Istoria creării și dezvoltării motoarelor cu ardere internă. Rezumat: Istoria dezvoltării motoarelor cu ardere internă Cine a creat primul motor cu ardere internă

Istoria creării și dezvoltării motoarelor cu ardere internă

Introducere

Informații generale despre motorul cu ardere internă

Istoria creării și dezvoltării motoarelor cu ardere internă

Concluzie

Lista surselor utilizate

Cerere

Introducere

Trăim în epoca electricității și a tehnologiei informatice, dar se poate susține că în epoca motoarelor cu ardere internă. Până la mijlocul secolului trecut, volumul transportului rutier a ajuns la 20 miliarde de tone, care este de cinci ori mai mare decât volumul transportului feroviar și de 18 ori volumul traficului efectuat de flota maritimă. Acum, ponderea transportului rutier reprezintă mai mult de 79% din volumul transportului de marfă în țara noastră. Utilizarea pe scară largă a motoarelor cu ardere internă este dovedită și de faptul că capacitatea totală instalată a motoarelor cu ardere internă este de cinci ori mai mare decât capacitatea tuturor centralelor staționare din lume. În zilele noastre, nu veți fi surprinși de utilizarea unui motor cu ardere internă. Milioane de autoturisme, generatoare de gaz și alte dispozitive folosesc motoare cu ardere internă ca unitate. În motorul cu ardere internă, combustibilul arde chiar în cilindru, în interiorul motorului. Prin urmare, se numește motor cu ardere internă. Aspectul acestui tip de motor în secolul al XIX-lea se datorează în primul rând necesității de a crea o acționare eficientă și modernă pentru diferite dispozitive și mecanisme industriale. În acea perioadă, cea mai mare parte a acestuia era utilizată cu un motor cu aburi. Avea o mulțime de dezavantaje, de exemplu, eficiență scăzută (adică, cea mai mare parte a energiei cheltuite pentru producerea aburului a fost pur și simplu irosită), era greoaie, necesita o întreținere calificată și mult timp pentru a porni și opri. Industria avea nevoie de un nou motor. A fost un motor cu ardere internă, studiul istoriei creării căruia este scopul acestei lucrări. Eficiența ridicată, dimensiunile și greutatea relativ mici, fiabilitatea și autonomia au asigurat utilizarea lor pe scară largă ca centrală electrică în transportul rutier, feroviar și pe apă, în agricultură și construcții.

Lucrarea constă dintr-o introducere, partea principală, concluzie, bibliografie și anexă.

1. Informații generale despre motorul cu ardere internă

În prezent, cele mai răspândite sunt motoarele cu ardere internă (ICE) - un tip de motor, un motor termic, în care energia chimică a combustibilului (de obicei se folosește combustibil hidrocarbonat lichid sau gazos), arsă în zona de lucru, este transformată în munca mecanica.

Motorul constă dintr-un cilindru în care se mișcă un piston, conectat prin intermediul unei biele la arborele cotit (Fig. 1).

Figura 1 - Motor cu ardere internă

În partea superioară a cilindrului există două supape care, atunci când motorul funcționează, se deschid și se închid automat la momentul potrivit. Un amestec combustibil este furnizat prin prima supapă (intrare), care este aprinsă cu o lumânare, iar gazele de eșapament sunt eliberate prin a doua supapă (ieșire). În cilindru are loc periodic arderea unui amestec combustibil format din benzină și vapori de aer (temperatura ajunge la 16000 - 18000C). Presiunea asupra pistonului crește brusc. În expansiune, gazele împing pistonul și, cu acesta, arborele cotit, efectuând lucrări mecanice. În acest caz, gazele sunt răcite, deoarece o parte din energia lor internă este transformată în energie mecanică.

Pozițiile extreme ale pistonului în cilindru se numesc puncte oarbe. Distanța parcursă de piston de la un punct mort la altul se numește cursă a pistonului, care se mai numește și cursă. Curse ale motorului cu ardere internă: admisie, compresie, cursă de lucru, evacuare, prin urmare motorul se numește patru timpi. Să luăm în considerare mai detaliat ciclul de funcționare al unui motor în patru timpi - patru trepte principale (cursă):

În timpul acestei curse, pistonul coboară de la punctul mort superior la punctul mort inferior. În acest caz, camele arborelui cu came deschid supapa de admisie și un amestec proaspăt combustibil-aer este aspirat în cilindru prin această supapă.

Pistonul merge de jos în sus, comprimând amestecul de lucru. Temperatura amestecului crește. Aici apare raportul dintre volumul de lucru al cilindrului la punctul mort inferior și volumul camerei de ardere din partea superioară - așa-numitul „raport de compresie”. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât este mai mare consumul de combustibil al motorului. Un motor cu un raport de compresie mai mare necesită mai mult combustibil. ́ numărul octanic mai mare, care este mai scump.

Arderea și expansiunea (sau cursa pistonului).

Cu puțin înainte de sfârșitul ciclului de compresie, amestecul aer-combustibil este aprins de o scânteie din bujia. În timpul deplasării pistonului din punctul de sus în jos, combustibilul arde și, sub influența căldurii, amestecul de lucru se extinde, împingând pistonul.

După punctul mort inferior al ciclului de funcționare, supapa de evacuare se deschide și pistonul în mișcare în sus deplasează gazele de eșapament din cilindrul motorului. Când pistonul atinge punctul culminant, supapa de evacuare se închide și ciclul începe din nou.

Pentru a începe pasul următor, nu trebuie să așteptați sfârșitul celui precedent - în realitate, motorul are ambele supape deschise (admisie și evacuare). Aceasta este diferența față de un motor în doi timpi, unde întregul ciclu de funcționare are loc în timpul unei rotații a arborelui cotit. Este clar că un motor în doi timpi cu același volum al cilindrilor va fi mai puternic - în medie, de o dată și jumătate.

Cu toate acestea, nici puterea mare, nici absența unui sistem voluminos de supape și arborele cu came, nici costul redus în fabricație nu sunt capabile să acopere avantajele motoarelor în patru timpi - o resursă mai lungă, mai mult ́ economie mai bună, evacuare mai curată și mai puțin zgomot.

Schema de funcționare ICE (în doi și patru timpi) este dată în apendicele 1.

Deci, principiul de funcționare al motorului cu ardere internă este simplu, ușor de înțeles și nu s-a schimbat în mai mult de un secol. Principalul avantaj al motorului cu ardere internă este independența față de sursele permanente de energie (resurse de apă, centrale electrice etc.), în legătură cu care instalațiile echipate cu motoare cu ardere internă se pot deplasa liber și pot fi amplasate oriunde. Și, în ciuda faptului că motoarele cu ardere internă sunt un tip imperfect de motoare termice (zgomot puternic, emisii toxice, mai puține resurse), datorită autonomiei lor, motoarele cu ardere internă sunt foarte răspândite.

Îmbunătățirea motoarelor cu ardere internă merge pe calea creșterii puterii, fiabilității și durabilității acestora, reducând greutatea și dimensiunile, creând noi structuri. Deci, primele motoare cu ardere internă au fost monocilindri și, pentru a crește puterea motorului, au crescut de obicei volumul cilindrului. Apoi au început să realizeze acest lucru prin creșterea numărului de cilindri. La sfârșitul secolului al XIX-lea au apărut motoarele cu doi cilindri, iar de la începutul secolului al XX-lea au început să se răspândească motoarele cu patru cilindri.

Motoarele moderne de înaltă tehnologie nu seamănă deloc cu omologii lor centenari. Am obținut performanțe foarte impresionante în ceea ce privește puterea, eficiența și respectarea mediului. Un motor modern cu ardere internă necesită o atenție minimă și este conceput pentru resurse de sute de mii și, uneori, chiar și milioane de kilometri.

2. Istoria creării și dezvoltării motoarelor cu ardere internă

De aproximativ 120 de ani, o persoană nu-și poate imagina viața fără mașină. Să încercăm să ne uităm în trecut - la însuși aspectul bazelor bazelor industriei auto moderne.

Primele încercări de a crea un motor cu ardere internă datează din secolul al XVII-lea. Experimentele lui E. Toricelli, B. Pascal și O. Guericke au determinat inventatorii să utilizeze presiunea aerului ca forță motrice în mașinile atmosferice. Abatele Ottefel (1678-1682) și H. Huygens (1681) au fost printre primii care au oferit astfel de mașini. Pentru a muta pistonul în cilindru, au propus să folosească explozii de praf de pușcă. Prin urmare, Ottefel și Huygens pot fi considerați pionieri în domeniul motoarelor cu ardere internă.

Omul de știință francez Denis Papen, inventatorul pompei centrifuge, un cazan cu abur cu supapă de siguranță și primul aparat cu pistoane care funcționează pe abur de apă, a lucrat, de asemenea, la îmbunătățirea mașinii de pulbere Huygens. Primul care a încercat să pună în aplicare principiul ICE a fost englezul Robert Street (brevetul SUA nr. 1983,1794). Motorul consta dintr-un cilindru și un piston mobil. La începutul mișcării pistonului, un amestec de lichid volatil (alcool) și aer a pătruns în cilindru, lichidul și vaporii lichizi au fost amestecați cu aerul. În mijlocul cursei pistonului, amestecul s-a aprins și a aruncat pistonul.

În 1799, inginerul francez Philippe Le Bon a descoperit gazul de lumină și a primit un brevet pentru utilizarea și metoda de producere a gazului de iluminat prin distilarea uscată a lemnului sau cărbunelui. Această descoperire a avut o mare importanță, în primul rând, pentru dezvoltarea tehnologiei de iluminat, care a început foarte curând să concureze cu succes cu lumânările scumpe. Cu toate acestea, gazul luminos nu era potrivit doar pentru iluminat. În 1801, Le Bon a încheiat un brevet pentru proiectarea unui motor pe gaz. Principiul de funcționare al acestei mașini s-a bazat pe proprietatea binecunoscută a gazului pe care l-a descoperit: amestecul său cu aerul a explodat la aprindere cu eliberarea unei cantități mari de căldură. Produsele de ardere s-au extins rapid, punând o presiune puternică asupra mediului. Prin crearea condițiilor adecvate, puteți utiliza energia eliberată în interesul omului. Motorul Lebon avea două compresoare și o cameră de amestecare. Un compresor trebuia să pompeze aer comprimat în cameră, iar celălalt să pompeze gaz luminos comprimat de la un generator de gaz. Amestecul aer-gaz a intrat apoi în cilindrul de lucru, unde s-a aprins. Motorul avea efect dublu, adică camere de lucru cu acțiune alternativă erau amplasate pe ambele părți ale pistonului. În esență, Le Bon a conceput ideea unui motor cu ardere internă, dar R. Street și F. Le Bon nu au încercat să-și pună în aplicare ideile.

În anii următori (până în 1860), puține încercări de a crea un motor cu ardere internă au fost, de asemenea, nereușite. Principalele dificultăți în crearea unui motor cu ardere internă s-au datorat lipsei de combustibil adecvat, dificultăți în organizarea proceselor de schimb de gaze, alimentarea cu combustibil și aprinderea combustibilului. Robert Stirling a reușit să ocolească în mare măsură aceste dificultăți, care a creat-o în 1816-1840. motor cu ardere externa cu regenerator. În motorul Stirling, conversia mișcării reciproce a pistonului în mișcare de rotație a fost efectuată utilizând un mecanism rombic, iar aerul a fost utilizat ca mediu de lucru.

Unul dintre primii care a atras atenția asupra posibilității reale de a crea un motor cu ardere internă a fost inginerul francez Sadi Carnot (1796-1832), care s-a ocupat de teoria căldurii și teoria motoarelor termice. În eseul „Reflecția asupra forței motrice a focului și despre mașinile capabile să dezvolte această forță” (1824), el a scris: adaptări ușor de implementat; apoi faceți ca aerul să lucreze într-un cilindru cu piston sau în orice alt vas de expansiune și, în cele din urmă, să-l aerisească în atmosferă sau să-l ducă la un cazan cu abur pentru a consuma temperatura rămasă. Principalele dificultăți întâmpinate în acest tip de operațiuni: închiderea focarului într-o încăpere cu rezistență suficientă și menținerea arderii în stare adecvată, menținerea diferitelor părți ale aparatului la o temperatură moderată și prevenirea deteriorării rapide a cilindrului și pistonului ; nu credem că aceste dificultăți ar fi de netrecut ”. Cu toate acestea, ideile lui S. Carnot nu au fost apreciate de contemporanii săi. Abia 20 de ani mai târziu, inginerul francez E. Clapeyron (1799-1864), autorul binecunoscutei ecuații de stat, le-a atras mai întâi atenția asupra lor. Datorită lui Clapeyron, care a folosit metoda Carnot, popularitatea lui Carnot a început să crească rapid. În prezent, Sadi Carnot este în general recunoscut ca fiind fondatorul tehnologiei de încălzire.

Lenoir nu a avut imediat succes. După ce a fost posibilă realizarea tuturor pieselor și asamblarea mașinii, a funcționat destul de mult și s-a oprit, deoarece din cauza încălzirii, pistonul s-a extins și s-a blocat în cilindru. Lenoir și-a îmbunătățit motorul gândindu-se la un sistem de răcire cu apă. Cu toate acestea, a doua încercare de pornire a eșuat și din cauza cursei slabe a pistonului. Lenoir și-a completat designul cu un sistem de lubrifiere. Abia atunci motorul a început să funcționeze. Chiar și primele modele imperfecte au demonstrat avantajele semnificative ale unui motor cu ardere internă față de un motor cu abur. Cererea de motoare a crescut rapid, iar în câțiva ani J. Lenoir a construit peste 300 de motoare. El a fost primul care a folosit un motor cu ardere internă ca centrală electrică în diverse scopuri. Cu toate acestea, acest model a fost imperfect, eficiența nu a depășit 4%.

În 1862, inginerul francez A.Yu. Beau de Rocha a solicitat Oficiului Francez de Brevete un brevet (data de prioritate 1 ianuarie 1862), în care a clarificat ideea exprimată de Sadi Carnot în ceea ce privește proiectarea motorului și procesele sale de lucru. (Această petiție a fost amintită doar în timpul disputelor privind brevetele privind prioritatea invenției lui N. Otto). Beau de Rocha a propus să injecteze amestecul combustibil în timpul primei curse a pistonului, să comprime amestecul în timpul celei de-a doua curse a pistonului, să ardă amestecul în poziția extremă superioară a pistonului și să extindă produsele de ardere în timpul celei de-a treia curse a pistonului. piston; evacuarea produselor de ardere - în timpul celei de-a patra curse a pistonului. Cu toate acestea, din cauza lipsei de fonduri, el nu a putut să-l implementeze.

Acest ciclu, 18 ani mai târziu, a fost realizat de inventatorul german Otto Nikolaus August într-un motor cu ardere internă care funcționa conform unei scheme în patru timpi: admisie, compresie, cursă de lucru, evacuare a gazelor de eșapament. Modificările acestui motor sunt cele mai răspândite. De mai bine de un secol, care este numită pe bună dreptate „era auto”, totul s-a schimbat - forme, tehnologii, soluții. Unele timbre au dispărut, iar altele au venit în schimb. Moda auto a trecut prin mai multe runde de dezvoltare. Un lucru rămâne neschimbat - numărul de cicluri la care funcționează motorul. Și în istoria industriei auto, acest număr este pentru totdeauna asociat cu numele inventatorului autodidact german Otto. Împreună cu proeminentul industrial Eugen Langen, inventatorul a fondat Otto & Co în Köln - și s-a concentrat pe găsirea celei mai bune soluții. La 21 aprilie 1876, a primit un brevet pentru o altă versiune a motorului, care a fost prezentat un an mai târziu la Expoziția de la Paris din 1867, unde i s-a acordat Marea Medalie de Aur. La sfârșitul anului 1875, Otto a finalizat dezvoltarea proiectului unui nou motor în 4 timpi fundamental nou din lume. Avantajele motorului în patru timpi erau evidente, iar la 13 martie 1878, N. Otto a primit un brevet german nr. 532 pentru un motor cu combustie internă în patru timpi (Anexa 3). În primii 20 de ani, N. Fabrica Otto a construit 6.000 de motoare.

Experimentele privind crearea unei astfel de unități au fost efectuate înainte, dar autorii s-au confruntat cu o serie de probleme, în primul rând cu faptul că fulgerele amestecului combustibil din cilindri au avut loc în secvențe atât de neașteptate încât a fost imposibil să se asigure o transfer constant de putere. Dar el a reușit să găsească singura soluție corectă. Empiric, el a descoperit că eșecurile tuturor încercărilor anterioare erau asociate atât cu o compoziție incorectă a amestecului (proporții de combustibil și oxidant), cât și cu un algoritm fals pentru sincronizarea sistemului de injecție a combustibilului și a arderii acestuia.

O contribuție semnificativă la dezvoltarea motoarelor cu ardere internă a fost adusă și de inginerul american Brighton, care a propus un motor cu compresor cu o presiune constantă de ardere, un carburator.

Deci, prioritatea lui J. Lenoir și a lui N. Otto în crearea primelor motoare eficiente cu ardere internă este incontestabilă.

Producția motoarelor cu ardere internă a crescut constant, iar designul lor a fost îmbunătățit. În 1878-1880. a început producția de motoare în doi timpi, propusă de inventatorii germani Wittig și Hess, antreprenorul și inginerul englez D. Clerk, iar din 1890 - motoarele în doi timpi cu suflare în cameră cu manivelă (brevetul Angliei nr. 6410, 1890). Utilizarea unei camere cu manivelă ca pompă de purjare a fost propusă ceva mai devreme de inventatorul și antreprenorul german G. Daimler. În 1878, Karl Benz a echipat o tricicletă cu un motor de 3 CP care a atins o viteză de peste 11 km / h. De asemenea, a creat primele mașini cu motoare cu unul și doi cilindri. Cilindrii erau amplasați orizontal, cuplul fiind transmis roților folosind o transmisie cu curea. În 1886, lui K. Benz i s-a acordat un brevet german nr. 37435 pentru o mașină cu prioritate pe 29 ianuarie 1886. La Expoziția Mondială de la Paris din 1889, mașina lui Benz era singura. Dezvoltarea intensivă a industriei auto începe cu această mașină.

Un alt punct culminant din istoria motoarelor cu ardere internă a fost dezvoltarea motorului cu ardere internă cu aprindere prin compresie. În 1892, inginerul german Rudolf Diesel (1858-1913) a brevetat, iar în 1893 a descris în broșura „Teoria și proiectarea unui motor termic rațional pentru înlocuirea motoarelor cu aburi și a motoarelor termice cunoscute în prezent” un motor care funcționează pe ciclul Carnot. În brevetul german nr. 67207 cu o prioritate de 28 februarie 1892 „Procesul de lucru și metoda de efectuare a unui motor monocilindric și multipilindric”, principiul motorului a fost stabilit astfel:

Procesul de lucru la motoarele cu ardere internă se caracterizează prin faptul că pistonul din cilindru comprimă aerul sau un anumit gaz inert (vapori) cu aer atât de puternic încât temperatura de compresie rezultată este semnificativ mai mare decât temperatura de aprindere a combustibilului. În acest caz, arderea combustibilului introdusă treptat după punctul mort se produce în așa fel încât să nu se producă o creștere semnificativă a presiunii și temperaturii în cilindrul motorului. După aceasta, după oprirea alimentării cu combustibil, are loc o expansiune suplimentară a amestecului de gaze în cilindru.

Pentru a efectua procesul de lucru descris la alineatul (1), un compresor cu mai multe etape cu un receptor este conectat la cilindrul de lucru. De asemenea, este posibil să conectați mai mulți cilindri de lucru între ei sau cu cilindri pentru compresie preliminară și extindere ulterioară.

Primul motor a fost construit de R. Diesel până în iulie 1893. S-a presupus că compresia se va efectua până la o presiune de 3 MPa, temperatura aerului la sfârșitul comprimării va ajunge la 800 C, iar combustibilul (pulbere de cărbune) să fie introdus direct în cilindru. O explozie a avut loc la pornirea primului motor (benzina a fost folosită ca combustibil). În timpul anului 1893, au fost construite trei motoare. Defecțiunile primelor motoare l-au obligat pe R. Diesel să renunțe la arderea izotermă și să treacă la un ciclu cu ardere la presiune constantă.

La începutul anului 1895, primul motor cu compresor cu aprindere prin compresie care funcționează pe combustibil lichid (kerosen) a fost testat cu succes, iar în 1897 a început o perioadă de testare extinsă a noului motor. Eficiența efectivă a motorului a fost de 0,25, iar eficiența mecanică a fost de 0,75. Primul motor cu ardere internă cu aprindere prin compresie în scopuri industriale a fost construit în 1897 de Augsburg Engineering Works. La expoziția de la München din 1899, 5 motoare R. Diesel au fost deja prezentate de fabricile din Otto-Deitz, Krupp și fabrica de construcții de mașini din Augsburg. Motoarele R. Diesel au fost, de asemenea, demonstrate cu succes la Expoziția Mondială de la Paris (1900). Mai târziu au găsit o aplicație largă și au primit numele „motoare diesel” sau pur și simplu „diesel” pe numele inventatorului.

În Rusia, primele motoare cu kerosen au început să fie construite în 1890 la E.Ya. Bromley (calorizare în patru timpi) și din 1892 și la fabrica mecanică a E. Nobel. În 1899, Nobel a primit dreptul de a fabrica motoare R. Diesel, iar în același an fabrica a început să le producă. Proiectarea motorului a fost dezvoltată de specialiștii uzinei. Motorul a dezvoltat o putere de 20-26 CP, a funcționat cu țiței, motorină, kerosen. Specialiștii fabricii au efectuat, de asemenea, dezvoltarea motoarelor cu aprindere prin compresie. Au construit primele motoare fără capete încrucișate, primele motoare de tip V, motoare în doi timpi cu circuite ramjet și de suflare în buclă, motoare în doi timpi, în care suflarea a fost efectuată din cauza fenomenelor dinamice gazului din canalul de evacuare . Producția de motoare cu aprindere prin compresie a început în 1903-1911. la fabricile de locomotive cu aburi Kolomenskoye, Sormovsky, Harkov, la fabricile Felser din Riga și Nobel la Sankt Petersburg, la șantierul naval Nikolaev. În 1903-1908. Inventatorul și antreprenorul rus Ya.V. Mamin a creat mai multe motoare eficiente de mare viteză cu injecție mecanică de combustibil în cilindru și aprindere prin compresie, a cărei putere în 1911 era deja de 25 CP. Combustibilul a fost injectat în precamera realizată din fontă cu o inserție de cupru, ceea ce a făcut posibilă obținerea unei temperaturi ridicate a suprafeței camerei precamere și autoaprindere fiabilă. A fost primul motor diesel fără compresor din lume. În 1906, profesor al Școlii Tehnice Superioare V.I. Grinevetskiy a propus un design al unui motor dublu de compresie și expansiune - un prototip al unui motor combinat. De asemenea, a dezvoltat o metodă de calcul termic a proceselor de lucru, care a fost dezvoltată ulterior de N.R. Briling și E.K. Masing și nu și-a pierdut semnificația astăzi. După cum puteți vedea, experții din Rusia pre-revoluționară au realizat, fără îndoială, dezvoltări independente majore în domeniul motoarelor cu aprindere prin compresie. Dezvoltarea cu succes a construcției de motoare diesel în Rusia se explică prin faptul că Rusia avea propriul său ulei, iar motoarele diesel satisfaceau cel mai bine nevoile întreprinderilor mici, prin urmare, producția de motoare diesel în Rusia a început aproape simultan cu țările din Europa de Vest .

Construcția de motoare interne s-a dezvoltat, de asemenea, cu succes în perioada postrevoluționară. Până în 1928, peste 45 de tipuri de motoare cu o capacitate totală de aproximativ 110 mii kW erau deja produse în țară. În timpul primelor planuri quinquennale, s-a stăpânit producția de motoare pentru automobile și tractoare, motoare marine și staționare cu o capacitate de până la 1500 kW, s-a creat un avion diesel, un motor diesel cu rezervor V-2, care a predeterminat în mare măsură caracteristicile tactice și tehnice ale vehiculelor blindate ale țării. O contribuție semnificativă la dezvoltarea construcției de motoare interne a fost adusă de oamenii de știință sovietici remarcabili: N.R. Briling, E.K. Masing, V.T. Țvetkov, A.S. Orlin, V.A. Vansheidt, N.M. Glagolev, M.G. Kruglov și alții.

Dintre evoluțiile din domeniul motoarelor termice din ultimele decenii ale secolului XX, ar trebui menționate trei importante: crearea de către inginerul german Felix Wankel a unui design eficient al unui motor cu piston rotativ, un motor combinat cu supraalimentare ridicată, și un design cu motor cu ardere externă competitiv cu un motor diesel de mare viteză. Apariția motorului Wankel a fost întâmpinată cu entuziasm. Având o greutate și dimensiuni specifice reduse, o fiabilitate ridicată, RPD-urile s-au răspândit rapid, în principal în vehiculele ușoare, în aviație, pe nave și instalații staționare. Licența pentru producția motorului F. Wankel a fost achiziționată de peste 20 de companii, inclusiv General Motors, Ford. Până în 2000, au fost fabricate peste două milioane de vehicule RPD.

În ultimii ani, procesul de îmbunătățire și îmbunătățire a performanței motoarelor pe benzină și a motorinelor continuă. Dezvoltarea motoarelor pe benzină merge pe calea îmbunătățirii caracteristicilor de mediu, a eficienței și a indicatorilor de putere prin aplicarea mai largă și îmbunătățirea sistemului de injecție a benzinei în cilindri; aplicarea sistemelor electronice de control al injecției, stratificarea sarcinii în camera de ardere cu epuizarea amestecului la sarcini parțiale; creșterea energiei scânteii electrice în timpul aprinderii etc. Ca urmare, eficiența ciclului de lucru al motoarelor pe benzină devine apropiată de cea a motoarelor diesel.

Pentru a îmbunătăți indicatorii tehnici și economici ai motoarelor diesel, se utilizează o creștere a presiunii de injecție a combustibilului, se folosesc injectoare controlate, forțând în funcție de presiunea efectivă medie prin încărcarea și răcirea aerului de încărcare, se utilizează măsuri pentru a reduce toxicitatea evacuării gaze.

Astfel, îmbunătățirea continuă a motoarelor cu ardere internă le-a asigurat o poziție dominantă și numai în aviație motorul cu ardere internă a cedat loc motorului cu turbină cu gaz. Pentru alte sectoare ale economiei naționale, nu au fost încă propuse centrale alternative cu putere redusă, la fel de versatile și economice ca motorul cu ardere internă. Prin urmare, pe termen lung, motorul cu ardere internă este considerat drept principalul tip de centrală electrică de putere medie și mică pentru transport și alte sectoare ale economiei naționale.

Concluzie

motor cu combustie interna

Lista surselor utilizate

1.Dyachenko V.G. Teoria motoarelor cu ardere internă / V.G. Dyachenko. - Harkov: KhNADU, 2009. - 500 p.

.Dyatchin N.I. Istoria dezvoltării tehnologiei: Manual / N.I. Dyatchin. - Rostov n / D.: Phoenix, 2001 .-- 320 p.

.Raikov I. Ya. Motoare cu ardere internă / I.Ya. Raikov, G.N. Rytvinsky. - M.: Școală superioară, 1971. - 431 p.

.Sharoglazov B.A. Motoare cu ardere internă: teoria, modelarea și calculul proceselor: Manual / B.A. Sharoglazov, M.F. Farafontov, V.V. Klementiev. - Chelyabinsk: Ed. SUSU, 2004. - 344 p.

Cerere

Anexa 1

Schema motorului în doi timpi

Schema motorului în patru timpi

Anexa 2

Motor Lenoir (decupat)

Anexa 3

Motorul lui Otto

Dezvoltarea primului motor cu ardere internă a durat aproape două secole, până când șoferii pot învăța prototipurile motoarelor moderne. Totul a început cu gaz, nu cu benzină. Printre oamenii care au avut mâna în istoria creației se numără Otto, Benz, Maybach, Ford și alții. Dar, ultimele descoperiri științifice au dat peste cap întreaga lume auto, deoarece tatăl primului prototip a fost considerat o persoană complet diferită.

Leonardo și-a pus mâna și aici

Până în 2016, François Isaac de Rivaz a fost considerat fondatorul primului motor cu ardere internă. Dar, o descoperire istorică făcută de oamenii de știință englezi a dat peste cap toată lumea. În timpul săpăturilor din apropierea uneia dintre mănăstirile franceze, au fost găsite desene care aparțineau lui Leonardo da Vinci. Printre acestea se afla și desenul unui motor cu ardere internă.

Desigur, dacă vă uitați la primele motoare care au fost create de Otto și Daimler, puteți găsi asemănări structurale, dar acestea nu mai sunt cu unitățile de putere moderne.

Legendarul da Vinci a fost cu aproape 500 de ani înaintea timpului său, dar, din moment ce era constrâns de tehnologiile vremii sale, precum și de capacitățile financiare, nu putea să proiecteze un motor.

După examinarea detaliată a desenului, istoricii moderni, inginerii și designerii auto cu reputație mondială au ajuns la concluzia că această unitate de putere ar putea funcționa destul de productiv. Astfel, compania Ford a început să dezvolte un prototip de motor cu ardere internă, bazat pe desenele lui da Vinci. Dar experimentul a avut doar jumătate de succes. Motorul nu a pornit.

Dar, unele îmbunătățiri moderne au făcut posibilă, cu toate acestea, să dea viață unității de putere. A rămas un prototip experimental, dar ceva ce Ford a învățat de la sine a fost dimensiunea camerelor de ardere pentru mașinile de clasa B, care este de 83,7 mm. După cum sa dovedit, aceasta este dimensiunea ideală pentru arderea unui amestec de aer-combustibil pentru această clasă de motoare.

Inginerie și teorie

Conform faptelor istorice, în secolul al XVII-lea, omul de știință și fizician olandez Christian Hagens a dezvoltat primul motor teoretic cu combustie internă pe bază de pulbere. Dar, la fel ca Leonardo, era constrâns de tehnologiile vremii sale și nu-și putea realiza visul.

Franţa. secolul al 19-lea. Începe era mecanizării și industrializării în masă. În acest moment, este posibil doar să creezi ceva incredibil. Primul care a reușit să asambleze un motor cu ardere internă a fost francezul Nicephorus Niepce, pe care l-a numit Pireolofor. A lucrat cu fratele său Claude și împreună, înainte de crearea ICE, au prezentat mai multe mecanisme care nu-și găseau clienții.

În 1806, prezentarea primului motor a avut loc la Academia Națională Franceză. A lucrat la praful de cărbune și a avut o serie de defecte de proiectare. În ciuda tuturor neajunsurilor, motorul a primit recenzii și recomandări pozitive. Drept urmare, frații Niepce au primit asistență financiară și un investitor.

Primul motor a continuat să se dezvolte. Un prototip mai avansat a fost instalat pe bărci și nave mici. Dar, acest lucru nu a fost suficient pentru Claude și Nicephorus, au vrut să surprindă întreaga lume, așa că au studiat diverse științe exacte pentru a-și îmbunătăți unitatea de putere.

Așadar, eforturile lor au fost încununate de succes, iar în 1815 Nicefort găsește lucrările chimistului Lavoisier, care scrie că „uleiurile volatile”, care fac parte din produsele petroliere, pot exploda atunci când interacționează cu aerul.

1817 Claude călătorește în Anglia pentru a obține un nou brevet pentru motor, deoarece în Franța termenul se apropia de sfârșit. În această etapă, frații se despart. Claude începe să lucreze singur la motor, fără să-l anunțe pe fratele său și îi cere bani.

Dezvoltările lui Claude au fost confirmate doar în teorie. Motorul inventat nu a găsit o producție pe scară largă, așa că a devenit parte a istoriei ingineriei din Franța, iar Niepce a fost imortalizat ca monument.

Fiul celebrului fizician și inventator Sadi Carnot a publicat un tratat care l-a făcut o legendă în industria auto și îl face faimos în toată lumea. Lucrarea număra 200 de exemplare și era intitulată „Reflecții asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță” publicată în 1824. Din acest moment începe istoria termodinamicii.

1858 Omul de știință și inginer belgian Jean Joseph Etienne Lenoir asamblează un motor în doi timpi. Elementele distinctive au fost că avea un carburator și primul sistem de aprindere. Combustibilul era gaz de cărbune. Dar, primul prototip a funcționat doar câteva secunde și apoi a fost permanent defect.

Acest lucru s-a întâmplat deoarece motorul nu avea sisteme de lubrifiere și răcire. Odată cu acest eșec, Lenoir nu a renunțat și a continuat să lucreze la prototip și deja în 1863 motorul, instalat pe un prototip cu 3 roți al mașinii, a condus istoricul primelor 50 de mile.

Toate aceste evoluții au marcat începutul erei industriei auto. Primele motoare cu ardere internă au continuat să fie dezvoltate, iar creatorii lor și-au imortalizat numele în istorie. Printre aceștia s-au numărat inginerul austriac Siegfried Markus, George Brighton și alții.

Legendarii germani iau volanul

În 1876, dezvoltatorii germani au început să ia bastonul, ale cărui nume tună astăzi. Primul care a fost remarcat a fost Nicholas Otto și legendarul său „ciclu Otto”. El a fost primul care a proiectat și a construit un prototip de motor cu 4 cilindri. După aceea, deja în 1877, a brevetat un nou motor, care stă la baza majorității motoarelor și avioanelor moderne de la începutul secolului XX.

Un alt nume din istoria industriei auto pe care mulți îl cunosc și astăzi este Gottlieb Daimler. El și prietenul și fratele său în inginerie, Wilhelm Maybach, au dezvoltat un motor pe bază de gaz.

1886 a fost un moment de cotitură, deoarece Daimler și Maybach au creat prima mașină cu un motor cu ardere internă. Unitatea de putere a fost denumită „Reitwagen”. Acest motor a fost instalat anterior pe vehicule cu două roți. Maybach a dezvoltat primul carburator cu jet, care a funcționat și el mult timp.

Marii ingineri au trebuit să-și unească forțele și mințile pentru a crea un motor cu ardere internă funcțional. Deci, un grup de oameni de știință, care au inclus Daimler, Maybach și Otto, au început să asambleze motoare două piese pe zi, ceea ce în acel moment era o viteză mare. Dar, așa cum se întâmplă întotdeauna, pozițiile oamenilor de știință în îmbunătățirea unităților de putere au divergut și Daimler a părăsit echipa pentru a-și întemeia propria companie. În urma acestor evenimente, Maybach își urmează prietenul.

1889 Daimler fondează primul producător de automobile, Daimler Motoren Gesellschaft. În 1901, Maybach asamblează primul Mercedes, care a pus bazele legendarei mărci germane.

Un alt inventator german la fel de legendar este Karl Benz. Lumea a văzut primul său prototip al motorului în 1886. Dar, înainte de crearea primului său motor, a reușit să înființeze compania „Benz & Company”. Povestea ulterioară este pur și simplu uimitoare. Impresionat de evoluțiile Daimler și Maybach, Benz a decis să fuzioneze toate companiile împreună.

Deci, mai întâi, „Benz & Company” fuzionează cu „Daimler Motoren Gesellschaft” și devine „Daimler-Benz”. Ulterior, conexiunea a afectat-o ​​și pe Maybach, iar compania a devenit cunoscută sub numele de „Mercedes-Benz”.

Un alt eveniment semnificativ în industria auto a avut loc în 1889, când Daimler a propus dezvoltarea unei unități de putere în formă de V. Ideea sa a fost preluată de Maybach și Benz și deja în 1902, motoarele în V au început să fie produse pe avioane și mai târziu pe mașini.

Tatăl fondator al industriei auto

Dar, orice s-ar putea spune, cea mai mare contribuție la dezvoltarea industriei auto și a dezvoltării automotoarelor a fost adusă de un designer, inginer american și doar o legendă - Henry Ford. Sloganul său: „O mașină pentru toată lumea” a găsit recunoaștere în rândul oamenilor obișnuiți, ceea ce i-a atras. După ce a fondat compania Ford în 1903, nu numai că a început să dezvolte o nouă generație de motoare pentru mașina sa Ford A, dar a oferit noi locuri de muncă inginerilor obișnuiți și oamenilor.

În 1903, Selden s-a pronunțat împotriva Ford, susținând că el a fost primul care și-a folosit designul motorului. Procesul a durat 8 ani, dar în același timp, niciunul dintre participanți nu a reușit să câștige procesul, deoarece instanța a decis că drepturile lui Selden nu au fost încălcate, iar Ford folosește propriul tip și designul motorului.

În 1917, când Statele Unite au intrat în Primul Război Mondial, Ford a început să dezvolte primul motor pentru camioane grele cu putere sporită. Deci, până la sfârșitul anului 1917, Henry a prezentat prima unitate de putere pe benzină în 4 timpi cu 8 cilindri Ford M, care a început să fie instalată pe camioane, iar mai târziu în timpul celui de-al doilea război mondial pe unele avioane de marfă.

Când alți producători auto au avut dificultăți, compania lui Henry Ford a prosperat și a avut capacitatea de a dezvolta noi opțiuni de motor care au găsit aplicații într-o gamă largă de vehicule Ford.

Ieșire

De fapt, primul motor cu ardere internă a fost inventat de Leonardo da Vinci, dar asta a fost doar în teorie, deoarece a fost legat de tehnologia timpului său. Dar primul prototip a fost pus pe picioare de olandezul Christian Hagens. Apoi au existat evoluțiile fraților francezi Niepce.

Dar, totuși, motoarele cu ardere internă au primit popularitate și dezvoltare masivă odată cu dezvoltarea unor mari ingineri germani precum Otto, Daimler și Maybach. În mod separat, merită remarcat meritele dezvoltării motoarelor tatălui fondatorului industriei auto - Henry Ford.

Motor pe gaz arderea internă a intrat ferm în viața noastră și va rămâne în ea pentru o perioadă nedeterminată. Dezvoltarea tehnologiilor de combustibil alternativ sugerează că, într-un viitor, motorul pe benzină va deveni în cele din urmă doar istorie, dar potențialul său, potrivit experților, este epuizat cu doar 75%, ceea ce face posibilă apelarea motorului cu combustie internă pe benzină în momentul de față. principalele tipuri de motoare din Rusia. in lume.

Invenția motorului pe benzină, ca multe alte lucruri moderne, fără de care existența astăzi este de neconceput, s-a datorat, în general, unui accident, când în 1799 francezul F. Le Bon a descoperit un gaz luminos - un amestec de hidrogen, carbon monoxid, metan și alte gaze inflamabile. După cum sugerează și numele său, gazul luminiscent a fost folosit pentru corpurile de iluminat care înlocuiau lumânările în acel moment, dar Le Bon a găsit în curând alte utilizări pentru acesta. Studiind proprietățile gazului găsit, inginerul a observat că amestecul său cu aerul explodează, eliberând o cantitate mare de energie care poate fi utilizată în interesul unei persoane. În 1801, Le Bon a brevetat primul motor pe gaz, format din două compresoare și o cameră de ardere. În esență, motorul pe gaz al lui Le Bon a devenit prototipul primitiv al motorului modern cu ardere internă.

Trebuie remarcat faptul că încercările de a pune energia termică a exploziei în slujba umanității au fost făcute cu mult înainte de nașterea lui Le Bon. În secolul al XVII-lea, omul de știință olandez Christian Huygens folosea praful de pușcă pentru a conduce pompe de apă care livrează apă în grădinile Palatului Versailles, iar fizicianul italian Alessandro Volta a inventat la sfârșitul anilor 1880 un „pistol electric” în care o scânteie electrică a aprins un amestec de hidrogen și aer, aruncând o bucată de plută din butoi.

În 1804, Le Bon a murit tragic și dezvoltarea tehnologiei de ardere internă s-a oprit pentru o vreme, până când belgianul Jean Etienne Lenoir a aflat cum să folosească principiul aprinderii electrice pentru a aprinde măturarea într-un motor pe gaz. După mai multe încercări nereușite, Lenoir a reușit să creeze un motor cu ardere internă funcțional, pe care l-a brevetat în 1859. Din păcate, Lenoir s-a dovedit a fi mai mult om de afaceri decât inventator. După ce a lansat câteva sute de motoare, a câștigat o sumă destul de decentă de bani și a oprit îmbunătățirea ulterioară a invenției sale. Cu toate acestea, motorul Lenoir, folosit pentru a conduce locomotive, echipaje rutiere, nave și staționare, este considerat primul motor cu ardere internă care funcționează vreodată.

În 1864, inginerul german August Otto a primit un brevet pentru propriul model de motor pe gaz, a cărui eficiență a atins 15%, adică nu numai că este mai eficient decât motorul Lenoir, ci și mai eficient decât orice unitate de abur. care exista la acea vreme. Împreună cu industrialul Langen, Otto a creat compania „Otto and Company”, ale cărei planuri includeau producția de motoare noi, dintre care au fost produse aproximativ 5.000 de exemplare. În 1877, Otto a brevetat un motor cu ardere internă în patru timpi, însă, după cum sa dovedit, ciclul în patru timpi a fost inventat cu câțiva ani înainte de acea dată de francezul Beau de Roche. O bătălie legală între acești ingineri sa încheiat cu o înfrângere pentru Otto, drept urmare drepturile sale de monopol asupra ciclului în patru timpi au fost revocate. Cu toate acestea, proiectarea motorului Otto a fost în multe privințe superioară omologului francez, ceea ce a predeterminat succesul său - până în 1897, deja erau produse 42.000 dintre aceste motoare de diferite capacități.

Gazul de lumină ca combustibil pentru motoarele cu ardere internă a restrâns semnificativ zona de aplicare a acestora, astfel încât inginerii din diferite țări au căutat în mod constant un combustibil nou, mai accesibil. Unul dintre primii inventatori care a folosit benzina ca combustibil pentru motoarele cu ardere internă a fost americanul Brighton, care în 1872 a dezvoltat așa-numitul carburator „evaporativ”. Cu toate acestea, designul său a fost atât de defectuos încât și-a abandonat încercările.

La numai zece ani de la inventarea lui Brighton, a fost creat un motor funcțional cu ardere internă care funcționează pe benzină. Gottlieb Daimler, un inginer german talentat, care a lucrat la firma Otto, la începutul anilor 80 ai secolului al XIX-lea, i-a propus șefului un proiect pe care el însuși l-a dezvoltat pentru un motor pe benzină care putea fi utilizat în transportul rutier, dar Otto și-a respins angajamentele. Ca răspuns, Daimler și prietenul său Wilhelm Maybach au demisionat de la Otto & Company și și-au început propria afacere. Primul motor Daimler-Maybach pe benzină a apărut în 1883 și a fost destinat instalării permanente. Aprinderea cilindrului a venit dintr-un tub gol roșu-fierbinte, dar, în general, designul motorului a lăsat mult de dorit tocmai din cauza aprinderii nesatisfăcătoare, precum și a procesului de evaporare a benzinei.

În această etapă, a fost necesar un sistem de evaporare a benzinei mai simplu și mai fiabil, care a fost inventat în 1893 de designerul maghiar Donat Banki. El a inventat carburatorul, care a devenit prototipul pentru sistemele de carburator cunoscute astăzi. Băncile au propus o idee revoluționară pentru acele vremuri - nu să evapore benzină - ci să o pulverizeze uniform peste cilindru. Fluxul de aer a aspirat benzina printr-o duză de dozare realizată sub forma unui tub cu găuri. Debitul a fost menținut cu ajutorul unui mic rezervor cu un plutitor care asigură un amestec proporțional constant de aer și benzină.

Din acel moment din istorie, dezvoltarea motorului cu ardere internă a crescut. Primele motoare cu carburator aveau un singur cilindru. Creșterea puterii a fost realizată prin creșterea volumului cilindrului, cu toate acestea, până la sfârșitul secolului, au început să apară motoare cu doi cilindri, iar la începutul secolului al XX-lea, motoarele cu patru cilindri au început să câștige popularitate.

El a primit un brevet pentru utilizarea și metoda de obținere a gazului de iluminat prin distilarea uscată a lemnului sau cărbunelui. Această descoperire a avut o mare importanță, în primul rând pentru dezvoltarea tehnologiei de iluminat. Foarte curând în Franța și apoi în alte țări europene, lămpile pe gaz au început să concureze cu succes cu lumânările scumpe. Cu toate acestea, gazul luminos nu era potrivit doar pentru iluminat.

Brevet de proiectare a motorului pe gaz

Lenoir nu a avut imediat succes. După ce a fost posibilă realizarea tuturor pieselor și asamblarea mașinii, a funcționat destul de mult și s-a oprit, deoarece din cauza încălzirii, pistonul s-a extins și s-a blocat în cilindru. Lenoir și-a îmbunătățit motorul gândindu-se la un sistem de răcire cu apă. Cu toate acestea, a doua încercare de pornire a eșuat și din cauza cursei slabe a pistonului. Lenoir și-a completat designul cu un sistem de lubrifiere. Abia atunci motorul a început să funcționeze.

August Otto

Căutați combustibil nou

Prin urmare, căutarea unui nou combustibil pentru motorul cu ardere internă nu s-a oprit. Unii inventatori au încercat să folosească vapori de combustibil lichid ca gaz. În 1872, americanul Brighton a încercat să folosească kerosen în această calitate. Cu toate acestea, kerosenul s-a evaporat prost, iar Brighton a trecut la un produs petrolier mai ușor - benzina. Dar pentru ca un motor cu combustibil lichid să concureze cu succes cu unul cu gaz, a fost necesar să se creeze un dispozitiv special pentru vaporizarea benzinei și producerea unui amestec combustibil al acestuia cu aerul.

Brighton în același an 1872 a inventat unul dintre primii carburatori așa-numiți "evaporativi", dar a funcționat nesatisfăcător.

Motor pe gaz

Un motor pe benzină funcțional nu a apărut decât zece ani mai târziu. Inventatorul său a fost inginerul german Gottlieb Daimler. Mulți ani a lucrat pentru firma Otto și a fost membru al consiliului de administrație al acesteia. La începutul anilor 80, el i-a propus șefului său un proiect pentru un motor compact pe benzină care să poată fi folosit în transport. Otto a reacționat rece la propunerea lui Daimler. Apoi, Daimler, împreună cu prietenul său Wilhelm Maybach, au luat o decizie îndrăzneață - în 1882 au părăsit compania Otto, au achiziționat un mic atelier lângă Stuttgart și au început să lucreze la proiectul lor.

Problema cu care se confruntă Daimler și Maybach nu a fost una ușoară: au decis să creeze un motor care să nu necesite un generator de gaz, să fie foarte ușor și compact, dar în același timp suficient de puternic pentru a propulsa echipajul. Daimler spera să crească puterea prin creșterea vitezei arborelui, dar pentru aceasta a fost necesar să se asigure frecvența de aprindere necesară a amestecului. În 1883, primul motor pe benzină a fost creat cu aprinderea dintr-un tub gol roșu deschis deschis într-un cilindru.

Primul model de motor pe benzină a fost destinat unei instalații staționare industriale.

Procesul de evaporare a combustibililor lichizi în primele motoare pe benzină a lăsat mult de dorit. Prin urmare, invenția carburatorului a făcut o adevărată revoluție în construcția motorului. Creatorul său este considerat inginerul maghiar Donat Banki. În 1893 a obținut un brevet pentru carburatorul cu jet, care era prototipul tuturor carburatoarelor moderne. Spre deosebire de predecesorii săi, Banks a propus nu evaporarea benzinei, ci pulverizarea ei fină în aer. Acest lucru a asigurat distribuția uniformă a acestuia asupra cilindrului, iar evaporarea în sine a avut loc deja în cilindru sub acțiunea căldurii de compresie. Pentru a asigura atomizarea, benzina a fost aspirată de un flux de aer printr-o duză de dozare și consistența compoziției amestecului a fost realizată prin menținerea unui nivel constant de benzină în carburator. Jetul a fost realizat sub forma uneia sau mai multor găuri într-un tub situat perpendicular pe fluxul de aer. Pentru a menține presiunea, a fost prevăzut un mic rezervor cu plutitor, care a menținut nivelul la o înălțime dată, astfel încât cantitatea de benzină aspirată să fie proporțională cu cantitatea de aer intrat.

Primele motoare cu ardere internă au fost cu un singur cilindru și, pentru a crește puterea motorului, de obicei au crescut volumul cilindrului. Apoi au început să realizeze acest lucru prin creșterea numărului de cilindri.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, au apărut motoare cu doi cilindri, iar de la începutul secolului au început să se răspândească motoarele cu patru cilindri.

Vezi si

Link-uri

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți care este „Istoria creației motoarelor cu ardere internă” în alte dicționare:

Schema: motor cu combustie internă în doi timpi cu amortizor de zgomot ... Wikipedia

Motor Deltic la National Railroad Museum, York, Marea Britanie Napier Deltic este un motor britanic care se apropie ... Wikipedia

Desenul căruciorului cu aburi Kyunho (Jonathan Holguinisburg) (1769) Istoria mașinii a început în 1768 odată cu crearea mașinilor cu abur, capabile să transporte oameni ... Wikipedia

Verificați informațiile. Este necesar să se verifice acuratețea faptelor și acuratețea informațiilor prezentate în acest articol. Ar trebui să existe explicații pe pagina de discuții ... Wikipedia

Cuprins 1 Invenția motocicletei 2 Motocicleta în secolul XX și la începutul secolului XXI ... Wikipedia

Lansarea navei spațiale Apollo 11 de la Centrul Spațial Kennedy pe Lună în 1969. Istoria tehnologică și industrială a Statelor Unite descrie formarea celor mai puternice și tehnologice ... Wikipedia

cu obsesie

Introducere ……………………………………………………………… .2

1. Istoria creației ……………………………………………….… ..3

2. Istoria industriei auto din Rusia ………………………… 7

3. Motoare cu combustie internă alternativă …………………… 8

3.1 Clasificarea motoarelor cu ardere internă ………………………………………… .8

3.2 Bazele dispozitivului motoarelor cu combustie internă cu piston ……………………… 9

3.3 Principiul de funcționare …………………………………………… ..10

3.4 Principiul de funcționare al unui motor cu carburator în patru timpi ……………………………………………………………… 10

3.5 Principiul de funcționare al unui motor diesel în patru timpi …………… 11

3.6 Principiul de funcționare al unui motor în doi timpi …………… .12

3.7 Ciclul de lucru al carburatorului în patru timpi și al motoarelor diesel …………………………………………. …………… .13

3.8 Ciclul de funcționare al unui motor în patru timpi ……… ... …… 14

3.9 Cicluri de lucru ale motoarelor în doi timpi ……………… ... 15

Concluzie …………………………………………………………… ..16

Introducere.

Secolul 20 este o lume a tehnologiei. Mașinile puternice extrag milioane de tone de cărbune, minereu și petrol din intestinele pământului. Centralele electrice puternice generează miliarde de kilowați-oră de electricitate. Mii de fabrici și fabrici produc haine, aparate de radio, televizoare, biciclete, mașini, ceasuri și alte produse esențiale. Telegraful, telefonul și radioul ne conectează cu întreaga lume. Trenurile, navele cu motor, avioanele ne poartă cu viteză mare pe continente și oceane. Și deasupra noastră, dincolo de atmosfera pământului, zboară rachete și sateliți artificiali ai Pământului. Toate acestea nu funcționează fără ajutorul electricității.

Omul și-a început dezvoltarea cu însușirea produselor finite ale naturii. Deja în prima etapă de dezvoltare, a început să folosească instrumente artificiale.

Odată cu dezvoltarea producției, condițiile pentru apariția și dezvoltarea mașinilor încep să prindă contur. La început, mașinile, ca uneltele de muncă, au ajutat doar o persoană în munca sa. Apoi au început treptat să-l înlocuiască.

În perioada feudală a istoriei, pentru prima dată, puterea fluxului de apă a fost folosită ca sursă de energie. Mișcarea apei a rotit roata de apă, care la rândul său a pus în mișcare diverse mecanisme. În această perioadă, a apărut o mare varietate de mașini tehnologice. Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a acestor mașini a fost adesea încetinită din cauza lipsei debitului de apă în apropiere. Era necesar să căutăm noi surse de energie pentru a conduce mașini oriunde pe suprafața pământului. Am încercat energia eoliană, dar sa dovedit a fi ineficientă.

Au început să caute o altă sursă de energie. Inventatorii au lucrat mult timp, au testat o mulțime de mașini - și acum, în cele din urmă, a fost construit un nou motor. Era un motor cu aburi. A pus în mișcare numeroase mașini și mașini-unelte în fabrici și uzine.La începutul secolului al XIX-lea au fost inventate primele vehicule terestre cu aburi - locomotive cu aburi.

Dar motoarele cu aburi erau instalații complexe, greoaie și costisitoare. Transportul mecanic în dezvoltare rapidă avea nevoie de un motor diferit - mic și ieftin. În 1860, francezul Lenoir, folosind elementele structurale ale unui motor cu abur, combustibil pe gaz și o scânteie electrică pentru aprindere, a proiectat primul motor practic cu ardere internă.

1. ISTORIA CREAȚIEI

Utilizarea energiei interne înseamnă a face o muncă utilă în detrimentul acesteia, adică a transforma energia internă în mecanică. În cel mai simplu experiment, care constă în faptul că puțină apă este turnată într-o eprubetă și adusă la fierbere (iar eprubeta este inițial închisă cu un dop), dopul sub presiunea aburului generat crește și apare afară.

Cu alte cuvinte, energia combustibilului este convertită în energia internă a aburului, iar aburul, care se extinde, funcționează, scoțând din priză. Deci, energia internă a aburului este convertită în energia cinetică a dopului.

Dacă eprubeta este înlocuită cu un cilindru metalic puternic, iar ștecherul este înlocuit de un piston care se potrivește perfect pe pereții cilindrului și este capabil să se miște liber de-a lungul lor, veți obține un motor termic simplu.

Motoarele termice sunt mașini în care energia internă a combustibilului este transformată în energie mecanică.

Istoria motoarelor termice se întoarce în trecutul îndepărtat, spun ei, cu mai bine de două mii de ani în urmă, în secolul III î.Hr., marele mecanic și matematician grec Archimedes a construit un tun care a tras cu abur. Un desen al tunului Arhimede și descrierea acestuia au fost găsite 18 secole mai târziu în manuscrisele marelui om de știință, inginer și artist italian Leonardo da Vinci.

Cum a tras acest tun? Un capăt al butoiului era foarte fierbinte peste foc. Apoi a fost turnată apă în partea încălzită a butoiului. Apa s-a evaporat instantaneu și s-a transformat în abur. Aburul, extinzându-se, a aruncat miezul cu forță și tunet. Ceea ce este interesant pentru noi aici este că butoiul tunului era un cilindru, de-a lungul căruia miezul aluneca ca un piston.

Aproximativ trei secole mai târziu, în Alexandria, un oraș cultural și bogat de pe coasta africană a Mării Mediterane, a trăit și a lucrat omul de știință remarcabil Heron, pe care istoricii îl numesc Heron al Alexandriei. Geron a lăsat mai multe lucrări care au ajuns la noi, în care a descris diverse mașini, dispozitive, mecanisme cunoscute la acea vreme.

În scrierile Heron există o descriere a unui dispozitiv interesant, care acum se numește mingea Heron. Este o bilă goală de fier fixată în așa fel încât să se poată roti în jurul unei axe orizontale. Dintr-un cazan închis cu apă clocotită, aburul printr-un tub intră în bilă, din bilă izbucnește prin tuburile curbate, în timp ce bila începe să se rotească. Energia internă a aburului este convertită în energie mecanică a rotației mingii. Mingea lui Geron este un prototip al motoarelor cu reacție moderne.

În acel moment, invenția lui Heron nu a găsit aplicație și a rămas doar distractivă. Au trecut 15 secole. La momentul noii perioade de glorie a științei și tehnologiei, care a venit după Evul Mediu, Leonardo da Vinci se gândește să folosească energia internă a aburului. În manuscrisele sale există mai multe desene care înfățișează un cilindru și un piston. Există apă sub piston în cilindru, iar cilindrul în sine este încălzit. Leonardo da Vinci a presupus că aburul format ca urmare a încălzirii apei, extinderea și creșterea volumului, va căuta o ieșire și va împinge pistonul în sus. În timpul mișcării sale ascendente, pistonul ar putea face o muncă utilă.

Giovanni Branca, care a trăit secolele marelui Leonardo, a avut o idee ușor diferită despre un motor care utilizează energia aburului. Era o roată cu
lame, în a doua, un jet de abur a lovit cu forță, din cauza căruia roata a început să se rotească. A fost în esență prima turbină cu abur.

În secolele XVII-XVIII au lucrat englezii Thomas Severi (1650-1715) și Thomas Newcomen (1663-1729), francezul Denis Papen (1647-1714), omul de știință rus Ivan Ivanovich Polzunov (1728-1766) și alții inventarea aburului.

Papen a construit un cilindru în care un piston se mișca liber în sus și în jos. Pistonul a fost conectat printr-un cablu, aruncat peste bloc, cu o sarcină, care, după piston, s-a ridicat și a căzut și ea. Potrivit lui Papen, pistonul ar putea fi conectat la orice mașină, de exemplu, o pompă de apă care ar pompa apă. Varicela a fost turnată în partea inferioară culcată a cilindrului, care a fost apoi incendiată. Gazele rezultate, încercând să se extindă, au împins pistonul în sus. După aceea, apă din diodă a fost turnată peste cilindru și piston din exterior. Gazele din cilindru au fost răcite, iar presiunea lor asupra pistonului a scăzut. Pistonul, sub influența propriei greutăți și a presiunii atmosferice externe, a fost coborât în ​​timp ce ridica sarcina. Motorul făcea o muncă utilă. În scopuri practice, a fost inutil: ciclul tehnologic al activității sale a fost prea complicat (umplerea și aprinderea prafului de pușcă, turnarea apei peste ea și aceasta pe toată durata funcționării motorului!). În plus, utilizarea unui astfel de motor a fost departe de a fi sigură.

Cu toate acestea, nu putem să nu vedem în prima mașină Pahlen caracteristicile unui motor modern cu ardere internă.

În noul său motor, Papen a folosit apă în loc de praf de pușcă. A fost turnat în cilindrul de sub piston, iar cilindrul în sine a fost încălzit de jos. Aburul rezultat a ridicat pistonul. Apoi cilindrul a fost răcit și aburul din el s-a condensat - din nou transformat în apă. Pistonul, ca și în cazul unui motor cu pulbere, a căzut sub influența greutății și a presiunii sale atmosferice. Acest motor a funcționat mai bine decât unul cu praf de pușcă, dar a fost, de asemenea, de puțin folos pentru utilizarea practică serioasă: a fost necesar să alimentați și să îndepărtați focul, să furnizați apă răcită, să așteptați condensul aburului, să opriți apa etc.

Toate aceste dezavantaje s-au datorat faptului că pregătirea aburului necesar funcționării motorului a avut loc în cilindrul propriu-zis. Dar ce se întâmplă dacă aburul gata preparat, obținut, de exemplu, într-un cazan separat, este admis în cilindru? Apoi ar fi suficient să se introducă alternativ abur, apoi apă răcită în cilindru, iar motorul ar funcționa la o turație mai mare și un consum mai mic de combustibil.

Un contemporan al lui Denis Palen, englezul Thomas Severi, care a construit o pompă de abur pentru a pompa apa din mină, a ghicit despre acest lucru. În mașina sa, aburul a fost pregătit în afara cilindrului - în cazan.

După Severi, fierarul englez Thomas Newcomen a proiectat motorul cu aburi (adaptat și pentru pomparea apei din mină). A folosit cu pricepere o mare parte din ceea ce fusese inventat înainte de el. Newcomen a luat un cilindru cu un piston Papen, dar a primit abur pentru a ridica pistonul, ca și Severi, într-un cazan separat.

Mașina Newcomen, la fel ca toți predecesorii săi, a funcționat intermitent - a existat o pauză între două curse de lucru ale pistonului. Era la fel de înaltă ca o clădire cu patru etaje și, prin urmare, în mod excepțional<прожорлива>: cincizeci de cai abia au avut timp să-i livreze combustibil. Personalul de serviciu era format din două persoane: pompierul arunca continuu cărbune în<ненасытную пасть>cuptoarele, iar mecanicul acționa robinetele care lăsau abur și apă rece să intre în cilindru.

Au mai durat 50 de ani până când a fost construit motorul universal cu aburi. Acest lucru s-a întâmplat în Rusia, într-una dintre marginile sale îndepărtate - Altai, unde la acea vreme lucra un inventator rus strălucit, fiul unui soldat Ivan Polzunov.

Polzunov a construit-o pe a sa<огнедействующую машину>la una dintre fabricile din Barnaul. Această invenție a fost opera vieții sale și, s-ar putea spune, i-a costat viața. În aprilie 1763 Polzunov termină calculele și supune proiectul spre examinare. Spre deosebire de pompele de abur Severi și Newcomen, despre care știa Polzunov și ale căror deficiențe le înțelegea clar, acesta era un proiect al unei mașini universale de acțiune continuă. Mașina a fost proiectată pentru burduful care suflă aer în cuptoarele de topire. Caracteristica sa principală a fost că arborele de lucru s-a legănat continuu, fără pauze de ralanti. Acest lucru a fost realizat de faptul că Polzunov a furnizat, în loc de un singur cilindru, așa cum a fost cazul mașinii Newcomen, două funcționând alternativ. În timp ce într-un cilindru pistonul a crescut sub acțiunea aburului, aburul s-a condensat în celălalt și pistonul a coborât. Ambii pistoane erau conectate printr-un arbore de lucru, pe care îl roteau alternativ într-o direcție sau alta. Cursa de lucru a mașinii a fost efectuată nu datorită presiunii atmosferice, ca la Newcomen, ci datorită muncii aburului din cilindri.

În primăvara anului 1766, studenții lui Polzunov, la o săptămână după moartea sa (a murit la 38 de ani), au testat mașina. A lucrat 43 de zile și a pus în mișcare burdufurile a trei cuptoare de topire. Apoi, cazanul a început să scurgă; pielea care acoperea pistoanele (pentru a reduce decalajul dintre peretele cilindrului și piston) era uzată, iar mașina s-a oprit pentru totdeauna. Nimeni altcineva nu a făcut-o.

Creatorul unei alte mașini cu aburi universale, care s-a răspândit, a fost mecanicul englez James Watt (1736-1819). Lucrând la îmbunătățirea mașinii Newcomen, în 1784 a construit un motor care era potrivit pentru orice nevoie. Invenția lui Watt a fost primită cu o explozie. În cele mai dezvoltate țări din Europa, munca manuală în fabrici și fabrici este înlocuită din ce în ce mai mult cu munca mașinilor. Motorul universal a devenit necesar pentru producție și a fost creat.

Motorul Watt folosește așa-numitul mecanism cu manivelă, care transformă mișcarea alternativă a pistonului în
mișcarea de rotație a roții.

Ulterior a fost inventat<двойное действие>mașini: direcționând alternativ aburul sub piston, apoi deasupra pistonului, Watt a transformat ambele curse (în sus și în jos) în cele funcționale. Mașina a devenit mai puternică. Aburul din părțile superioare și inferioare ale cilindrului a fost dirijat de un mecanism special de distribuție a aburului, care a fost ulterior îmbunătățit și denumit<золотником>.

Apoi Watt a ajuns la concluzia că nu este deloc necesar să furnizezi abur cilindrului tot timpul în care pistonul se mișcă. Este suficient să lăsați o porție de abur în cilindru și să transmiteți pistonului mișcare, iar apoi acest abur va începe să se extindă și să deplaseze pistonul în poziția extremă. Acest lucru a făcut mașina mai economică: a fost nevoie de mai puțin abur, a fost consumat mai puțin combustibil.

Astăzi, unul dintre cele mai comune motoare termice este motorul cu ardere internă (ICE). Este instalat pe mașini, nave, tractoare, bărci cu motor etc., există sute de milioane de astfel de motoare în întreaga lume.

Pentru a evalua un motor termic, este important să știm cât din energia eliberată de combustibil o transformă în muncă utilă. Cu cât această parte a energiei este mai mare, cu atât motorul este mai economic.

Pentru a caracteriza eficiența, se introduce conceptul de eficiență.

Eficiența unui motor termic este raportul dintre acea parte a energiei care a intrat în activitatea utilă a motorului și toată energia eliberată în timpul arderii combustibilului.

Primul motor diesel (1897) a avut o eficiență de 22%. Motor cu aburi Watt (1768) - 3-4%, motorul staționar modern are o eficiență de 34-44%.

2. ISTORIA AUTOMOTIVEI ÎN RUSIA

Transportul auto în Rusia servește toate sectoarele economiei naționale și ocupă unul dintre locurile de frunte în sistemul de transport unificat al țării. Ponderea transportului rutier reprezintă peste 80% din mărfurile transportate de toate modurile de transport combinate și peste 70% din traficul de pasageri.

Transportul auto a fost creat ca urmare a dezvoltării unei noi ramuri a economiei naționale - industria auto, care în etapa actuală este una dintre principalele verigi în ingineria mecanică internă.

Crearea mașinii a început în urmă cu mai bine de două sute de ani (denumirea de „mașină” provine de la cuvântul grecesc autos - „auto” și latina mobilis - „mobil”), când au început să facă căruțe „autopropulsate”. Au apărut pentru prima dată în Rusia. În 1752, un mecanic autodidact rus, un țăran L. Shamshurenkov, a creat o „trăsură autofundantă”, care era destul de perfectă pentru vremea sa, pusă în mișcare de puterea a doi oameni. Mai târziu, inventatorul rus I.P. Kulibin a creat un „coș de scutere” cu pedală. Odată cu apariția motorului cu aburi, crearea căruțelor autopropulsate a avansat rapid. În 1869-1870. J. Cugno în Franța și, câțiva ani mai târziu, în Anglia, au fost construite mașini cu aburi. Utilizarea pe scară largă a automobilului ca vehicul începe cu apariția motorului cu ardere internă de mare viteză. În 1885 G. Daimler (Germania) a construit o motocicletă cu motor pe benzină, iar în 1886 K. Benz - o trăsură cu trei roți. Cam în același timp, în țările dezvoltate industrial (Franța, Marea Britanie, SUA) se creează mașini cu motoare cu ardere internă.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, industria auto a apărut în mai multe țări. În Rusia țaristă, s-au încercat în mod repetat să își organizeze propria inginerie mecanică. În 1908, producția de mașini a fost organizată la fabrica de transport ruso-baltică din Riga. Timp de șase ani, aici s-au produs mașini, asamblate în principal din piese importate. În total, fabrica a construit 451 de autoturisme și un număr mic de camioane. În 1913, parcarea din Rusia se ridica la aproximativ 9000 de mașini, dintre care majoritatea erau realizate în străinătate.

După Marea Revoluție Socialistă din Octombrie, industria auto internă a trebuit să fie creată din nou. Începutul dezvoltării industriei auto ruse datează din 1924, când au fost construite primele camioane AMO-F-15 la uzina AMO din Moscova.

În perioada 1931-1941. se creează producția pe scară largă și în masă de mașini. În 1931, fabrica AMO a început producția în masă de camioane. În 1932, fabrica GAZ a fost pusă în funcțiune.

În 1940, Uzina de autoturisme mici din Moscova a început producția de autoturisme mici. Puțin mai târziu, a fost înființată Uzina de Automobile Ural. În anii planurilor de cinci ani postbelice, au fost puse în funcțiune fabricile de automobile de la Kutaisi, Kremenchug, Ulyanovsk și Minsk. De la sfârșitul anilor 60, dezvoltarea industriei auto a fost caracterizată de un ritm deosebit de rapid. În 1971, uzina de automobile Volzhsky, numită după V.I. A 50-a aniversare a URSS.

După cum sa menționat mai sus, dilatarea termică este utilizată într-un motor cu ardere internă. Dar cum se aplică și ce funcție îndeplinește, vom lua în considerare utilizarea exemplului de funcționare a unui motor cu combustie internă cu piston. Un motor este o mașină cu energie care transformă orice energie în lucru mecanic. Motoarele în care se creează lucrări mecanice ca urmare a conversiei energiei termice se numesc motoare termice. Energia termică se obține prin arderea oricărui tip de combustibil. Un motor termic, în care o parte din energia chimică a combustibilului ars în cavitatea de lucru este transformată în energie mecanică, se numește motor cu combustie internă cu piston. (Dicționar enciclopedic sovietic)

După cum sa menționat mai sus, ICE-urile, în care procesul de ardere a combustibilului cu eliberarea căldurii și transformarea acestuia în lucru mecanic, are loc direct în cilindri, sunt cele mai răspândite ca centrale electrice pentru mașini. Dar, în majoritatea mașinilor moderne, sunt instalate motoare cu ardere internă, care sunt clasificate în funcție de diverse criterii: Prin metoda de formare a amestecului - motoare cu formare de amestec extern, în care amestecul combustibil este pregătit în afara cilindrilor (carburator și gaz) și motoare cu formare de amestec intern (amestecul de lucru se formează în interiorul cilindrilor) -dieseluri; Prin modul de desfășurare a ciclului de lucru - patru timpi și doi timpi; În funcție de numărul de cilindri - monocilindri, bicilindri și multi-cilindri; Conform dispunerii cilindrilor - motoare cu dispunere verticală sau înclinată a cilindrilor pe un rând, în formă de V cu dispunerea cilindrilor la unghi (cu dispunerea cilindrilor la un unghi de 180, motorul se numește motor cu cilindri opuși, sau opuși); Prin metoda de răcire - pentru motoarele cu răcire lichidă sau cu aer; După tipul de combustibil utilizat - benzină, motorină, gaz și multi-combustibil; După raportul de compresie. În funcție de gradul de compresie, se face distincția între

motoare cu compresie ridicată (E = 12 ... 18) și scăzută (E = 4 ... 9); Prin metoda de umplere a cilindrului cu o nouă încărcare: a) motoare aspirate natural, în care se injectează aer sau un amestec combustibil datorită vidului în cilindru în timpul cursei de aspirație a pistonului;) motoare supraîncărcate, în care aerul sau un amestecul combustibil este injectat în cilindrul de lucru sub presiune, creat de compresor, pentru a crește sarcina și a obține o putere mai mare a motorului; În funcție de frecvența de rotație: viteză redusă, viteză mare, viteză mare; Prin scop, fac distincția între motoarele staționare, tractor auto, navă, locomotivă diesel, aviație etc.

Motoarele cu ardere internă alternativă constau din mecanisme și sisteme care își îndeplinesc funcțiile atribuite și interacționează între ele. Părțile principale ale unui astfel de motor sunt mecanismul cu manivelă și mecanismul de distribuție a gazului, precum și sistemele de alimentare cu energie electrică, răcire, aprindere și lubrifiere.

Mecanismul manivelei transformă mișcarea alternativă rectilinie a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui cotit.

Mecanismul de distribuție a gazelor asigură admiterea în timp util a amestecului combustibil în butelie și îndepărtarea produselor de ardere din acesta.

Sistemul de alimentare este conceput pentru prepararea și furnizarea unui amestec combustibil în cilindru, precum și pentru îndepărtarea produselor de ardere.

Sistemul de lubrifiere servește la alimentarea cu ulei a părților care interacționează pentru a reduce forța de frecare și a le răci parțial, împreună cu aceasta, circulația uleiului duce la spălarea depozitelor de carbon și îndepărtarea produselor de uzură.

Sistemul de răcire menține o temperatură normală de funcționare a motorului, asigurând îndepărtarea căldurii din părțile cilindrilor grupului de pistoane și mecanismul supapelor care sunt foarte fierbinți în timpul arderii amestecului de lucru.

Sistemul de aprindere este conceput pentru a aprinde amestecul de lucru din cilindrul motorului.

Deci, un motor cu piston în patru timpi constă dintr-un cilindru și un carter, care este închis de jos printr-un rezervor. În interiorul cilindrului, un piston cu inele de compresie (etanșare) se mișcă, sub forma unui pahar cu fundul în partea superioară. Pistonul este conectat printr-un știft de piston și o bielă la arborele cotit, care se rotește în lagărele principale situate în carter. Arborele cotit este format din jurnale principale, obraji și jurnale ale bielei. Cilindrul, pistonul, biela și arborele cotit alcătuiesc așa-numitul mecanism al manivelei. De sus, cilindrul este acoperit cu un cap cu supape, a căror deschidere și închidere este strict coordonată cu rotația arborelui cotit și, în consecință, cu mișcarea pistonului.

Mișcarea pistonului este limitată la două poziții extreme la care viteza sa este zero. Poziția cea mai de sus a pistonului se numește centrul mort superior (TDC), poziția sa cea mai de jos este centrul mort inferior (BDC).

Mișcarea continuă a pistonului prin centrul mort este asigurată de un volant sub forma unui disc cu o jantă masivă. Distanța parcursă de piston de la TDC la BDC se numește cursa pistonului S, care este egală cu dublul razei R a manivelei: S = 2R.

Spațiul de deasupra coroanei pistonului când se află la TDC se numește cameră de combustie; volumul său este notat cu Vc; spațiul cilindrului între două puncte moarte (BDC și TDC) se numește volumul său de lucru și este notat cu Vh. Suma volumului camerei de ardere Vc și a volumului de lucru Vh este volumul total al cilindrului Va: Va = Vc + Vh. Volumul de lucru al cilindrului (se măsoară în centimetri cubi sau metri): Vh = pD ^ 3 * S / 4, unde D este diametrul cilindrului. Suma tuturor volumelor de lucru ale cilindrilor unui motor multi-cilindru se numește volumul de lucru al motorului, este determinată de formula: Vр = (pD ^ 2 * S) / 4 * i, unde i este numărul cilindrilor. Raportul dintre volumul total al cilindrului Va și volumul camerei de ardere Vc se numește raportul de compresie: E = (Vc + Vh) Vc = Va / Vc = Vh / Vc + 1. Raportul de compresie este un parametru important pentru motoarele cu ardere internă, deoarece îi afectează foarte mult eficiența și puterea.

Acțiunea unui motor cu combustie internă cu piston se bazează pe utilizarea muncii de expansiune termică a gazelor încălzite în timpul mișcării pistonului de la TDC la BDC. Încălzirea gazelor în poziția TDC se realizează ca urmare a arderii în cilindrul de combustibil amestecat cu aerul. Aceasta crește temperatura gazelor și presiunea. Deoarece presiunea sub piston este egală cu cea atmosferică, iar în cilindru este mult mai mare, atunci sub influența diferenței de presiune, pistonul se va deplasa în jos, în timp ce gazele se vor extinde, făcând lucrări utile. Aici se face simțită expansiunea termică a gazelor și aici se află funcția sa tehnologică: presiunea asupra pistonului. Pentru ca motorul să genereze constant energie mecanică, cilindrul trebuie umplut periodic cu porțiuni noi de aer prin supapa de admisie și combustibil prin duză sau un amestec de aer și combustibil trebuie furnizat prin supapa de admisie. Produsele de ardere după expansiunea lor sunt îndepărtate din cilindru prin supapa de admisie. Aceste sarcini sunt realizate de mecanismul de distribuție a gazului, care controlează deschiderea și închiderea supapelor și sistemul de alimentare cu combustibil.

Ciclul de lucru al unui motor este o serie repetată periodic de procese secvențiale care au loc în fiecare cilindru al motorului și care determină conversia energiei termice în lucru mecanic. Dacă ciclul de lucru este finalizat în două curse de piston, adică pentru o rotație a arborelui cotit, un astfel de motor se numește în doi timpi.

Motoarele auto funcționează de obicei într-un ciclu în patru timpi, care necesită două rotații ale arborelui cotit sau patru curse de piston și constă în curse de admisie, compresie, expansiune (cursă) și evacuare.

Într-un motor monocilindru în patru timpi cu carburator, ciclul de funcționare este următorul:

1. Cursa de admisie Pe măsură ce arborele cotit al motorului face prima jumătate de viraj, pistonul se deplasează de la TDC la BDC, supapa de admisie este deschisă, supapa de evacuare este închisă. În cilindru se creează un vid de 0,07 - 0,095 MPa, în urma căruia o nouă încărcare a amestecului combustibil, constând din vapori de benzină și aer, este aspirată prin colectorul de admisie în cilindru și, amestecând cu gazele reziduale de evacuare. , formează un amestec de lucru.

2. Ciclul de compresie. După umplerea cilindrului cu un amestec combustibil, cu o rotație suplimentară a arborelui cotit (a doua jumătate de tură), pistonul se deplasează de la BDC la TDC cu supape închise. Pe măsură ce volumul scade, temperatura și presiunea amestecului de lucru cresc.

3. Cursa de expansiune sau cursa de lucru. La sfârșitul cursei de compresie, amestecul de lucru se aprinde dintr-o scânteie electrică și se arde rapid, rezultând că temperatura și presiunea gazelor formate cresc brusc, în timp ce pistonul se deplasează de la TDC la BDC. Rotația arborelui cotit . La expansiune, gazele fac o muncă utilă, prin urmare, cursa pistonului la a treia jumătate de tură a arborelui cotit se numește cursă de lucru. La sfârșitul cursei de lucru a pistonului, când este aproape de BDC, supapa de evacuare se deschide, presiunea din cilindru scade la 0,3 -0,75 MPa, iar temperatura scade la 950 - 1200 C. 4. Cursa de evacuare. La a patra jumătate de tură a arborelui cotit, pistonul se deplasează de la BDC la TDC. În acest caz, supapa de evacuare este deschisă și produsele de ardere sunt împinse din cilindru în atmosferă prin conducta de gaze de eșapament.

Într-un motor în patru timpi, procesele de lucru sunt după cum urmează:

1. Accident vascular cerebral. Când pistonul se deplasează de la TDC la BDC datorită vidului rezultat din filtrul de aer, aerul atmosferic intră în cavitatea cilindrului prin supapa de admisie deschisă. Presiunea aerului din cilindru este de 0,08 - 0,095 MPa, iar temperatura este de 40 - 60 C.

2. Ciclul de compresie. Pistonul se deplasează de la BDC la TDC; supapele de admisie și ieșire sunt închise, drept urmare pistonul care se deplasează în sus comprimă aerul de intrare. Pentru a aprinde combustibilul, temperatura aerului comprimat trebuie să fie mai mare decât temperatura de autoaprindere a combustibilului. În timpul cursei pistonului către TDC, motorina alimentată de pompa de combustibil este injectată prin injector.

3. Cursa de expansiune sau cursa de lucru. Combustibilul injectat la sfârșitul cursei de compresie, amestecându-se cu aerul încălzit, se aprinde și începe procesul de ardere, caracterizat printr-o creștere rapidă a temperaturii și a presiunii. Mai mult, maximul

presiunea gazului ajunge la 6 - 9 MPa, iar temperatura este 1800 - 2000 C. Sub acțiunea presiunii gazului, pistonul 2 se deplasează de la TDC la BDC - are loc o cursă de lucru. În jurul BDC, presiunea scade la 0,3 - 0,5 MPa, iar temperatura scade la 700 - 900 C.

4. Ciclul de eliberare. Pistonul se deplasează de la BDC la TDC și prin supapa de evacuare deschisă 6, gazele de evacuare sunt împinse din cilindru. Presiunea gazului scade la 0,11 - 0,12 MPa, iar temperatura scade la 500-700 C. După sfârșitul cursei de evacuare, cu o rotație suplimentară a arborelui cotit, ciclul de funcționare se repetă în aceeași succesiune. Pentru generalizare, sunt prezentate diagramele ciclului de funcționare a motoarelor și motorinelor cu carburator.

Motoarele în doi timpi diferă de cele în patru timpi prin faptul că cilindrii lor sunt plini cu un amestec combustibil sau aer la începutul cursei de compresie, iar cilindrii sunt curățați de gazele de eșapament la sfârșitul cursei de expansiune, adică procesele de evacuare și admisie au loc fără curse de piston independente. Proces general pentru toate tipurile de push-pull

motoare - deblocare, adică procesul de eliminare a gazelor de eșapament din cilindru folosind un flux de amestec combustibil sau aer. Prin urmare, acest tip de motor are un compresor (pompă de evacuare). Luați în considerare funcționarea unui motor cu carburator în doi timpi cu suflare în cameră cu manivelă. Acest tip de motor nu are supape, rolul lor este jucat de un piston, care închide orificiile de intrare, ieșire și purjare în timpul mișcării sale. Prin aceste ferestre, cilindrul din anumite puncte comunică cu conductele de intrare și ieșire și camera cu manivelă (carter), care nu are comunicare directă cu atmosfera. Cilindrul din partea de mijloc are trei orificii: intrare, ieșire 6 și purjare, care este comunicată de o supapă cu o cameră cu manivelă a motorului.

Ciclul de lucru în motor se desfășoară în două timpi:

1. Ciclul de compresie. Pistonul se deplasează de la BDC la TDC, blocând mai întâi purjarea și apoi ieșirea cu 6 porturi. După ce pistonul închide orificiul de ieșire din cilindru, începe compresia amestecului combustibil furnizat anterior. În același timp, datorită etanșeității sale, se creează un vid în camera manivelei, sub acțiunea căreia un amestec combustibil pătrunde în camera manivelei din carburator prin fereastra de intrare deschisă.

2. Cursa cursei de lucru. Când pistonul este aproape de TDC, amestecul de lucru comprimat este aprins de o scânteie electrică de la o lumânare, ca urmare a cărei temperatură și presiunea gazelor cresc brusc. Sub acțiunea de expansiune termică a gazelor, pistonul se deplasează către BDC, în timp ce gazele în expansiune lucrează util. În același timp, pistonul descendent închide orificiul de admisie și comprimă amestecul de combustibil din carter.

Când pistonul ajunge la orificiul de evacuare, acesta se deschide și gazele evacuate sunt eliberate în atmosferă, presiunea din cilindru scade. Cu o mișcare suplimentară, pistonul deschide fereastra de purjare și amestecul combustibil comprimat în camera manivelei curge prin canal, umplând cilindrul și purjându-l de gazele de evacuare rămase.

Ciclul de funcționare al unui motor diesel în doi timpi diferă de ciclul de funcționare al unui motor cu carburator în doi timpi prin faptul că motorul diesel intră în cilindru cu aer, nu un amestec combustibil, iar la sfârșitul procesului de compresie, combustibil fin atomizat este injectat.

Puterea unui motor în doi timpi cu aceeași dimensiune a cilindrului și a turației arborelui este teoretic de două ori mai mare decât un motor în patru timpi datorită unui număr mai mare de cicluri de funcționare. Cu toate acestea, utilizarea incompletă a cursei pistonului pentru expansiune, eliberarea mai slabă a cilindrului de gazele reziduale și costul unei părți din puterea generată pentru a acționa compresorul de purjare duc practic la o creștere a puterii doar cu 60 ... 70%.

Ciclul de lucru al unui motor în patru timpi constă din cinci procese: admisie, compresie, ardere, expansiune și evacuare, care se efectuează în patru timpi sau în două rotații ale arborelui cotit.

O reprezentare grafică a presiunii gazului cu o modificare a volumului în cilindrul motorului în timpul implementării fiecăruia dintre cele patru cicluri este dată de o diagramă indicatoare. Poate fi construit pe baza datelor de calcul termic sau preluat în timp ce motorul funcționează folosind un dispozitiv special - un indicator.

Procesul de admisie. Aportul amestecului combustibil se efectuează după ce gazele de eșapament din ciclul anterior au fost evacuate din butelii. Supapa de admisie se deschide cu ceva avans înainte de TDC pentru a obține o zonă de debit mai mare la supapă până când pistonul ajunge la TDC. Admiterea amestecului combustibil se efectuează în două perioade. În prima perioadă, amestecul intră atunci când pistonul se deplasează de la TDC la BDC datorită vidului generat în cilindru. În a doua perioadă, amestecul este injectat atunci când pistonul se deplasează de la BDC la TDC pentru o perioadă de timp, corespunzător rotației 40 - 70 a arborelui cotit datorită diferenței de presiune și a vitezei de amestec. Admisia amestecului combustibil se încheie cu închiderea supapei de admisie. Amestecul combustibil care intră în cilindru se amestecă cu gazele reziduale din ciclul anterior și formează un amestec combustibil. Presiunea amestecului în cilindru în timpul procesului de admisie este de 70 - 90 kPa și depinde de pierderile hidraulice din sistemul de admisie al motorului. Temperatura amestecului la sfârșitul procesului de admisie crește la 340 - 350 K datorită contactului său cu piesele motorului încălzite și amestecului cu

gaze reziduale cu temperatura de 900 - 1000 K.

Proces de compresie. Compresia amestecului de lucru din cilindrul motorului are loc atunci când supapele sunt închise și pistonul se mișcă. Procesul de compresie are loc în prezența schimbului de căldură între amestecul de lucru și pereți (cilindru, cap piston și cap). La începutul comprimării, temperatura amestecului de lucru este mai mică decât temperatura peretelui, astfel că căldura este transferată în amestec din pereți. Pe măsură ce compresia continuă, temperatura amestecului crește și devine mai mare decât temperatura peretelui, astfel că căldura din amestec este transferată pe pereți. Astfel, procesul de compresie se desfășoară de-a lungul poltropului, al cărui indice mediu este n = 1,33 ... 1,38. Procesul de compresie se încheie în momentul aprinderii amestecului de lucru. Presiunea amestecului de lucru din cilindru la sfârșitul compresiei este de 0,8 - 1,5 MPa, iar temperatura este de 600 - 750 K.

Procesul de ardere. Arderea amestecului de lucru începe înainte ca pistonul să ajungă la TDC, adică când amestecul comprimat este aprins de o scânteie electrică. După aprindere, fața flăcării unei lumânări aprinse din lumânare se răspândește pe întregul volum al camerei de ardere la o viteză de 40-50 m / s. În ciuda unei rate de combustie atât de ridicate, amestecul are timp să ardă în timp, până când arborele cotit se transformă între 30 și 35. Când amestecul de lucru arde, o cantitate mare de căldură este eliberată în secțiunea corespunzătoare 10-15 înainte de TDC și 15- 20 după BDC, în urma căreia presiunea și temperatura gazelor formate în cilindru cresc rapid. La sfârșitul arderii, presiunea gazului atinge 3-5 MPa, iar temperatura este de 2500 - 2800 K.

Procesul de extindere. Expansiunea termică a gazelor în cilindrul motorului are loc după sfârșitul procesului de ardere atunci când pistonul se deplasează la BDC. Gazele, în expansiune, fac lucrări utile. Procesul de dilatare termică are loc cu schimb intensiv de căldură între gaze și pereți (cilindru, cap piston și coroană). La începutul expansiunii, amestecul de lucru arde, ca urmare a căreia gazele rezultate primesc căldură. În timpul întregului proces de expansiune termică, gazele degajă căldură pereților. Temperatura gazelor în procesul de expansiune scade, prin urmare, diferența de temperatură dintre gaze și pereți se schimbă. Procesul de dilatare termică, care se termină la deschiderea supapei de evacuare. Procesul de expansiune termică are loc de-a lungul politrei, al cărui indice mediu este n2 = 1,23 ... 1,31. Presiunea gazului din butelie la sfârșitul expansiunii este de 0,35 -0,5 MPa, iar temperatura este de 1200 - 1500 K.

Procesul de eliberare. Descărcarea gazelor de eșapament începe atunci când supapa de eșapament este deschisă, adică 40 - 60 înainte de sosirea pistonului în BDC. Eliberarea gazelor din butelie se efectuează în două perioade. În prima perioadă, eliberarea gazelor are loc atunci când pistonul se deplasează la BDC datorită faptului că presiunea gazului din cilindru este mult mai mare decât atmosferică. În această perioadă, aproximativ 60% din gazele de eșapament sunt eliminate din cilindru la o viteză de 500 - 600 m / s. În a doua perioadă, eliberarea gazelor are loc atunci când pistonul se deplasează de la BDC la închiderea supapei de evacuare datorită acțiunii de împingere a pistonului și a inerției gazelor în mișcare. Eliberarea gazelor de eșapament se încheie în momentul închiderii supapei de eșapament, adică la 10 - 20 după ce pistonul ajunge la TDC. Presiunea gazului din cilindru în timpul procesului de expulzare este de 0,11 - 0,12 MPa, temperatura gazului la sfârșitul procesului de evacuare este de 90 - 1100 K.

Ciclul de lucru al unui motor diesel diferă semnificativ de ciclul de lucru al unui motor cu carburator prin modul de formare și aprindere a amestecului de lucru.

Procesul de admisie. Admisia de aer începe când admisia este deschisă.

supapă și se termină când se închide. Procesul de admisie a aerului este același cu admisia amestecului combustibil într-un motor cu carburator. Presiunea aerului din cilindru în timpul procesului de admisie este de 80 - 95 kPa și depinde de pierderile hidraulice din sistemul de admisie a motorului. Temperatura aerului la sfârșitul procesului de evacuare crește la 320 - 350 K datorită contactului său cu piesele motorului încălzite și amestecului cu gazele reziduale.

Proces de compresie. Compresia aerului din cilindru începe după închiderea supapei de admisie și se termină în momentul injecției de combustibil în camera de ardere. Presiunea aerului din cilindru la sfârșitul compresiei este de 3,5 - 6 MPa, iar temperatura este de 820 - 980 K.

Procesul de ardere. Arderea combustibilului începe din momentul în care combustibilul este furnizat cilindrului, adică 15 - 30 înainte de sosirea pistonului la TDC. În acest moment, temperatura aerului comprimat este cu 150-200 C mai mare decât temperatura de autoaprindere. combustibilul, care a intrat în cilindru într-o stare fin atomizată, se aprinde nu instantaneu, ci cu o întârziere pentru un anumit timp (0,001 - 0,003 s), denumită perioada de întârziere a aprinderii. În această perioadă, combustibilul se încălzește, se amestecă cu aerul și se evaporă, adică se formează un amestec de lucru. Combustibilul preparat se aprinde și arde. La sfârșitul arderii, presiunea gazului atinge 5,5 - 11 MPa, iar temperatura ajunge la 1800 - 2400 K.

Procesul de extindere. Expansiunea termică a gazelor din butelie începe după terminarea procesului de ardere și se termină la închiderea supapei de evacuare. La începutul expansiunii, combustibilul arde. Procesul de expansiune termică se desfășoară similar procesului de expansiune termică a gazelor într-un motor cu carburator. Presiunea gazului din cilindru la sfârșitul expansiunii este de 0,3 - 0,5 MPa, iar temperatura este de 1000 - 1300 K.

Procesul de eliberare. Descărcarea gazelor de eșapament începe atunci când supapa de eșapament este deschisă și se termină atunci când supapa de eșapament se închide. Procesul de evacuare a gazelor de eșapament are loc în același mod ca procesul de evacuare a gazelor într-un motor cu carburator. Presiunea gazului din cilindru în timpul procesului de expulzare este de 0,11 - 0,12 MPa, temperatura gazului la sfârșitul procesului de evacuare este de 700 - 900 K.

Ciclul de funcționare al unui motor în doi timpi durează două timpi, sau o rotație a arborelui cotit. Luați în considerare ciclul de funcționare al unui motor carburator în doi timpi cu o purjare a camerei cu manivelă,

Procesul de comprimare a amestecului combustibil din cilindru începe din momentul în care pistonul închide geamurile cilindrului atunci când pistonul se deplasează de la BDC la TDC. Procesul de compresie se desfășoară în același mod ca la un motor cu carburator în patru timpi,

Procesul de ardere este similar cu procesul de ardere al unui motor cu carburator în patru timpi.

Procesul de expansiune termică a gazelor din butelie începe după sfârșitul procesului de ardere și se termină la deschiderea orificiilor de evacuare. Procesul de expansiune termică este similar cu expansiunea gazelor într-un motor cu carburator în patru timpi. Procesul de evacuare începe atunci când orificiile de evacuare sunt deschise, adică 60 65 înainte ca pistonul să ajungă la BDC și se termină 60 - 65 după ce pistonul trece BDC, este descris în diagramă de linia 462. Pe măsură ce orificiul de ieșire este deschis, presiunea din cilindru scade brusc și 50 - 55 înainte de pistonul ajunge la BDC, orificiile de purjare se deschid și amestecul combustibil, furnizat anterior în camera manivelei și comprimat de pistonul descendent, începe să curgă în cilindru. Perioada în care

se produc simultan două procese - admisia amestecului combustibil și eliberarea gazelor de eșapament - se numesc purjare. În timpul purjării, amestecul combustibil deplasează gazele de eșapament și este parțial transportat cu ele. Cu o mișcare suplimentară către TDC, pistonul închide mai întâi orificiile de purjare, oprind accesul amestecului combustibil în cilindru din camera manivelei, apoi orificiile de evacuare, iar procesul de compresie începe în cilindru.

Deci, vedem că motoarele cu ardere internă sunt un mecanism foarte complex. Iar funcția îndeplinită prin expansiunea termică în motoarele cu ardere internă nu este atât de simplă pe cât pare la prima vedere. Și nu ar exista motoare cu ardere internă fără utilizarea expansiunii termice a gazelor. Și suntem ușor convinși de acest lucru, având în vedere în detaliu principiul de funcționare al motorului cu ardere internă, ciclurile lor de lucru - toată munca lor se bazează pe utilizarea expansiunii termice a gazelor. Dar motorul cu ardere internă este doar una dintre aplicațiile specifice de expansiune termică. Și judecând după beneficiile expansiunii termice pentru oameni printr-un motor cu ardere internă, se pot judeca beneficiile acestui fenomen în alte domenii ale activității umane.

Și lăsați să treacă era motorului cu ardere internă, chiar dacă au multe deficiențe, chiar dacă apar motoare noi care nu poluează mediul intern și nu folosesc funcția de expansiune termică, dar primul va aduce beneficii oamenilor pentru o lungă perioadă de timp, iar oamenii vor răspunde cu amabilitate în multe sute de ani. despre ei, pentru că au adus umanitatea la un nou nivel de dezvoltare și, după ce au trecut, omenirea a crescut și mai sus.