece, używano gazu luminescencyjnego, ale wkrótce Le Bon znalazł dla niego inne zastosowania. Badając właściwości znalezionego gazu, inżynier zauważył, że jego mieszanina z powietrzem eksploduje, uwalniając dużą ilość energii, którą można wykorzystać w interesie człowieka. W 1801 roku Le Bon opatentował pierwszy silnik gazowy, składający się z dwóch sprężarek i komory spalania. Zasadniczo silnik gazowy Le Bona stał się prymitywnym prototypem nowoczesnego silnika spalinowego.

Należy zauważyć, że próby oddania energii cieplnej wybuchu w służbie ludzkości podjęto na długo przed narodzinami Le Bon. W XVII wieku holenderski naukowiec Christian Huygens używał prochu strzelniczego do napędzania pomp wodnych dostarczających wodę do ogrodów Pałacu Wersalskiego, a włoski fizyk Alessandro Volta pod koniec lat 80. XIX wieku wynalazł „pistolet elektryczny”, w którym iskra elektryczna zapalił mieszaninę wodoru i powietrza, wystrzeliwując kawałek korka z lufy.

W 1804 roku Le Bon zmarł tragicznie, a rozwój technologii spalania wewnętrznego zatrzymał się na chwilę, dopóki Belg Jean Etienne Lenoir nie odkrył, jak wykorzystać zasadę elektrycznego zapłonu do zapłonu silnika gazowego. Po kilku nieudanych próbach Lenoirowi udało się stworzyć działający silnik spalinowy, który opatentował w 1859 roku. Niestety Lenoir okazał się bardziej biznesmenem niż wynalazcą. Po wypuszczeniu kilkuset swoich silników zarobił całkiem przyzwoitą kwotę i zaprzestał dalszego ulepszania swojego wynalazku. Jednak silnik Lenoira, używany do napędu lokomotyw, załóg drogowych, statków i stacjonarnych, jest uważany za pierwszy w historii działający silnik spalinowy.

W 1864 r. niemiecki inżynier August Otto otrzymał patent na własny model silnika gazowego, którego sprawność sięgała 15 proc., czyli był nie tylko wydajniejszy od silnika Lenoira, ale także wydajniejszy od jakiejkolwiek jednostki parowej które istniały w tym czasie. Wraz z przemysłowcem Langenem Otto stworzył firmę „Otto and Company”, której plany obejmowały produkcję nowych silników, których wyprodukowano około 5000 egzemplarzy. W 1877 roku Otto opatentował czterosuwowy silnik spalinowy, jednak, jak się okazało, czterosuwowy cykl został wynaleziony kilka lat wcześniej przez Francuza Beau de Roche. Walka prawna pomiędzy tymi inżynierami zakończyła się dla Otto porażką, w wyniku czego jego monopol na cykl czterosuwowy został cofnięty. Niemniej jednak konstrukcja silnika Otto była pod wieloma względami lepsza od francuskiego odpowiednika, co przesądziło o jego sukcesie - do 1897 r. wyprodukowano już 42 000 takich silników o różnej pojemności.

Gaz oprawowy jako paliwo do silników spalinowych znacznie zawęził zakres ich zastosowania, dlatego inżynierowie z różnych krajów nieustannie poszukiwali nowego, tańszego paliwa. Jednym z pierwszych wynalazców, którzy zastosowali benzynę jako paliwo do silników spalinowych, był amerykański Brighton, który w 1872 r. opracował tak zwany „wyparny” gaźnik. Jednak jego projekt był tak wadliwy, że porzucił swoje próby.

Zaledwie dziesięć lat po wynalezieniu Brightona stworzono sprawny silnik spalinowy napędzany benzyną. Gottlieb Daimler, utalentowany niemiecki inżynier pracujący dla firmy Otto, na początku lat 80. XIX wieku zaproponował szefowi projekt własnego silnika benzynowego, który mógłby być wykorzystywany w transporcie drogowym, ale Otto odrzucił jego przedsięwzięcia. W odpowiedzi Daimler i jego przyjaciel Wilhelm Maybach zrezygnowali z firmy Otto & Company i założyli własną firmę. Pierwszy silnik benzynowy Daimler-Maybach pojawił się w 1883 roku i miał być instalowany na stałe. Zapłon w cylindrze pochodził z wydrążonej, rozgrzanej do czerwoności rury, ale generalnie konstrukcja silnika pozostawiała wiele do życzenia właśnie ze względu na niezadowalający zapłon, a także proces parowania benzyny.

Na tym etapie wymagany był prostszy i bardziej niezawodny system odparowywania benzyny, który został wynaleziony w 1893 roku przez węgierskiego projektanta Donata Bankiego. Wynalazł gaźnik, który stał się prototypem znanych dzisiaj układów gaźnikowych. Banki zaproponowały rewolucyjny na tamte czasy pomysł - nie odparowywania benzyny - ale równomiernego rozpylenia jej na cylindrze. Strumień powietrza zasysał benzynę przez dyszę dozującą wykonaną w formie rurki z otworami. Przepływ utrzymywany był za pomocą niewielkiego zbiornika z pływakiem zapewniającym stałą proporcjonalną mieszankę powietrza i benzyny.

Od tego momentu w historii rozwijał się rozwój silnika spalinowego. Pierwsze silniki gaźnikowe miały tylko jeden cylinder. Wzrost mocy osiągnięto poprzez zwiększenie objętości cylindra, jednak pod koniec stulecia zaczęły pojawiać się silniki dwucylindrowe, a na początku XX wieku popularność zaczęły zdobywać silniki czterocylindrowe.

Otrzymał patent na zastosowanie i sposób otrzymywania gazu oświetleniowego przez suchą destylację drewna lub węgla. Odkrycie to miało ogromne znaczenie, przede wszystkim dla rozwoju techniki oświetleniowej. Bardzo szybko we Francji, a następnie w innych krajach europejskich, lampy gazowe zaczęły z powodzeniem konkurować z drogimi świecami. Gaz świetlny nadawał się jednak nie tylko do oświetlenia.

Patent na konstrukcję silnika gazowego

Lenoir nie odniósł natychmiastowego sukcesu. Po tym, jak udało się zrobić wszystkie części i zmontować samochód, działało całkiem sporo i zatrzymywało się, ponieważ z powodu nagrzewania tłok rozszerzył się i zaciął w cylindrze. Lenoir ulepszył swój silnik, zastanawiając się nad systemem chłodzenia wodą. Jednak druga próba startu również nie powiodła się z powodu słabego skoku tłoka. Lenoir uzupełnił swój projekt o system smarowania. Dopiero wtedy silnik zaczął pracować.

August Otto

Szukaj nowego paliwa

Dlatego poszukiwania nowego paliwa do silnika spalinowego nie ustały. Niektórzy wynalazcy próbowali używać oparów płynnego paliwa jako gazu. W 1872 roku amerykański Brighton próbował wykorzystać w tym celu naftę. Jednak nafta słabo odparowała, a Brighton przestawił się na lżejszy produkt naftowy - benzynę. Aby jednak silnik na paliwo płynne mógł z powodzeniem konkurować z silnikiem gazowym, konieczne było stworzenie specjalnego urządzenia do odparowywania benzyny i wytwarzania jej palnej mieszanki z powietrzem.

Brighton w tym samym roku 1872 wynalazł jeden z pierwszych tak zwanych „wyparnych” gaźników, ale działał on niezadowalająco.

Silnik gazowy

Działający silnik benzynowy pojawił się dopiero dziesięć lat później. Jej wynalazcą był niemiecki inżynier Gottlieb Daimler. Przez wiele lat pracował w firmie Otto i był członkiem jej zarządu. Na początku lat 80. zaproponował swojemu szefowi projekt kompaktowego silnika benzynowego, który mógłby znaleźć zastosowanie w transporcie. Otto chłodno zareagował na propozycję Daimlera. Następnie Daimler wraz ze swoim przyjacielem Wilhelmem Maybachem podjął odważną decyzję - w 1882 roku opuścili firmę Otto, nabyli mały warsztat pod Stuttgartem i rozpoczęli pracę nad swoim projektem.

Problem, przed którym stanęli Daimler i Maybach, nie był łatwy: postanowili stworzyć silnik, który nie będzie wymagał generatora gazu, będzie bardzo lekki i kompaktowy, ale wystarczająco mocny, aby napędzać załogę. Daimler miał nadzieję na zwiększenie mocy poprzez zwiększenie prędkości wału, ale w tym celu konieczne było zapewnienie wymaganej częstotliwości zapłonu mieszanki. W 1883 roku powstał pierwszy silnik benzynowy z zapłonem z rozgrzanej do czerwoności pustej rury otwartej w cylinder.

Pierwszy model silnika benzynowego przeznaczony był do stacjonarnej instalacji przemysłowej.

Proces odparowania paliw płynnych w pierwszych silnikach benzynowych pozostawiał wiele do życzenia. Dlatego wynalazek gaźnika dokonał prawdziwej rewolucji w budowie silników. Za jej twórcę uważa się węgierskiego inżyniera Donata Bankiego. W 1893 opatentował gaźnik odrzutowy, który był prototypem wszystkich nowoczesnych gaźników. W przeciwieństwie do swoich poprzedników, Banks proponował nie odparowywanie benzyny, ale rozpylenie jej w powietrzu. Zapewniło to jego równomierny rozkład na cylindrze, a samo parowanie odbywało się już w cylindrze pod działaniem ciepła sprężania. Aby zapewnić rozpylenie, benzyna była zasysana strumieniem powietrza przez dyszę dozującą, a konsystencję składu mieszaniny osiągnięto utrzymując stały poziom benzyny w gaźniku. Strumień został wykonany w postaci jednego lub kilku otworów w rurze umieszczonej prostopadle do przepływu powietrza. Aby utrzymać ciśnienie, przewidziano mały zbiornik z pływakiem, który utrzymywał poziom na danej wysokości, tak aby ilość zassanej benzyny była proporcjonalna do ilości napływającego powietrza.

Pierwsze silniki spalinowe były jednocylindrowe, a w celu zwiększenia mocy silnika zwykle zwiększano objętość cylindra. Potem zaczęli to osiągać, zwiększając liczbę cylindrów.

Pod koniec XIX wieku pojawiły się silniki dwucylindrowe, a od początku wieku zaczęły się rozprzestrzeniać silniki czterocylindrowe.

Zobacz też

Spinki do mankietów

Fundacja Wikimedia. 2010.

Zobacz, czym jest „Historia powstania silników spalinowych” w innych słownikach:

Schemat: Dwusuwowy silnik spalinowy z tłumikiem... Wikipedia

Silnik Deltic w National Railroad Museum, York, Wielka Brytania Napier Deltic to brytyjski nadciągający silnik ... Wikipedia

Rysunek wózka parowego Kyunho (Jonathan Holguinisburg) (1769) Historia samochodu rozpoczęła się w 1768 roku od stworzenia maszyn parowych zdolnych do transportu ludzi ... Wikipedia

Sprawdź informacje. Konieczna jest weryfikacja prawdziwości faktów oraz prawdziwości informacji przedstawionych w tym artykule. Powinny być wyjaśnienia na stronie dyskusji ... Wikipedia

Spis treści 1 Wynalezienie motocykla 2 Motocykl w XX wieku i na początku XXI wieku ... Wikipedia

Wystrzelenie statku kosmicznego Apollo 11 z Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego na Księżyc w 1969 roku. Historia technologiczna i przemysłowa Stanów Zjednoczonych opisuje powstanie najpotężniejszego i technolog... Wikipedia

z obsesja

Wstęp ………………………………………………………………………… .2

1. Historia powstania ……………………………………………….… ..3

2. Historia motoryzacji w Rosji ………………………… 7

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

3.1 Klasyfikacja silników spalinowych ………………………………………… .8

3.2 Podstawy urządzenia tłokowych silników spalinowych ……………………… 9

3.3 Zasada działania ………………………………………………… ..10

3.4 Zasada działania czterosuwowego silnika gaźnikowego ……………………………………………………………… 10

3.5 Zasada działania czterosuwowego silnika wysokoprężnego …………… 11

3.6 Zasada działania silnika dwusuwowego …………… .12

3.7 Cykl pracy czterosuwowych silników gaźnikowych i wysokoprężnych …………………………………………………………..13

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

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

Wniosek …………………………………………………………… ..16

Wstęp.

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

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

Wraz z rozwojem produkcji zaczynają się kształtować warunki do powstania i rozwoju maszyn. Początkowo maszyny, podobnie jak narzędzia pracy, tylko pomagały człowiekowi w jego pracy. Potem zaczęli go stopniowo zastępować.

W feudalnym okresie historii po raz pierwszy jako źródło energii wykorzystano siłę przepływu wody. Ruch wody obracał koło wodne, które z kolei wprawiało w ruch różne mechanizmy. W tym okresie pojawiła się szeroka gama maszyn technologicznych. Jednak powszechne stosowanie tych maszyn było często spowalniane przez brak przepływu wody w pobliżu. Trzeba było szukać nowych źródeł energii do napędzania maszyn w dowolnym miejscu na powierzchni Ziemi. Próbowaliśmy energetyki wiatrowej, ale okazała się nieskuteczna.

Zaczęli szukać innego źródła energii. Wynalazcy długo pracowali, testowali wiele maszyn - a teraz w końcu zbudowano nowy silnik. To był silnik parowy. Uruchomił wiele maszyn i obrabiarek w fabrykach i zakładach.Na początku XIX wieku wynaleziono pierwsze lądowe pojazdy parowe - parowozy.

Ale silniki parowe były skomplikowanymi, nieporęcznymi i kosztownymi instalacjami. Szybko rozwijający się transport mechaniczny potrzebował innego silnika - małego i taniego. W 1860 roku Francuz Lenoir, korzystając z elementów konstrukcyjnych silnika parowego, paliwa gazowego i iskry elektrycznej do zapłonu, zaprojektował pierwszy praktyczny silnik spalinowy.

1. HISTORIA STWORZENIA

Używanie energii wewnętrznej oznacza wykonywanie użytecznej pracy kosztem jej, czyli przekształcanie energii wewnętrznej w mechaniczną. W najprostszym eksperymencie, który polega na tym, że do probówki wlewa się trochę wody i doprowadza do wrzenia (a probówkę wstępnie zamyka się korkiem), korek pod ciśnieniem wytworzonej pary unosi się i wyskakuje.

Innymi słowy, energia paliwa jest zamieniana na energię wewnętrzną pary, a para, rozszerzając się, działa, wybijając korek. Tak więc energia wewnętrzna pary jest zamieniana na energię kinetyczną świecy.

Jeśli zamienisz probówkę na mocny metalowy cylinder, a zatyczkę na tłok, który ciasno przylega do ścian cylindra i może się po nich swobodnie poruszać, otrzymujesz prosty silnik cieplny.

Silniki cieplne to maszyny, w których energia wewnętrzna paliwa zamieniana jest na energię mechaniczną.

Historia silników cieplnych sięga odległej przeszłości, jak mówią, ponad dwa tysiące lat temu, w III wieku pne, wielki grecki mechanik i matematyk Archimedes zbudował działo, które strzelało parą. Rysunek armaty Archimedesa i jego opis odnaleziono 18 wieków później w rękopisach wielkiego włoskiego naukowca, inżyniera i artysty Leonarda da Vinci.

Jak wystrzeliła ta armata? Jeden koniec beczki był bardzo gorący nad ogniem. Następnie do rozgrzanej części beczki wlewano wodę. Woda natychmiast wyparowała i zamieniła się w parę. Para, rozszerzając się, wyrzuciła rdzeń z siłą i grzmotem. Ciekawe dla nas tutaj jest to, że lufa armaty była cylindrem, po którym rdzeń ślizgał się jak tłok.

Około trzy wieki później w Aleksandrii, kulturalnym i bogatym mieście na afrykańskim wybrzeżu Morza Śródziemnego, żył i pracował wybitny naukowiec Czapla, którą historycy nazywają Czaplą Aleksandryjską. Geron pozostawił nam kilka prac, które sprowadziły się do nas, w których opisał różne znane wówczas maszyny, urządzenia, mechanizmy.

W pismach Czapli znajduje się opis ciekawego urządzenia, które obecnie nazywa się kulą Czapli. Jest to wydrążona żelazna kula zamocowana w taki sposób, że może obracać się wokół osi poziomej. Z zamkniętego kotła z wrzącą wodą para przez rurkę wchodzi do kuli, z kuli pęka przez zakrzywione rurki, podczas gdy kula zaczyna się obracać. Energia wewnętrzna pary zamieniana jest na energię mechaniczną obrotu kuli. Piłka Gerona to prototyp nowoczesnych silników odrzutowych.

W tym czasie wynalazek Herona nie znalazł zastosowania i pozostał tylko zabawą. Minęło piętnaście stuleci. W czasach nowego rozkwitu 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. W cylindrze pod tłokiem znajduje się woda, a sam cylinder jest podgrzewany. Leonardo da Vinci zakładał, że para powstająca w wyniku podgrzewania wody, rozszerzając się i zwiększając objętość, będzie szukać wyjścia i pchać tłok do góry. Podczas ruchu w górę tłok mógł wykonywać pożyteczną pracę.

Giovanni Branca, żyjący przez stulecie wielkiego Leonarda, miał nieco inny pomysł na silnik wykorzystujący energię pary. To było koło z
ostrza, w drugim strumień pary uderzył z siłą, dzięki czemu koło zaczęło się obracać. Była to w zasadzie pierwsza turbina parowa.

W XVII-XVIII wieku Anglicy Thomas Severi (1650-1715) i Thomas Newcomen (1663-1729), Francuz Denis Papen (1647-1714), rosyjski naukowiec Iwan Iwanowicz Polzunow (1728-1766) i inni Drogie pracował nad wynalezieniem turbiny parowej.

Papen zbudował cylinder, w którym tłok poruszał się swobodnie w górę iw dół. Tłok był połączony kablem, przerzuconym przez blok, z obciążeniem, które po tłoku również podnosiło się i opadało. Według Papena tłok można by połączyć z dowolną maszyną, na przykład pompą wodną, ​​która pompowałaby wodę. Do dolnej półleżącej części cylindra wlano ospę, którą następnie podpalono. Powstałe gazy, próbując się rozszerzyć, popchnęły tłok w górę. Następnie woda diodowa została wylana na cylinder i tłok z zewnątrz. Gazy w cylindrze zostały schłodzone, a ich ciśnienie na tłoku spadło. Tłok pod wpływem własnego ciężaru i zewnętrznego ciśnienia atmosferycznego opuszczał się podczas podnoszenia ładunku. Silnik wykonywał pożyteczną pracę. Z praktycznego punktu widzenia był bezużyteczny: cykl technologiczny jego pracy był zbyt skomplikowany (napełnianie i zapalanie prochu, polewanie go wodą i to podczas całej pracy silnika!). Ponadto korzystanie z takiego silnika nie było bezpieczne.

Nie można jednak nie zauważyć w pierwszym Pahlenie cech nowoczesnego silnika spalinowego.

W swoim nowym silniku Papen zamiast prochu używał wody. Został wlany do cylindra pod tłokiem, a sam cylinder był podgrzewany od dołu. Powstała para uniosła tłok. Następnie cylinder został schłodzony, a para w nim skondensowana - ponownie zamieniła się w wodę. Tłok, podobnie jak w przypadku silnika proszkowego, opadł pod wpływem ciężaru i ciśnienia atmosferycznego. Silnik ten działał lepiej niż silnik prochowy, ale był też mało przydatny w poważnych praktycznych zastosowaniach: trzeba było doprowadzać i usuwać ogień, dostarczać schłodzoną wodę, czekać na kondensację pary, odcinać wodę itp.

Wszystkie te wady wynikały z faktu, że przygotowanie pary niezbędnej do pracy silnika odbywało się w samym cylindrze. A co, jeśli do cylindra wpuści się gotową parę, uzyskaną np. w osobnym kotle? Wtedy wystarczyłoby naprzemiennie wpuścić parę, a następnie do cylindra schłodzoną wodę, a silnik pracowałby na wyższych obrotach i mniejszym zużyciu paliwa.

Domyślił się tego współczesny Denisowi Palenowi Anglik Thomas Severi, który zbudował pompę parową do pompowania wody z kopalni. W jego maszynie para była przygotowywana na zewnątrz cylindra - w kotle.

Za Severim angielski kowal Thomas Newcomen zaprojektował silnik parowy (przystosowany również do wypompowywania wody z kopalni). Umiejętnie wykorzystał wiele z tego, co wymyślono przed nim. Newcomen wziął cylinder z tłokiem Papen, ale otrzymał parę, aby podnieść tłok, tak jak Severi, w oddzielnym kotle.

Maszyna Newcomen, podobnie jak wszystkie jej poprzedniczki, pracowała z przerwami – pomiędzy dwoma ruchami roboczymi tłoka była przerwa. Był tak wysoki jak czteropięciopiętrowy budynek, a zatem wyjątkowo<прожорлива>: pięćdziesiąt koni ledwo zdążyło dostarczyć jej paliwo. Personel obsługi składał się z dwóch osób: strażak ciągle wrzucał węgiel do<ненасытную пасть>piece, a mechanik operował kranami, które wpuszczały do ​​cylindra parę i zimną wodę.

Minęło kolejne 50 lat, zanim zbudowano uniwersalną maszynę parową. Stało się to w Rosji, na jednym z jej odległych przedmieść - Ałtaju, gdzie pracował wówczas genialny rosyjski wynalazca, syn żołnierza Iwan Polzunow.

Połzunow zbudował swoją<огнедействующую машину>w jednej z fabryk Barnauł. Wynalazek ten był dziełem jego życia i można powiedzieć, że kosztował go życie.W kwietniu 1763 Połzunow kończy obliczenia i przedstawia projekt do rozpatrzenia. W przeciwieństwie do pomp parowych Severi i Newcomen, o których Polzunov wiedział i których niedociągnięcia dobrze rozumiał, był to projekt uniwersalnej maszyny o działaniu ciągłym. Maszyna została zaprojektowana do wdmuchiwania mieszków do pieców hutniczych. Jego główną cechą było ciągłe kołysanie się wału roboczego, bez przerw na biegu jałowym. Udało się to osiągnąć dzięki temu, że Połzunow dostarczył zamiast jednego Cylindra, jak miało to miejsce w maszynie Newcomena, dwa pracujące naprzemiennie. Podczas gdy w jednym cylindrze tłok unosił się pod działaniem pary, w drugim para skraplała się, a tłok opadał. Oba tłoki były połączone jednym wałem roboczym, który obracały się na przemian w jednym lub drugim kierunku. Skok roboczy maszyny był realizowany nie pod wpływem ciśnienia atmosferycznego, jak w Newcomen, ale z powodu pracy pary w cylindrach.

Wiosną 1766 roku uczniowie Polzunowa, tydzień po jego śmierci (zmarł w wieku 38 lat), przetestowali samochód. Pracowała 43 dni i wprawiła w ruch miechy trzech pieców do wytapiania. Wtedy kocioł zaczął przeciekać; skóra pokrywająca tłoki (w celu zmniejszenia szczeliny między ścianą cylindra a tłokiem) była zużyta, a samochód zatrzymał się na zawsze. Nikt inny tego nie zrobił.

Twórcą kolejnego uniwersalnego silnika parowego, który stał się powszechny, był angielski mechanik James Watt (1736-1819). Pracując nad ulepszeniem maszyny Newcomena, w 1784 zbudował silnik, który nadawał się do wszelkich potrzeb. Wynalazek Watta został przyjęty z hukiem. W najbardziej rozwiniętych krajach Europy praca fizyczna w fabrykach i zakładach jest coraz częściej zastępowana pracą maszyn. Uniwersalny silnik stał się niezbędny do produkcji i został stworzony.

Silnik Watta wykorzystuje tak zwany mechanizm korbowy, który zamienia ruch posuwisto-zwrotny tłoka na
ruch obrotowy koła.

Później został wynaleziony<двойное действие>maszyny: kierując parę na przemian pod tłok, a następnie na tłok, Watt zamienił oba suwy (w górę iw dół) w działające. Samochód stał się mocniejszy. Para w górnej i dolnej części cylindra kierowana była specjalnym mechanizmem rozprowadzania pary, który później został ulepszony i nazwany<золотником>.

Wtedy Watt doszedł do wniosku, że wcale nie jest konieczne dostarczanie pary do cylindra przez cały czas ruchu tłoka. Wystarczy wpuścić pewną porcję pary do cylindra i nadać ruch tłokowi, a wtedy para ta zacznie się rozszerzać i przesunąć tłok do skrajnego położenia. Dzięki temu samochód był bardziej ekonomiczny: potrzeba mniej pary, zużywano mniej paliwa.

Obecnie jednym z najpopularniejszych silników cieplnych jest silnik spalinowy (ICE). Montowany jest na samochodach, statkach, traktorach, łodziach motorowych itp., na całym świecie są setki milionów takich silników.

Aby ocenić silnik cieplny, ważne jest, aby wiedzieć, ile energii uwalnianej przez paliwo przekształca w użyteczną pracę. Im więcej tej części energii, tym oszczędniejszy silnik.

Aby scharakteryzować efektywność, wprowadzono pojęcie efektywności.

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

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

2. HISTORIA MOTORYZACJI W ROSJI

Transport samochodowy w Rosji obsługuje wszystkie sektory gospodarki narodowej i zajmuje jedno z wiodących miejsc w ujednoliconym systemie transportowym kraju. Udział transportu drogowego stanowi ponad 80% ładunków przewożonych wszystkimi gałęziami transportu kombinowanego 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 krajowej budowy maszyn.

Stworzenie samochodu rozpoczęło się ponad dwieście lat temu (nazwa „samochód” pochodzi od greckiego słowa autos – „self” i łacińskiego mobilis – „mobile”), kiedy zaczęto produkować wózki „samobieżne”. Po raz pierwszy pojawili się w Rosji. W 1752 r. rosyjski mechanik-samouk, chłop L. Szamszurenkow, stworzył „samojeżdżący powóz”, który jak na owe czasy był doskonały, wprawiany w ruch siłą dwóch osób. Później rosyjski wynalazca IP Kulibin stworzył „wózek do skuterów” z napędem na pedały. Wraz z pojawieniem się silnika parowego, tworzenie samobieżnych wozów szybko się rozwinęło. W latach 1869-1870. J. Cugno we Francji, a kilka lat później w Anglii zbudowano wagony parowe. Powszechne wykorzystanie samochodu jako pojazdu zaczyna się wraz z pojawieniem się szybkoobrotowego silnika spalinowego. W 1885 r. G. Daimler (Niemcy) zbudował motocykl z silnikiem benzynowym, a w 1886 r. K. Benz – powóz trójkołowy. Mniej więcej w tym samym czasie w krajach rozwiniętych przemysłowo (Francja, Wielka Brytania, USA) powstają samochody z silnikami spalinowymi.

Pod koniec XIX wieku w wielu krajach pojawił się przemysł motoryzacyjny. W carskiej Rosji wielokrotnie podejmowano próby zorganizowania własnej inżynierii mechanicznej. W 1908 roku zorganizowano produkcję samochodów w Rosyjsko-Bałtyckich Zakładach Przewozowych w Rydze. Przez sześć lat produkowano tu samochody, składane głównie z importowanych części. W sumie zakład wyprodukował 451 samochodów osobowych i niewielką liczbę ciężarówek. W 1913 r. parking w Rosji liczył około 9000 samochodów, z czego większość została wykonana za granicą.

Po Wielkiej Socjalistycznej Rewolucji Październikowej krajowy przemysł samochodowy musiał powstać praktycznie od nowa. Początek rozwoju rosyjskiego przemysłu motoryzacyjnego sięga 1924 roku, kiedy w zakładzie AMO w Moskwie zbudowano pierwsze ciężarówki AMO-F-15.

W latach 1931-1941. powstaje masowa i masowa produkcja samochodów. W 1931 roku zakład AMO rozpoczął masową produkcję samochodów ciężarowych. W 1932 roku uruchomiono zakład GAZ.

W 1940 roku Moskiewska Fabryka Samochodów Małych rozpoczęła produkcję małych samochodów. Nieco później powstała Ural Automobile Plant. W latach powojennych planów pięcioletnich uruchomiono fabryki samochodów w Kutaisi, Krzemieńczugu, Uljanowsku i Mińsku. Od końca lat 60. rozwój motoryzacji charakteryzuje się szczególnie szybkim tempem. W 1971 r. Wołżski Zakład Samochodowy im. V.I. 50. rocznica ZSRR.

Jak wspomniano powyżej, w silniku spalinowym stosuje się rozszerzalność cieplną. Ale jak jest stosowany i jaką funkcję spełnia, rozważymy na przykładzie pracy tłokowego silnika spalinowego. Silnik to maszyna energetyczno-energetyczna, która zamienia każdą energię na pracę mechaniczną. Silniki, w których w wyniku konwersji energii cieplnej powstaje praca mechaniczna, nazywane są silnikami cieplnymi. Energię cieplną uzyskuje się poprzez spalanie dowolnego rodzaju paliwa. Silnik cieplny, w którym część energii chemicznej paliwa spalanego w komorze roboczej jest zamieniana na energię mechaniczną, nazywany jest tłokowym silnikiem spalinowym. (sowiecki słownik encyklopedyczny)

Jak wspomniano powyżej, jako elektrownie samochodowe najbardziej rozpowszechnione są ICE, w których proces spalania paliwa z wydzieleniem ciepła i jego przekształceniem w pracę mechaniczną odbywa się bezpośrednio w cylindrach. Ale w większości nowoczesnych samochodów instalowane są silniki spalinowe, które są klasyfikowane według różnych kryteriów: Metodą tworzenia mieszanki - silniki z zewnętrznym tworzeniem mieszanki, w których palna mieszanka jest przygotowywana na zewnątrz cylindrów (gaźnik i gaz) oraz silniki z wewnętrznym tworzeniem mieszanki (mieszanka robocza powstaje wewnątrz cylindrów) -diesle; Przy okazji realizacji cyklu pracy - czterosuwowy i dwusuwowy; Według liczby cylindrów - jednocylindrowy, dwucylindrowy i wielocylindrowy; Zgodnie z układem cylindrów - silniki z pionowym lub nachylonym układem cylindrów w jednym rzędzie, w kształcie litery V z układem cylindrów pod kątem (przy układzie cylindrów pod kątem 180 silnik nazywa się silnikiem z przeciwległymi cylindrami lub przeciwstawnymi); metodą chłodzenia - dla silników z chłodzeniem cieczą lub powietrzem; Według rodzaju stosowanego paliwa - benzyna, olej napędowy, gaz i paliwo wielopaliwowe; Według stopnia sprężania. W zależności od stopnia kompresji rozróżnia się

silniki o wysokiej (E = 12 ... 18) i niskiej (E = 4 ... 9) kompresji; Metodą napełniania cylindra świeżym ładunkiem: a) silniki wolnossące, w których w wyniku podciśnienia w cylindrze podczas suwu ssania tłoka wtryskiwane jest powietrze lub mieszanina palna;) silniki doładowane, w których powietrze lub palna mieszanka jest wtryskiwana do cylindra roboczego pod ciśnieniem wytworzonym przez sprężarkę w celu zwiększenia doładowania i uzyskania zwiększonej mocy silnika; W zależności od częstotliwości obrotu: niska prędkość, duża prędkość, duża prędkość; Celowo wyróżnia się silniki stacjonarne, ciągnik samochodowy, statek, olej napędowy, lotnictwo itp.

Tłokowe silniki spalinowe 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 zamienia prostoliniowy ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy wału korbowego.

Mechanizm dystrybucji gazu zapewnia terminowe przyjęcie palnej mieszanki do cylindra i usunięcie z niego produktów spalania.

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

Układ smarowania służy do doprowadzania oleju do współpracujących części w celu zmniejszenia siły tarcia i częściowego ich schłodzenia, przy czym obieg oleju prowadzi do wymywania nagarów i usuwania produktów zużycia.

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

Układ zapłonowy przeznaczony jest do zapłonu mieszaniny roboczej w cylindrze silnika.

Tak więc czterosuwowy silnik tłokowy składa się z cylindra i skrzyni korbowej, która jest zamknięta od dołu miską. Wewnątrz cylindra porusza się tłok z pierścieniami dociskowymi (uszczelniającymi), w postaci szkła z dnem w górnej części. Tłok jest połączony za pomocą sworznia tłokowego i korbowodu z wałem korbowym, który obraca się w łożyskach głównych znajdujących się w skrzyni korbowej. Wał korbowy składa się z czopów głównych, policzków i czopów korbowodów. Cylinder, tłok, korbowód i wał korbowy tworzą tak zwany mechanizm korbowy. Od góry cylinder pokryty jest głowicą z zaworami, których otwieranie i zamykanie jest ściśle skoordynowane z obrotem wału korbowego, a w konsekwencji z ruchem tłoka.

Ruch tłoka ograniczony jest do dwóch skrajnych pozycji, w których jego prędkość wynosi zero. Najwyższe położenie tłoka nazywa się górnym martwym punktem (TDC), jego najniższe położenie to dolny martwy punkt (BDC).

Ciągły ruch tłoka przez martwy punkt zapewnia koło zamachowe w postaci tarczy z masywnym obrzeżem. Droga przebyta przez tłok od GMP do BDC nazywana jest skokiem tłoka S, który jest równy dwukrotności promienia R korby: S = 2R.

Przestrzeń nad denkiem tłoka, gdy jest on w GMP, nazywana jest komorą spalania; jego objętość oznaczona jest przez Vc; przestrzeń cylindra między dwoma martwymi punktami (BDC i TDC) nazywana jest jego objętością roboczą i jest oznaczona przez Vh. Suma objętości komory spalania Vc i objętości roboczej Vh to całkowita objętość cylindra Va: Va = Vc + Vh. Objętość robocza cylindra (mierzona w centymetrach sześciennych lub metrach): Vh = pD^3*S/4, gdzie D jest średnicą cylindra. Suma wszystkich objętości roboczych cylindrów silnika wielocylindrowego nazywana jest objętością roboczą silnika, jest określona wzorem: Vp = (pD ^ 2 * S) / 4 * i, gdzie i jest Liczba cylindrów. Stosunek całkowitej objętości cylindra Va do objętości komory spalania Vc nazywamy stopniem sprężania: E = (Vc + Vh) Vc = Va / Vc = Vh / Vc + 1. Stopień sprężania jest ważnym parametrem dla silników spalinowych, ponieważ znacznie wpływa na jego wydajność i moc.

Działanie tłokowego silnika spalinowego opiera się na wykorzystaniu pracy rozszerzalności cieplnej ogrzanych gazów podczas ruchu tłoka z GMP do BDC. Ogrzewanie gazów w pozycji GMP uzyskuje się w wyniku spalania w cylindrze paliwa zmieszanego z powietrzem. Zwiększa to temperaturę gazów i ciśnienie. Ponieważ ciśnienie pod tłokiem jest równe atmosferycznemu, a w cylindrze jest znacznie wyższe, to pod wpływem różnicy ciśnień tłok przesunie się w dół, podczas gdy gazy rozszerzą się, wykonując użyteczną pracę. Tu daje się odczuć rozszerzalność cieplna gazów i na tym polega jego funkcja technologiczna: nacisk na tłok. Aby silnik stale generował energię mechaniczną, cylinder musi być okresowo napełniany nowymi porcjami powietrza przez zawór wlotowy i paliwem przez dyszę lub mieszanina powietrza i paliwa musi być dostarczana przez zawór wlotowy. Produkty spalania po ich rozprężeniu są usuwane z cylindra przez zawór wlotowy. Zadania te realizuje mechanizm dystrybucji gazu, który steruje otwieraniem i zamykaniem zaworów oraz układ zasilania paliwem.

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

Silniki samochodowe zwykle działają w cyklu czterosuwowym, który trwa dwa obroty wału korbowego lub cztery suwy tłoka i składa się z suwów ssania, sprężania, rozprężania (suw) i wydechu.

W gaźnikowym czterosuwowym jednocylindrowym silniku cykl pracy jest następujący:

1. Skok dolotowy Gdy wał korbowy silnika wykonuje pierwsze pół obrotu, tłok przesuwa się z GMP do BDC, zawór wlotowy jest otwarty, zawór wydechowy jest zamknięty. W cylindrze powstaje podciśnienie 0,07 - 0,095 MPa, w wyniku czego świeży ładunek palnej mieszanki, składającej się z oparów benzyny i powietrza, jest zasysany przez kolektor ssący do cylindra i mieszając się z resztkowymi spalinami , tworzy mieszaninę roboczą.

2. Cykl kompresji. Po napełnieniu cylindra palną mieszanką z dalszym obrotem wału korbowego (druga połowa obrotu) tłok przesuwa się z BDC do GMP przy zamkniętych zaworach. Wraz ze spadkiem objętości wzrasta temperatura i ciśnienie mieszaniny roboczej.

3. Skok rozprężania lub skok roboczy. Pod koniec suwu sprężania mieszanina robocza zapala się od iskry elektrycznej i szybko się wypala, w wyniku czego temperatura i ciśnienie powstających gazów gwałtownie wzrasta, podczas gdy tłok przesuwa się z GMP do BDC. . Podczas rozszerzania gazy wykonują użyteczną pracę, dlatego skok tłoka przy trzecim półobrocie wału korbowego nazywany jest skokiem roboczym. Na końcu suwu roboczego tłoka, gdy znajduje się w pobliżu BDC, otwiera się zawór wydechowy, ciśnienie w cylindrze spada do 0,3-0,75 MPa, a temperatura spada do 950 - 1200 C. 4. Skok wydechu. Przy czwartym półobrocie wału korbowego tłok przesuwa się z BDC do TDC. W takim przypadku zawór wydechowy jest otwarty, a produkty spalania są wypychane z cylindra do atmosfery przez przewód spalin.

W silniku czterosuwowym procesy robocze są następujące:

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

2. Cykl kompresji. Tłok przesuwa się z BDC do TDC; zawory wlotowy i wylotowy są zamknięte, w wyniku czego poruszający się w górę tłok ściska napływające powietrze. Aby zapalić paliwo, temperatura sprężonego powietrza musi być wyższa niż temperatura samozapłonu paliwa. Podczas suwu tłoka do GMP olej napędowy dostarczany przez pompę paliwową jest wtryskiwany przez wtryskiwacz.

3. Skok rozprężania lub skok roboczy. Paliwo wtryskiwane pod koniec suwu sprężania, mieszając się z ogrzanym powietrzem, zapala się i rozpoczyna się proces spalania, charakteryzujący się szybkim wzrostem temperatury i ciśnienia. Co więcej, maksymalna

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

4. Cykl wydania. Tłok przesuwa się z BDC do GMP i przez otwarty zawór wydechowy 6 spaliny są wypychane z cylindra. Ciśnienie gazu spada do 0,11 - 0,12 MPa, a temperatura spada do 500-700 C. Po zakończeniu suwu wydechu, przy dalszym obrocie wału korbowego, cykl pracy powtarza się w tej samej kolejności. W celu uogólnienia pokazano schematy cyklu pracy silników gaźnikowych i diesli.

Silniki dwusuwowe różnią się od silników czterosuwowych tym, że na początku suwu sprężania cylindry są napełnione palną mieszanką lub powietrzem, a pod koniec suwu rozprężania cylindry są oczyszczane ze spalin, tj. procesy wydechu i wlotu przebiegają bez niezależnych uderzeń tłoka. Ogólny proces dla wszystkich typów push-pull

silniki - wydmuch, tj. proces usuwania spalin z cylindra za pomocą przepływu mieszanki palnej lub powietrza. Dlatego ten typ silnika ma sprężarkę (pompę przedmuchu). Rozważ działanie dwusuwowego silnika gaźnika z dmuchaniem komory korbowej. Ten typ silnika nie posiada zaworów, ich rolę pełni tłok, który podczas swojego ruchu zamyka wlot, wylot i przedmuch. Przez te okna cylinder w określonym czasie komunikuje się z rurociągami wlotowymi i wylotowymi oraz skrzynią korbową (skrzynią korbową), która nie ma bezpośredniej komunikacji z atmosferą. Cylinder w środkowej części posiada trzy porty: wlotowy, wylotowy 6 i odpowietrzający, który jest połączony zaworem z komorą korbową silnika.

Cykl pracy w silniku realizowany jest w dwóch suwach:

1. Cykl kompresji. Tłok przesuwa się z BDC do TDC, najpierw blokując przedmuch, a następnie okno wylotu 6. Po zamknięciu przez tłok króćca wylotowego w cylindrze rozpoczyna się sprężanie wcześniej dostarczonej mieszanki palnej. Jednocześnie, ze względu na jej szczelność, w komorze korbowej powstaje podciśnienie, pod działaniem którego palna mieszanina wchodzi do komory korbowej z gaźnika przez otwarte okno wlotowe.

2. Skok skoku roboczego. Gdy tłok znajduje się w pobliżu GMP, sprężona mieszanina robocza zostaje zapalona przez iskrę elektryczną ze świecy, 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 opadający tłok zamyka otwór wlotowy i kompresuje mieszankę paliwową w skrzyni korbowej.

Kiedy tłok dotrze do otworu wydechowego, otwiera się i spaliny są uwalniane do atmosfery, ciśnienie w cylindrze spada. Przy dalszym ruchu tłok otwiera okno czyszczące i sprężona w komorze korbowej mieszanina palna przepływa przez kanał, napełniając cylinder i oczyszczając go z pozostałych spalin.

Cykl pracy dwusuwowego silnika wysokoprężnego różni się od cyklu pracy dwusuwowego silnika gaźnikowego tym, że silnik wysokoprężny otrzymuje do cylindra powietrze, a nie palną mieszankę, a pod koniec procesu sprężania drobno rozpylone paliwo jest wstrzykiwany.

Moc silnika dwusuwowego przy tych samych wymiarach cylindrów i prędkości obrotowej wału jest teoretycznie dwukrotnie większa niż silnika czterosuwowego ze względu na większą liczbę cykli pracy. Jednak niepełne wykorzystanie skoku tłoka do rozprężania, gorsze uwalnianie cylindra z gazów resztkowych oraz koszt części wytworzonej mocy do napędu sprężarki przedmuchu praktycznie prowadzą do wzrostu mocy tylko o 60...70%.

Cykl pracy silnika czterosuwowego składa się z pięciu procesów: dolotu, sprężania, spalania, rozprężania i wydechu, które wykonywane są w czterech suwach lub w dwóch obrotach wału korbowego.

Graficzne przedstawienie ciśnienia gazu wraz ze zmianą objętości w cylindrze silnika podczas realizacji każdego z czterech cykli przedstawia wykres indykatorowy. Może być zbudowany na podstawie danych z obliczeń cieplnych lub pobranych podczas pracy silnika za pomocą specjalnego urządzenia - wskaźnika.

Proces przyjmowania. Pobieranie mieszanki palnej odbywa się po usunięciu spalin z poprzedniego cyklu z cylindrów. Zawór wlotowy otwiera się z pewnym wyprzedzeniem przed GMP, aby uzyskać większy obszar przepływu na zaworze, zanim tłok dotrze do GMP. Dopuszczenie mieszanki palnej odbywa się w dwóch okresach. W pierwszym okresie mieszanina wchodzi, gdy tłok przesuwa się z GMP do BDC z powodu podciśnienia wytworzonego w cylindrze. W drugim okresie wlot mieszanki następuje, gdy tłok przesuwa się z BDC do GMP przez pewien czas, co odpowiada 40 - 70 obrotom wału korbowego ze względu na różnicę ciśnień i wysokość głowicy mieszanki. Wlot mieszanki palnej kończy się zamknięciem zaworu wlotowego Mieszanka palna wchodząca do cylindra miesza się z gazami resztkowymi z poprzedniego cyklu i tworzy mieszankę palną. Ciśnienie mieszanki w cylindrze podczas procesu dolotowego wynosi 70 - 90 kPa i zależy od strat hydraulicznych w układzie dolotowym silnika. Temperatura mieszanki na końcu procesu ssania wzrasta do 340 - 350 K z powodu jej kontaktu z rozgrzanymi częściami silnika i mieszania z

gazy resztkowe o temperaturze 900 - 1000 K.

Proces kompresji. Sprężanie mieszaniny roboczej w cylindrze silnika następuje, gdy zawory są zamknięte, a tłok porusza się. Proces sprężania odbywa się w obecności wymiany ciepła pomiędzy mieszaniną roboczą a ściankami (cylinder, głowica tłoka i głowica). Na początku sprężania temperatura mieszaniny roboczej jest niższa niż temperatura ścianek, więc ciepło jest przekazywane do mieszanki ze ścian. W miarę dalszego sprężania temperatura mieszaniny wzrasta i staje się wyższa niż temperatura ścianek, więc ciepło z mieszaniny jest przekazywane do ścian. Tak więc proces kompresji odbywa się wzdłuż politropu, którego średni wskaźnik wynosi n = 1,33 ... 1,38. Proces sprężania kończy się w momencie zapłonu mieszaniny roboczej. Ciśnienie mieszaniny roboczej w cylindrze na końcu sprężania wynosi 0,8 - 1,5 MPa, a temperatura 600 - 750 K.

Proces spalania. Spalanie mieszaniny roboczej rozpoczyna się zanim tłok dotrze do GMP, tj. gdy sprężona mieszanina jest zapalana przez iskrę elektryczną. Po zapaleniu czoło płomienia płonącej świecy ze świecy rozchodzi się po całej objętości komory spalania z prędkością 40-50 m/s. Mimo tak wysokiego tempa spalania mieszanina ma czas na spalenie w czasie do momentu, gdy wał korbowy obróci się o 30-35.Gdy spala się mieszanina robocza, duża ilość ciepła jest uwalniana w sekcji odpowiadającej 10-15 przed GMP i 15- 20 po BDC, w wyniku czego ciśnienie i temperatura gazów powstających w butli gwałtownie wzrasta. Pod koniec spalania ciśnienie gazu osiąga 3 - 5 MPa, a temperatura wynosi 2500 - 2800 K.

Proces ekspansji. Rozszerzalność cieplna gazów w cylindrze silnika następuje po zakończeniu procesu spalania, gdy tłok przesuwa się do BDC. Gazy, rozszerzając się, wykonują pożyteczną pracę. Proces rozszerzalności cieplnej odbywa się przy intensywnej wymianie ciepła pomiędzy gazami a ściankami (cylinder, głowica tłoka i denka). Na początku ekspansji mieszanina robocza wypala się, w wyniku czego powstałe gazy otrzymują ciepło. Podczas całego procesu rozszerzalności cieplnej gazy oddają ciepło ścianom. Temperatura gazów w procesie rozprężania spada, dlatego zmienia się różnica temperatur między gazami a ścianami. Proces rozszerzalności cieplnej, który kończy się w momencie otwarcia zaworu wydechowego. Proces rozszerzalności cieplnej odbywa się wzdłuż polytry, której średni wskaźnik wynosi n2 = 1,23 ... 1,31. Ciśnienie gazu w butli na końcu rozprężania wynosi 0,35 -0,5 MPa, a temperatura 1200 - 1500 K.

Proces wydania. Odprowadzanie spalin rozpoczyna się w momencie otwarcia 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 to, że ciśnienie gazu w cylindrze jest znacznie wyższe niż atmosferyczne. W tym okresie około 60% spalin jest usuwane z cylindra z prędkością 500 - 600 m/s. W drugim okresie uwalnianie gazów następuje, gdy tłok przemieszcza się z BDC do zamknięcia zaworu wydechowego w wyniku pchania tłoka i bezwładności poruszających się gazów. Uwalnianie spalin kończy się w momencie zamknięcia zaworu wydechowego, czyli 10 - 20 po dotarciu tłoka do GMP. Ciśnienie gazu w butli podczas procesu wydechu wynosi 0,11 – 0,12 MPa, temperatura gazu na końcu procesu wydechu wynosi 90 – 1100 K.

Cykl pracy silnika wysokoprężnego różni się znacznie od cyklu pracy silnika gaźnika sposobem tworzenia i zapłonu mieszaniny roboczej.

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

zawór i kończy się, gdy się zamyka. Proces zasysania powietrza jest taki sam jak zasysania mieszanki palnej w silniku gaźnikowym.Ciśnienie powietrza w cylindrze podczas zasysania wynosi 80 - 95 kPa i zależy od strat hydraulicznych w układzie dolotowym silnika. Temperatura powietrza na końcu procesu wydechowego wzrasta do 320 - 350 K z powodu jego kontaktu z rozgrzanymi częściami silnika i mieszania się z gazami resztkowymi.

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

Proces spalania. Spalanie paliwa rozpoczyna się od momentu podania paliwa do cylindra, tj. 15 - 30, zanim tłok dotrze do GMP. W tym momencie temperatura sprężonego powietrza jest o 150-200 C wyższa od temperatury samozapłonu. paliwo, które dostało się do cylindra w stanie drobno rozpylonym, zapala się nie natychmiast, ale z opóźnieniem przez pewien czas (0,001 - 0,003 s), zwany okresem opóźnienia zapłonu. W tym okresie paliwo nagrzewa się, miesza z powietrzem i odparowuje tj. powstaje mieszanina robocza. 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 i kończy się wraz z zamknięciem zaworu wydechowego. Na początku ekspansji wypala się paliwo. Proces rozszerzalności cieplnej przebiega podobnie jak proces rozszerzalności cieplnej gazów w silniku gaźnikowym.. Ciśnienie gazu w cylindrze na końcu rozprężania wynosi 0,3 - 0,5 MPa, a temperatura wynosi 1000 - 1300 K.

Proces wydania. Odprowadzanie spalin rozpoczyna się, gdy zawór wydechowy jest otwarty i kończy się, gdy zawór wydechowy się zamyka. Proces odsysania spalin przebiega w taki sam sposób, jak proces odsysania spalin w silniku gaźnikowym. Ciśnienie gazu w butli podczas procesu wydechu wynosi 0,11 - 0,12 MPa, temperatura gazu na końcu procesu wydechu wynosi 700 - 900 K.

Cykl pracy silnika dwusuwowego trwa dwa skoki lub jeden obrót wału korbowego. Rozważ cykl pracy dwusuwowego silnika gaźnika z czyszczeniem komory korbowej,

Proces sprężania mieszanki palnej w cylindrze rozpoczyna się od momentu zamknięcia okien cylindra przez tłok, gdy tłok przesuwa się z BDC do GMP. Proces sprężania przebiega identycznie 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 i kończy się w momencie otwarcia otworów wydechowych. Proces rozszerzalności cieplnej jest podobny do rozszerzania się gazów w czterosuwowym silniku gaźnikowym.Proces wydechu rozpoczyna się w momencie otwarcia otworów wydechowych, tj. 60 65, zanim tłok dotrze do BDC, a kończy się 60 - 65 po przejściu przez tłok BDC, jest przedstawiony na schemacie linią 462. Gdy otwór wylotowy jest otwarty, ciśnienie w cylindrze gwałtownie spada, a 50 - 55 przed tłok dociera do BDC, porty przedmuchu otwierają się, a palna mieszanina, wcześniej dostarczona do komory korbowej i sprężona przez opadający tłok, zaczyna płynąć do cylindra. Okres, w którym

dwa procesy zachodzą jednocześnie - wlot mieszanki palnej i uwalnianie gazów spalinowych - nazywane są przedmuchiwaniem. Podczas przedmuchiwania mieszanina palna wypiera spaliny i jest z nimi częściowo odprowadzana. Przy dalszym ruchu do GMP tłok najpierw zamyka otwory przedmuchowe, zatrzymując dopływ mieszanki palnej do cylindra z komory korbowej, a następnie otwory wydechowe i w cylindrze rozpoczyna się proces sprężania.

Widzimy więc, że silniki spalinowe to bardzo złożony mechanizm. A funkcja pełniona przez rozszerzalność cieplną w silnikach spalinowych nie jest tak prosta, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. A bez zastosowania rozszerzalności cieplnej gazów nie byłoby silników spalinowych. I jesteśmy o tym łatwo przekonani, po szczegółowym rozważeniu zasady działania silnika spalinowego, ich cykli pracy - cała ich praca opiera się na wykorzystaniu rozszerzalności cieplnej gazów. Ale silnik spalinowy jest tylko jednym z konkretnych zastosowań rozszerzalności cieplnej. A sądząc po korzyściach płynących z rozszerzalności cieplnej ludzi przez silnik spalinowy, można ocenić korzyści płynące z tego zjawiska w innych obszarach działalności człowieka.

I niech minie era silników spalinowych, nawet jeśli mają one wiele wad, nawet jeśli pojawią się nowe silniki, które nie zanieczyszczają środowiska wewnętrznego i nie wykorzystują funkcji rozszerzalności cieplnej, ale te pierwsze będą ludziom długo służyły, a ludzie będą życzliwie odpowiadać na ich temat za wiele setek lat, ponieważ przenieśli ludzkość na nowy poziom rozwoju, a po jego przejściu ludzkość wzniosła się jeszcze wyżej.