Реферат: Двигатель внутренного сгорания - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Двигатель внутренного сгорания

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 119 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Содержание: Содержание: 1 ВВЕДЕНИЕ 2 ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОР АНИЯ 4 ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ 6 Области применения теплового расширения 6 ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 8 Классификация ДВС 8 Основы устройства поршневых ДВС 9 Принцип работы 10 Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя 11 Принцип действия четырехтактного дизеля 12 Принцип действия двухтактного двигателя 14 Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей 15 Рабочий цикл четырехтактного двигателя 17 Рабочие циклы двухтактных двигателей 18 Реактивные двигатели. 20 Инновации 20 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23 ВВЕДЕНИЕ Значительный рост всех отраслей наро дного хозяйства требует перемещения большого количества грузов и пасс ажиров. Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для ра боты в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств п еревозки грузов и пассажиров. Важную роль играет автомобильный т ранспорт в освоении восточных и нечерноземных районов нашей страны. Отс утствие развитой сети железных дорог и ограничение возможностей испол ьзования рек для судоходства делают автомобиль главным средством пере движения в этих районах. Автомобильный транспорт в России обс луживает все отрасли народного хозяйства и занимает одно из ведущих мес т в единой транспортной системе страны. На долю автомобильного транспор та приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транспорта вмест е взятыми, и более 70% пассажирских перевозок. Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли на родного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современн ом этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностро ения . Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад (назва ние "автомобиль" происходит от греческого слова autos - "сам" и латинского mobilis - "п одвижный"), когда стали изготовлять "самодвижущиеся" повозки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка крестьянин Л.Шамшурен ков создал довольно совершенную для своего времени "самобеглую коляску ", приводимого в движение силой двух человек. Позднее русский изобретате ль И.П.Кулибин создал "самокатную тележку" с педальным приводом. С появлен ием паровой машины создание самодвижущихся повозок быстро продвинулос ь вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через несколько лет и в Англии были п остроены паровые автомобили. Широкое распространение автомобиля как т ранспортного средства начинается с появлением быстроходного двигател я внутреннего сгорания. В 1885 г. Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бен зиновым двигателем, а в 1886 г. К.Бенц - трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально развитых странах (Франция, Великобритания, США) со здаются автомобили с двигателями внутреннего сгорания. В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В цар ской России неоднократно делались попытки организовать собственное ма шиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на Русск о-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей. Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество грузовых а втомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около 9000 автомоби лей, из них большая часть - зарубежного производства. ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Тепловые двигатели могут быть разде лены на две основные группы. 1. Двигатели с внешним сгоранием - пар овые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д. 2. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распростра нение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгора ния топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работ у происходит непосредственно в рабочей камере. На большинстве современ ных автомобилей установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания , а на большинстве современных самолетах – реактивные. Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы, сравнительно небольшие габар итные размеры и массу. Основным недостатком этих двигателей следует счи тать возвратно-поступательное движение поршня, связанное с наличием кр иво шатунного механизма, усложняющего конструкцию и ограничивающего в озможность повышения частоты вращения, особенно при значительных разм ерах двигателя. А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был создан в 1860 г. французс ким инженером Этвеном Ленуаром, но эта машина была еще весьма несовершен ной. В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в д вигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл: 1)всасывание; 2) сжати е; 3) горение и расширение; 4) выхлоп. Эта идея была использована немецким изо бретателем Н.Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель вн утреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило зн ачения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих т ипов. Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положит ельных особенностей. Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями зна чительным перепадом температур между источником теплоты и холодильник ом обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая эконом ичность - одно из положительных качеств ДВС. Среди ДВС дизель в настоящее время является таким двигателем, который преобразует химическую энерг ию топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапаз оне изменения мощности. Это качество дизелей особенно важно, если учесть , что запасы нефтяных топлив ограничены. К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут б ыть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняетс я широкими возможностями получения соответствующих характеристик изм енения мощности и крутящего момента этих двигателей. Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масс а ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения. Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС мог ут летать десятки часов без пополнения горючего. Важным положительным к ачеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальным и устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели с равнительно быстро могут принимать полную нагрузку. ДВС обладают значи тельным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на тран спортных установках. Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недостатков. С реди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и газовыми турби нами агрегатная мощность. Высокий уровень шума, относительно большая ча стота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредств енного соединения его с ведущими колесами потребителя, Токсичность вых лопных газов, возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающи е частоту вращения и являющиеся причиной появлений не уравновешенных с ил инерции и моментов от них. Но невозможно было бы создание двигателей в нутреннего сгорания, их развития и применения, если бы не эффект теплово го расширения. Ведь в процессе теплового расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие быстрого сгора ния смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, резко повышается д авление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цил индре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция, т.е. силово е воздействие, создание больших давлений, которую выполняет тепловое ра сширение, и ради которой это явление применяют в различных технологиях и в частности в ДВС. Именно этому явлению я хочу уделить внимание в следующ ей главе. ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ Тепловое расширение - изм енение размеров тела в процессе его изобарического нагревания (при пост оянном давлении). Количественно тепловое расширение характеризуется т емпературным коэффициентом объемного расширения B=(1/V)*(dV/dT)p, где V - объем, T - тем пература, p - давление. Для большинства тел B>0 (исключением является, наприме р, вода, у которой в интервале температур от 0 C до 4 C B<0). Для идеального газа B=1/T, у жидкостей и твердых тел зависимость B от T значительно слабее. Для твердых тел наряду с B вводят температурный коэффициент линейного расширения a, р авный отношению относительного изменения длины тела вдоль рассматрива емого направления при изобарическом нагревании тела к приращению темп ературы: a=(1/l)*(dl/dT)p, где l - длина тела. Для изотропных тел B=3a . Области применения теплового расширения Тепловое расширение нашл о свое применение в различных современных технологиях. В частности можн о сказать о применении теплового расширения газа в теплотехники. Так, на пример, это явление применяется в различных тепловых двигателях, т.е. в дв игателях внутреннего и внешнего сгорания: в роторных двигателях, в реакт ивных двигателях, в турбо реактивных двигателях, на газотурбинных устан овках, двигателях Ванкеля, Стирлинга, ядерных силовых установках. Теплов ое расширение воды используется в паровых турбинах и т.д. Все это в свою оч ередь нашло широкое распространение в различных отраслях народного хо зяйства .Например, двигатели внутреннего сгорания наиболее широко испо льзуются на транспортных установках и сельскохозяйственных машинах. В стационарной энергетике двигатели внутреннего сгорания широко исполь зуются на небольших электростанциях, энергопоездах и аварийных энерго установках. ДВС получили большое распространение также в качестве прив ода компрессоров и насосов для подачи газа, нефти жидкого топлива и т.п. по трубопроводам, при производстве разведочных работ, для привода бурильн ых установок при бурении скважин на газовых и нефтяных промыслах. Турбор еактивные двигатели широко распространены в авиации. Паровые турбины - о сновной двигатель для привода электрогенераторов на ТЭС. Применяют пар овые турбины также для привода центробежных воздуходувок, компрессоро в и насосов. Существуют даже паровые автомобили, но они не получили распр остранения из-за конструктивной сложности. Тепловое расширение применяется также в различных тепловых реле, принц ип действия которых основан на линейном расширении трубки и стержня, изг отовленных из материалов с различным температурным коэффициентом лине йного расширения. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРА НИЯ Как было выше сказано, теп ловое расширение применяется в ДВС. Но каким образом оно применяется и к акую функцию выполняет мы рассмотрим на примере работы поршневого ДВС. Д вигателем называется энергосиловая машина, преобразующая какую-либо э нергию в механическую работу. Двигатели, в которых механическая работа с оздается в результате преобразования тепловой энергии, называются теп ловыми. Тепловая энергия получается при сжигании какого-либо топлива. Те пловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающег о в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию, называется по ршневым двигателем внутреннего сгорания. (Советский энциклопедический словарь) Классификация ДВС Как было выше сказано, в ка честве энергетических установок автомобилей наибольшее распростране ние поучили ДВС, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в ц илиндрах. Но в большинстве современных автомобилей установлены двигат ели внутреннего сгорания, которые классифицируются по различным призн акам: По способу смесеобразования - двигатели с внешним смесеобразовани ем, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров (карбюраторные и газовые), и двигатели с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь об разуется внутри цилиндров) -дизели; По способу осуществления рабочего ци кла - четырехтактные и двухтактные; По числу цилиндров - одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые; По расположению цилиндров - двигат ели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд, V-об разные с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими цилиндра ми, или оппозитным); По способу охлаждения - на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением; По виду применяемого топлива - бензиновые, дизель ные, газовые и многотопливные ;По степени сжатия. В зависимости от степен и сжатия различают двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия; По способ у наполнения цилиндра свежим зарядом:а) двигатели без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цил индре при всасывающем ходе поршня;) двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, со здаваемым компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенн ой мощности двигателя; По частоте вращения: тихоходные, повышенной часто ты вращения, быстроходные; По назначению различают двигатели стационар ные, авто тракторные ,судовые, тепловозные, авиационные и др. Основы устройства поршневых ДВС Поршневые ДВС состоят из механизмов и систем, выполняющих заданные им функции и взаимодействующ их между собой. Основными частями такого двигателя являются кривошипно- шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы пи тания, охлаждения, зажигания и смазочная система. Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-пос тупательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала . Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смес и в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания. Смазочная система служит для подачи масла к взаимодейству ющим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению про дуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод те плоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилин дров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения р абочей смеси в цилиндре двигателя. Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном . Внутри цилиндра пере мещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и ш атун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипника х, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр ,поршень, шатун и коленчатый вал составляют так н азываемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головко й с клапанами, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращение м коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними по ложениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положени е поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его поло жение - нижняя мертвая точка (НМТ) . Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расст ояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S=2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в В МТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; простран ство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его раб очим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа: V а= V с+ Vh . Рабочий объем цилиндра (его изме ряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр цилиндра. С умму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя назыв ают рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле: Vр=(пД^2*S)/4*i, где i - чи сло цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгора ния Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его эк ономичность и мощность . Принцип работы Действие поршневого двиг ателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагрева ние газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре т оплива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Т. к .давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещ аться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Вот здес ь-то и дает о себе знать тепловое расширение газов, здесь и заключается ег о технологическая функция: давление на поршень. Чтобы двигатель постоян но вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо чере з форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра че рез впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, у правляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива. Принцип действия четырехтактного карбюр аторного двигателя Рабочим циклом двигате ля называется периодически повторяющийся ряд последовательных процес сов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращ ение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершае тся за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двига тель называется двухтактным. А втомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода пор шня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуск а. В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом дви гателе рабочий цикл происходит следующим образом: 1. Такт впуска По мере того, как коленчатый вал двигател я делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной к лапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров б ензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, см ешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь . 2. Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесь ю при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень п еремещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объем а температура и давление рабочей смеси повышаются. 3. Такт расширения или рабочий ход. В конце такта сжатия рабо чая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вслед ствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.В процессе такта расширения ш арнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кр ивошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы соверша ют полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчат ого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахожд ении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре сни жается до 0.3 -0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С. 4. Такт выпуска . При четвертом полуоборот е коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосфер у через выпускной газопровод . Принцип действия четырехтактного дизеля В четырехтактном двигате ле рабочие процессы происходят следующим образом: 1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося р азряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впус кной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре с оставляет 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С. 2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступ ивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура с жатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При хо де поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом . 3. Такт расширения, или рабочий ход . Впрыснутое в конце т акта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением т емпературы и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ -происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до 700 - 900 С. 4. Такт выпуска . Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и чере з открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилинд ра. Давление газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После оконча ния такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цик л повторяется в той же последовательности. Для обобщения на показаны схе мы рабочего цикла карбюраторных двигателей и дизелей. Принцип действия двухтактного двига теля Д вухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполн ение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале ход а сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расшире ния, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавш их газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной пр одувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и п родувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенны моменты сообщаетс я с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), к оторая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в сре дней части имеет три окна: впускное, выпускное 6 и продувочное, которое соо бщается клапаном скривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта: 1. Такт сжатия . Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекр ывая сначала продувочное, а затем выпускное 6 окно. После закрытия поршне м выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее гермети чности создается разряжение, под действием которого из карбюратора чер ез открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру. 2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сж атая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в резу льтате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действие м теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расшир яющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся пор шень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камер е горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывае тся и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу ,давление в цилин дре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувоч ное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по канал у, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов. Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отли чается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, чт о у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процес са сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых разм ерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше чет ырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное исп ользование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод про дувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности толь ко на 60...70%. Рабочий цикл четырехтактных карбюра торных и дизельных двигателей Р абочий цикл четырехтактного двигателя состоит из пяти процессов: впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск, которые совершаются за четыре так та или за два оборота коленчатого вала. Графическое представление о давлении газов при измен ении объема в цилиндре двигателя в процессе осуществления каждого из че тырех циклов дает индикаторная диаграмма. Она может быть построена по да нным теплового расчета или снята при работе двигателя с помощью специал ьного прибора - индикатора. Процесс впуска. Впуск горючей смеси осуществляется п осле выпуска из цилиндров отработавших газов от предыдущего цикла. Впус кной клапан открывается с некоторым опережением до ВМТ , чтобы получить к моменту прихода поршня к ВМТ большее проходное сечение у клапана. Впус к горючей смеси осуществляется за два периода. В первый период смесь пос тупает при перемещении поршня от ВМТ к НМТ вследствие разряжения, создаю щегося в цилиндре. Во второй период впуск смеси происходит при перемещен ии поршня от НМТ к ВМТ в течение некоторого времени, соответствующего 40 - 70 поворота коленчатого вала за счет разности давлений, и скоростного напо ра смеси . Впуск горючей смеси заканчивается закрытием впускного клапан а.Горючая смесь, поступившая в цилиндр, смешивается с остаточными газами от предыдущего цикла и образует горючую смесь. Давление смеси в цилиндр е в течение процесса впуска составляет 70 - 90 кПа и зависит от гидравлически х потерь во впускной системе двигателя. Температура смеси в конце процес са впуска повышается до 340 - 350 К вследствие соприкосновения ее с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными газами, имеющими темпера туру 900 - 1000 К. Процесс сжатия. Сжатие рабочей смеси, находящейся в ци линдре двигателя, происходит при закрытых клапанах и перемещении поршн я. Процесс сжатия протекает при наличии теплообмена между рабочей смесь ю и стенками (цилиндра, головки и днища поршня). В начале сжатия температур а рабочей смеси ниже температуры стенок, поэтому теплота передается сме си от стенок. По мере дальнейшего сжатия температура смеси повышается и становится выше температуры стенок, поэтому теплота от смеси передаетс я стенкам. Таким образом процесс сжатия осуществляется по политропе, сре дний показатель которой n=1.33...1.38. Процесс сжатия заканчивается в момент восп ламенения рабочей смеси. Давление рабочей смеси в цилиндре в конце сжати я 0.8 - 1.5МПа, а температура 600 - 750 К. Процесс сгорания. Сгорание рабочей смеси начинается раньше прихода поршня к ВМТ, т.е. когда сжатая смесь воспламеняется от эле ктрической искры. После воспламенения фронт пламени горящей свечи от св ечи распространяется по всему объему камеры сгорания со скоростью 40 - 50 м/с . Несмотря на такую высокую скорость сгорания, смесь успевает сгореть за время, пока коленчатый вал повернется на 30 - 35 .При сгорании рабочей смеси в ыделяется большое количество теплоты на участке, соответствующим 10 - 15 до ВМТ и 15 - 20 после НМТ, вследствие чего давление и температура образующихся в цилиндре газов быстро возрастают. В конце сгорания давление газов дости гает 3 - 5 МПа, а температура 2500 - 2800 К. Процесс расширения. Тепловое расширение газов, наход ящихся в цилиндре двигателя, происходит после окончания процесса сгора ния при перемещении поршня к НМТ. Газы, расширяясь, совершают полезную ра боту. Процесс теплового расширения протекает при интенсивном теплообм ене между газами и стенками (цилиндра, головки и днища поршня). В начале ра сширения происходит догорание рабочей смеси, вследствие чего образующ иеся газы получают теплоту. Газы в течение всего процесса теплового расш ирения отдают теплоту стенкам. Температура газов в процессе расширения уменьшается, следовательно, изменяется перепад температуры между газа ми и стенками. Процесс теплового расширения, заканчивающийся в момент от крытия выпускного клапана,. Процесс теплового расширения происходит по политре, средний показатель которой n2=1.23...1.31. Давление газов в цилиндре в кон це расширения 0.35 -0.5 МПа, а температура 1200 - 1500 К. Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинаетс я при открытии выпускного клапана, т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ. Выпус к газов из цилиндра осуществляется за два периода. В первый период выпус к газов происходит при перемещении поршня до НМТ за счет того, что давлен ие газов в цилиндре значительно выше атмосферного .В этот период из цили ндра удаляется около 60% отработавших газов со скоростью 500 - 600 м/с. Во второй п ериод выпуск газов происходит при перемещении поршня от НМТ до закрытие выпускного клапана за счет выталкивающего действия поршня и инерции дв ижущихся газов. Выпуск отработавших газов заканчивается в момент закры тия выпускного клапана, т. е. через 10 – 20 после прихода поршня в ВМТ. Давлени е газов в цилиндре в процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в к онце процесса выпуска 90 - 1100 К . Рабочий цикл четырехтактного двигат еля Рабочий цикл дизеля существенно отличае тся от рабочего цикла карбюраторного двигателя способом образования и воспламенения рабочей смеси. П роцесс впуска. Впуск воздуха начинается при открытом впускном клапане и заканчивается в момент закрытия его. Процес с впуска воздуха происходит также, как и впуск горючей смеси в карбюрато рном двигателе.. Давление воздуха в цилиндре в течении процесса впуска с оставляет 80 - 95 кПа и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура воздуха в конце процесса выпуска повышается до 320 - 350 К за счет соприкосновения его с нагретыми деталями двигателя и смеши вания с остаточными газами. Процесс сжатия. Сжатие воздуха, находящегося в цилинд ре, начинается после закрытия впускного клапана и заканчивается в момен т впрыска топлива в камеру сгорания Давление воздуха в цилиндре в конце сжатия 3.5 - 6 МПа, а температура 820 - 980 К. Процесс сгорания. Сгорание топлива начинается с моме нта начала подачи топлива в цилиндр, т.е. за 15 - 30 до прихода поршня в ВМТ. В это т момент температура сжатого воздуха на 150 - 200 С выше температуры самовоспл аменения. топливо, поступившее в мелкораспыленном состоянии в цилиндр, в оспламеняется не мгновенно, а с задержкой в течение некоторого времени (0.001 - 0.003 с), называемого периодом задержки воспламенения. В этот период топли во прогревается, перемешивается с воздухом и испаряется, т.е. образуется рабочая смесь. Подготовленное топливо воспламеняется и сгорает. В конце сгорания давление газов достигает 5.5 - 11 МПа, а температура 1800 - 2400 К. Процесс расширения. Тепловое расширение газов, наход ящихся в цилиндре, начинается после окончания процесса сгорания и закан чивается в момент закрытия выпускного клапана. В начале расширения прои сходит догорание топлива. Процесс теплового расширения протекает анал огично процессу теплового расширения газов в карбюраторном двигателе.. Давление газов в цилиндре к конце расширения 0.3 - 0.5 МПа, а температура 1000 - 1300 К. Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинаетс я при открытии выпускного клапана и заканчивается в момент закрытия вып ускного клапана. Процесс выпуска отработавших газов происходит также, к ак и процесс выпуска газов в карбюраторном двигателе. Давление газов в ц илиндре в процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце проце сса выпуска 700 - 900 К. Рабочие циклы двухтактных двигателе й Р абочий цикл двухтактного двигателя совершается за два такта, или за один оборот коленчатого вала. Рассмотрим рабочий цикл двухтактного карбюра торного двигателя с кривошипно-камерной продувкой, Процесс сжатия горючей смеси, находящейся в цилиндре, начинается с момента закрытия поршнем окон цилиндра при перемещении по ршня от НМТ к ВМТ. Процесс сжатия протекает также, как и в четырехтактном к арбюраторном двигателе, Процесс сгорания происходит аналогично процессу сго рания в четырехтактном карбюраторном двигателе. Процесс теплового расширения газов, находящихся в ци линдре, начинается после окончания процесса сгорания и заканчивается в момент открытия выпускных окон. Процесс теплового расширения происход ит аналогично процессу расширения газов в четырехтактном карбюраторно м двигателе .Процесс выпуска отработавших газов начинается при открыти и выпускных окон, т.е. за 60 65 до прихода поршня в НМТ, изаканчивается через 60 - 65 после прохода поршнем НМТ, на диаграмме изображается линией 462. По мере от крытия выпускного окна давление в цилиндре резко снижается, а за 50 - 55 до пр ихода поршня в НМТ открываются продувочные окна и горючая смесь, ранее п оступившая в кривошипную камеру и сжатая опускающимся поршнем, начинае т поступать в цилиндр. Период, в течение которого происходит одновременно два процесса - впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов,- называют продувкой. Во время продувк и горючая смесь вытесняет отработавшие газы и частично уносится вместе с ними. При дальнейшем перемещении к ВМТ поршень перекрывает сначала про дувочные окна, прекращая доступ горючей смеси в цилиндр из кривошипной к амеры, а затем выпускные и начинается в цилиндре процесс сжатия. Реактивные дви гатели. Реактивная струя создается реактив ным двигателем, являющи мся по существу двигателем внутреннего сгорания. На рисунке показана сх ема уст ройства одного из типов реактивных двигателей, устанав ливаемы х на самолетах. Двигатель заключен в цилинд рический корпус, открытый сп ереди (воздухоприемное отверстие) и сзади (выходное сопло). Воздух входит в переднее отверстие (это показано стрелками) и попадает в компрессор, со стоящий из ряда лопаток, укрепленных на вращающихся колесах. Компрессор гонит воздух вдоль оси двигателя, уплотняя его при этом. После компрессо ра воздух поступает в камеру, в которую впрыскивается горючее. Получаетс я горючая смесь, которая воспламе няется, образуя газы высокой Схема ус тройства реактивного двигателя температуры и высокого давления. Газы направляются к вых одному соплу, по пути приводя в действие газовую турбину, вращающую ком п рессор, а затем вырываются через сопло из заднего от верстия двигателя. Г азы, покидающие двигатель и получающие огромную скорость в направлении назад, действуют на самолет с силой реакции, направленной вперед. Эта сил а и приводит в движение самолет. Инновации В последнее время все бол ьшее применение получают поршневые двигатели с принудительным наполне нием цилиндра воздухом повышенного давления, т.е. двигатели с наддувом. И перспективы двигателестроения связаны, на мой взгляд, с двигателями дан ного типа, т.к. здесь имеется огромный резерв неиспользованных конструкт орских возможностей, и есть над чем подумать, а во-вторых, считаю, что боль шие перспективы в будущем именно у этих двигателей. Ведь наддув позволяе т увеличить заряд цилиндра воздухом и, следовательно, количество сжимае мого топлива, а тем самым повысить мощность двигателя. Для привода нагнетателя в современных двигателях обычно используют эн ергию отработавших газов. В этом случае отработавшие в цилиндре газы, ко торые имеют в выпускном коллекторе повышенное давление, направляют в га зовую турбину, приводящую во вращение компрессор. Согласно схеме газотурбинного наддува четырехтактного двигателя , отр аботавшие газы из цилиндров двигателя поступают в газовую турбину, посл е которой отводятся в атмосферу. Центробежный компрессор, вращаемый тур биной, засасывает воздух из атмосферы и нагнетает его под давлением 0.130...0.250 МПа в цилиндры. Помимо использования энергии выхлопных газов достоинст вом такой системы наддува перед приводом компрессора от коленчатого ва ла является саморегулирование, заключающееся в том, что с увеличением мо щности двигателя соответственно возрастают давление и температура отр аботавших газов, а следовательно мощность турбокомпрессора. При этом во зрастают давление и количество подаваемого им воздуха. В двухтактных двигател ях турбокомпрессор должен иметь более высокую мощность, чем в четырехта ктных, т.к. при продувке часть воздуха проходит в выпускные окна, транзитн ый воздух не используется для зарядки цилиндра и понижает температуру в ыпускных газов. Вследствие этого на частичных нагрузках энергии отрабо тавших газов оказывается недостаточно для газотурбинного привода комп рессора. Кроме того, при газотурбинном наддуве невозможен запуск дизеля . Учитывая это, в двухтактных двигателях обычно применяют комбинированн ую систему наддува с последовательной или параллельной установкой ком прессора с газотурбинным и компрессор с механическим приводом. При наиболее распростран енной последовательной схеме комбинированного наддува компрессор с га зотурбинным приводом производит только частичное сжатие воздуха, посл е чего он дожимается компрессором, приводимым во вращение от вала двигат еля. Благодаря применению наддува возможно повышение мощности по сравн ению с мощностью двигателя без наддува от 40% до 100% и более. На мой взгляд, основным направлением развития современных поршневых дв игателей с воспламенением от сжатия будет являться значительное форси рование их по мощности за счет применения высокого наддува в сочетании с охлаждением воздуха после компрессора . В четырехтактных двигателях в результате применения давления наддува до 3.1...3.2 МПа в сочетании с охлаждением воздуха после компрессора достигает ся среднее эффективное давление Pe=18.2...20.2 МПа. Привод компрессора в этих двиг ателях газотурбинный. Мощность турбины достигает 30% от мощности двигате ля, поэтому повышаются требования к КПД турбины и компрессора. Неотъемле мым элементом системы наддува этих двигателей должен являться охладит ель воздуха, установленный после компрессора. Охлаждение воздуха произ водится водой, циркулирующей с помощью индивидуального водяного насос а по контуру: воздухоохладитель - радиатор для охлаждения воды атмосферн ым воздухом. Перспективным направлением развития поршневых двигателей внутреннег о сгорания является более полное использование энергии выпускных газо в в турбине, обеспечивающей мощность компрессора, нужную для достижения заданного давления наддува. Избыточная мощность в этом случае передает ся на коленчатый вал дизеля. Реализация такой схемы наиболее возможна дл я четырехтактных двигателей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итак, мы видим, что двигатели внутреннего сгорания - очень сложны й механизм. И Функция, выполняемая тепловым расширением в двигателях вну треннего сгорания не так проста, как это кажется на первый взгляд. Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теп лового расширения газов. И в этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подроб но принцип работы ДВС, их рабочие циклы - вся их работа основана на использ овании теплового расширении газов. Но ДВС - это только одно из конкретных применений теплового расширения. И судя по тому, какую пользу приносит т епловое расширение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно с удить о пользе данного явления в других областях человеческой деятельн ости. И пускай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у ни х есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не загрязняю щие внутреннюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на нов ый уровень развития, а пройдя его, человечество поднялось еще выше. Содержание: Содержание: 1 ВВЕДЕНИЕ 2 ДВИГАТЕЛИ ВНУТР ЕННЕГО СГОРАНИЯ 4 ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ 6 Области применения теплового расширения 6 ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОР АНИЯ 8 Классификация ДВС 8 Основы устройст ва поршневых ДВС 9 Принцип работы 10 Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя 11 Принцип действия четырехтактного дизеля 12 Принцип действия двухтактного двигателя 14 Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей 15 Рабочий цикл четырехтактного двигателя 17 Рабочие циклы двухтактных двигателей 18 Реактивные двигатели. 20 Инновации 20 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23 ВВЕДЕНИЕ Значительный рост всех о траслей народного хозяйства требует перемещения большого количества г рузов и пассажиров. Высокая маневренность, проходимость и приспособлен ность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основн ых средств перевозки грузов и пассажиров. Важную роль играет авто мобильный транспорт в освоении восточных и нечерноземных районов наше й страны. Отсутствие развитой сети железных дорог и ограничение возможн остей использования рек для судоходства делают автомобиль главным сре дством передвижения в этих районах. Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе страны. На долю автомобильно го транспорта приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транс порта вместе взятыми, и более 70% пассажирских перевозок. Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли на родного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современн ом этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностро ения . Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад (назва ние "автомобиль" происходит от греческого слова autos - "сам" и латинского mobilis - "п одвижный"), когда стали изготовлять "самодвижущиеся" повозки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка крестьянин Л.Шамшурен ков создал довольно совершенную для своего времени "самобеглую коляску ", приводимого в движение силой двух человек. Позднее русский изобретате ль И.П.Кулибин создал "самокатную тележку" с педальным приводом. С появлен ием паровой машины создание самодвижущихся повозок быстро продвинулос ь вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через несколько лет и в Англии были п остроены паровые автомобили. Широкое распространение автомобиля как т ранспортного средства начинается с появлением быстроходного двигател я внутреннего сгорания. В 1885 г. Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бен зиновым двигателем, а в 1886 г. К.Бенц - трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально развитых странах (Франция, Великобритания, США) со здаются автомобили с двигателями внутреннего сгорания. В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В цар ской России неоднократно делались попытки организовать собственное ма шиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на Русск о-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей. Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество грузовых а втомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около 9000 автомоби лей, из них большая часть - зарубежного производства. ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Тепловые двигатели мог ут быть разделены на две основные группы. 3. Двигатели с внешним сгоранием - пар овые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д. 4. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распростра нение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгора ния топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работ у происходит непосредственно в рабочей камере. На большинстве современ ных автомобилей установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания , а на большинстве современных самолетах – реактивные. Наиболее экономичными являются пор шневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют дос таточно большой срок службы, сравнительно небольшие габаритные размер ы и массу. Основным недостатком этих двигателей следует считать возврат но-поступательное движение поршня, связанное с наличием криво шатунног о механизма, усложняющего конструкцию и ограничивающего возможность п овышения частоты вращения, особенно при значительных размерах двигате ля. А теперь немного о первых ДВС. Первый д вигатель внутреннего сгорания (ДВС) был создан в 1860 г. французским инженер ом Этвеном Ленуаром, но эта машина была еще весьма несовершенной. В 1862 г. фр анцузский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе в нутреннего сгорания четырехтактный цикл: 1)всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4) выхлоп. Эта идея была использована немецким изобретателе м Н.Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, пол ученные при использовании двигателей всех предшествующих типов. Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положит ельных особенностей. Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями зна чительным перепадом температур между источником теплоты и холодильник ом обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая эконом ичность - одно из положительных качеств ДВС. Среди ДВС дизель в настоящее время является таким двигателем, который преобразует химическую энерг ию топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапаз оне изменения мощности. Это качество дизелей особенно важно, если учесть , что запасы нефтяных топлив ограничены. К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут б ыть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняетс я широкими возможностями получения соответствующих характеристик изм енения мощности и крутящего момента этих двигателей. Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масс а ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения. Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС мог ут летать десятки часов без пополнения горючего. Важным положительным к ачеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальным и устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели с равнительно быстро могут принимать полную нагрузку. ДВС обладают значи тельным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на тран спортных установках. Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недостатков. С реди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и газовыми турби нами агрегатная мощность. Высокий уровень шума, относительно большая ча стота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредств енного соединения его с ведущими колесами потребителя, Токсичность вых лопных газов, возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающи е частоту вращения и являющиеся причиной появлений не уравновешенных с ил инерции и моментов от них. Но невозможно было бы создание двигателей в нутреннего сгорания, их развития и применения, если бы не эффект теплово го расширения. Ведь в процессе теплового расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие быстрого сгора ния смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, резко повышается д авление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цил индре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция, т.е. силово е воздействие, создание больших давлений, которую выполняет тепловое ра сширение, и ради которой это явление применяют в различных технологиях и в частности в ДВС. Именно этому явлению я хочу уделить внимание в следующ ей главе. ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ Тепловое расширение - изменение разме ров тела в процессе его изобарического нагревания (при постоянном давле нии). Количественно тепловое расширение характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения B=(1/V)*(dV/dT)p, где V - объем, T - температура, p - дав ление. Для большинства тел B>0 (исключением является, например, вода, у котор ой в интервале температур от 0 C до 4 C B<0). Для идеального газа B=1/T, у жидкостей и т вердых тел зависимость B от T значительно слабее. Для твердых тел наряду с B вводят температурный коэффициент линейного расширения a, равный отноше нию относительного изменения длины тела вдоль рассматриваемого направ ления при изобарическом нагревании тела к приращению температуры : a=(1/l)*(dl/dT)p, где l - длина тела. Для изотропных тел B=3a . Области применения теплового расширения Тепловое расширение нашло свое приме нение в различных современных технологиях. В частности можно сказать о п рименении теплового расширения газа в теплотехники. Так, например, это я вление применяется в различных тепловых двигателях, т.е. в двигателях вн утреннего и внешнего сгорания: в роторных двигателях, в реактивных двига телях, в турбо реактивных двигателях, на газотурбинных установках, двига телях Ванкеля, Стирлинга, ядерных силовых установках. Тепловое расширен ие воды используется в паровых турбинах и т.д. Все это в свою очередь нашло широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства .Нап ример, двигатели внутреннего сгорания наиболее широко используются на транспортных установках и сельскохозяйственных машинах. В стационарно й энергетике двигатели внутреннего сгорания широко используются на не больших электростанциях, энергопоездах и аварийных энергоустановках. ДВС получили большое распространение также в качестве привода компрес соров и насосов для подачи газа, нефти жидкого топлива и т.п. по трубопрово дам, при производстве разведочных работ, для привода бурильных установо к при бурении скважин на газовых и нефтяных промыслах. Турбореактивные д вигатели широко распространены в авиации. Паровые турбины - основной дви гатель для привода электрогенераторов на ТЭС. Применяют паровые турбин ы также для привода центробежных воздуходувок, компрессоров и насосов. С уществуют даже паровые автомобили, но они не получили распространения и з-за конструктивной сложности. Тепловое расширение применяется также в различных тепловых реле, принц ип действия которых основан на линейном расширении трубки и стержня, изг отовленных из материалов с различным температурным коэффициентом лине йного расширения. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Как было выше сказано, тепловое расши рение применяется в ДВС. Но каким образом оно применяется и какую функци ю выполняет мы рассмотрим на примере работы поршневого ДВС. Двигателем н азывается энергосиловая машина, преобразующая какую-либо энергию в мех аническую работу. Двигатели, в которых механическая работа создается в р езультате преобразования тепловой энергии, называются тепловыми. Тепл овая энергия получается при сжигании какого-либо топлива. Тепловой двиг атель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию, называется поршневым дв игателем внутреннего сгорания. (Советский энциклопедический словарь) Классификация ДВС Как было выше сказано, в качестве энер гетических установок автомобилей наибольшее распространение поучили ДВС, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращен ием ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах. Но в большинстве современных автомобилей установлены двигатели внутренн его сгорания, которые классифицируются по различным признакам: По спосо бу смесеобразования - двигатели с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров (карбюраторные и газовые), и двигатели с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь образуется вн утри цилиндров) -дизели; По способу осуществления рабочего цикла - четыре хтактные и двухтактные; По числу цилиндров - одноцилиндровые, двухцилинд ровые и многоцилиндровые; По расположению цилиндров - двигатели с вертик альным или наклонным расположением цилиндров в один ряд, V-образные с рас положением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180 д вигатель называется двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппо зитным); По способу охлаждения - на двигатели с жидкостным или воздушным о хлаждением; По виду применяемого топлива - бензиновые, дизельные, газовы е и многотопливные ;По степени сжатия. В зависимости от степени сжатия ра зличают двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия; По способу наполнени я цилиндра свежим зарядом:а) двигатели без наддува, у которых впуск возду ха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при вс асывающем ходе поршня;) двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым к омпрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной мощности двигателя; По частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты вращения , быстроходные; По назначению различают двигатели стационарные, авто тра кторные ,судовые, тепловозные, авиационные и др. Основы устройства поршневых ДВС Поршневые ДВС состоят из механизмов и систем, выполняющих заданные им функции и взаимодействующих между собо й. Основными частями такого двигателя являются кривошипно-шатунный мех анизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлажд ения, зажигания и смазочная система. Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-пос тупательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала . Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смес и в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания. Смазочная система служит для подачи масла к взаимодейству ющим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению про дуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод те плоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилин дров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения р абочей смеси в цилиндре двигателя. Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном . Внутри цилиндра пере мещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и ш атун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипника х, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр ,поршень, шатун и коленчатый вал составляют так н азываемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головко й с клапанами, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращение м коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними по ложениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положени е поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его поло жение - нижняя мертвая точка (НМТ) . Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расст ояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S=2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в В МТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; простран ство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его раб очим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа: V а= V с+ Vh . Рабочий объем цилиндра (его изме ряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр цилиндра. С умму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя назыв ают рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле: Vр=(пД^2*S)/4*i, где i - чи сло цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгора ния Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его эк ономичность и мощность . Принцип работы Действие поршневого двигателя внутр еннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в п оложении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, пере мешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Т. к .давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного бол ьше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Вот здесь-то и дает о себе знать тепловое расширение газов, здесь и заключается его технолог ическая функция: давление на поршень. Чтобы двигатель постоянно вырабат ывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сг орания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускно й клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива. Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя Рабочим циклом двигателя называетс я периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекаю щих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение теплово й энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хо да поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называе тся двухтактным. Автомобильны е двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который сов ершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состои т из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска. В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом дви гателе рабочий цикл происходит следующим образом: 1. Такт впуска По мере того, как коленчатый вал двигател я делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной к лапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров б ензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, см ешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь . 2. Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вр ащении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и дав ление рабочей смеси повышаются. 3. Такт расширения или рабочий ход. В конце такта сжатия рабо чая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вслед ствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.В процессе такта расширения ш арнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кр ивошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы соверша ют полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчат ого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахожд ении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре сни жается до 0.3 -0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С . 4. Такт выпуска . При четвертом по луобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом в ыпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод . Принцип действия четырехтактного дизеля В четырехтактном двигателе рабочие п роцессы происходят следующим образом: 1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося р азряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впус кной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре с оставляет 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С. 2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной кла паны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает по ступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температ ура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. П ри ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топ ливо, подаваемое топливным насосом . 3. Такт расширения, или рабочий ход . Впрыснутое в конце т акта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением т емпературы и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ -происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до 700 - 900 С. 4. Такт выпуска . Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и чере з открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилинд ра. Давление газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После оконча ния такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цик л повторяется в той же последовательности. Для обобщения на показаны схе мы рабочего цикла карбюраторных двигателей и дизелей. Принцип действия двухтактного двигателя Двухтактные д вигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндр ов горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а оч истка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. проце ссы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавш их газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной пр одувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и п родувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенны моменты сообщаетс я с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), к оторая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в сре дней части имеет три окна: впускное, выпускное 6 и продувочное, которое соо бщается клапаном скривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта: 1. Такт сжатия . Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекр ывая сначала продувочное, а затем выпускное 6 окно. После закрытия поршне м выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее гермети чности создается разряжение, под действием которого из карбюратора чер ез открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру. 2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сж атая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в резу льтате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действие м теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расшир яющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся пор шень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камер е горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывае тся и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу ,давление в цилин дре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувоч ное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по канал у, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов. Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отли чается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, чт о у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процес са сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых разм ерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше чет ырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное исп ользование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод про дувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности толь ко на 60...70%. Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигате лей Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из пяти процессов: впуск, сжатие, сгор ание, расширение и выпуск, которые совершаются за четыре такта или за два оборота коленчатого вала. Графическое представление о давлении газов при измен ении объема в цилиндре двигателя в процессе осуществления каждого из че тырех циклов дает индикаторная диаграмма. Она может быть построена по да нным теплового расчета или снята при работе двигателя с помощью специал ьного прибора - индикатора. Процесс впуска. Впуск горючей смеси осуществляется п осле выпуска из цилиндров отработавших газов от предыдущего цикла. Впус кной клапан открывается с некоторым опережением до ВМТ , чтобы получить к моменту прихода поршня к ВМТ большее проходное сечение у клапана. Впус к горючей смеси осуществляется за два периода. В первый период смесь пос тупает при перемещении поршня от ВМТ к НМТ вследствие разряжения, создаю щегося в цилиндре. Во второй период впуск смеси происходит при перемещен ии поршня от НМТ к ВМТ в течение некоторого времени, соответствующего 40 - 70 поворота коленчатого вала за счет разности давлений, и скоростного напо ра смеси . Впуск горючей смеси заканчивается закрытием впускного клапан а.Горючая смесь, поступившая в цилиндр, смешивается с остаточными газами от предыдущего цикла и образует горючую смесь. Давление смеси в цилиндр е в течение процесса впуска составляет 70 - 90 кПа и зависит от гидравлически х потерь во впускной системе двигателя. Температура смеси в конце процес са впуска повышается до 340 - 350 К вследствие соприкосновения ее с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными газами, имеющими темпера туру 900 - 1000 К. Процесс сжатия. Сжатие рабочей смеси, находящейся в ци линдре двигателя, происходит при закрытых клапанах и перемещении поршн я. Процесс сжатия протекает при наличии теплообмена между рабочей смесь ю и стенками (цилиндра, головки и днища поршня). В начале сжатия температур а рабочей смеси ниже температуры стенок, поэтому теплота передается сме си от стенок. По мере дальнейшего сжатия температура смеси повышается и становится выше температуры стенок, поэтому теплота от смеси передаетс я стенкам. Таким образом процесс сжатия осуществляется по политропе, сре дний показатель которой n=1.33...1.38. Процесс сжатия заканчивается в момент восп ламенения рабочей смеси. Давление рабочей смеси в цилиндре в конце сжати я 0.8 - 1.5МПа, а температура 600 - 750 К. Процесс сгорания. Сгорание рабочей смеси начинается раньше прихода поршня к ВМТ, т.е. когда сжатая смесь воспламеняется от эле ктрической искры. После воспламенения фронт пламени горящей свечи от св ечи распространяется по всему объему камеры сгорания со скоростью 40 - 50 м/с . Несмотря на такую высокую скорость сгорания, смесь успевает сгореть за время, пока коленчатый вал повернется на 30 - 35 .При сгорании рабочей смеси в ыделяется большое количество теплоты на участке, соответствующим 10 - 15 до ВМТ и 15 - 20 после НМТ, вследствие чего давление и температура образующихся в цилиндре газов быстро возрастают. В конце сгорания давление газов дости гает 3 - 5 МПа, а температура 2500 - 2800 К. Процесс расширения. Тепловое расширение газов, наход ящихся в цилиндре двигателя, происходит после окончания процесса сгора ния при перемещении поршня к НМТ. Газы, расширяясь, совершают полезную ра боту. Процесс теплового расширения протекает при интенсивном теплообм ене между газами и стенками (цилиндра, головки и днища поршня). В начале ра сширения происходит догорание рабочей смеси, вследствие чего образующ иеся газы получают теплоту. Газы в течение всего процесса теплового расш ирения отдают теплоту стенкам. Температура газов в процессе расширения уменьшается, следовательно, изменяется перепад температуры между газа ми и стенками. Процесс теплового расширения, заканчивающийся в момент от крытия выпускного клапана,. Процесс теплового расширения происходит по политре, средний показатель которой n2=1.23...1.31. Давление газов в цилиндре в кон це расширения 0.35 -0.5 МПа, а температура 1200 - 1500 К. Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинаетс я при открытии выпускного клапана, т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ. Выпус к газов из цилиндра осуществляется за два периода. В первый период выпус к газов происходит при перемещении поршня до НМТ за счет того, что давлен ие газов в цилиндре значительно выше атмосферного .В этот период из цили ндра удаляется около 60% отработавших газов со скоростью 500 - 600 м/с. Во второй п ериод выпуск газов происходит при перемещении поршня от НМТ до закрытие выпускного клапана за счет выталкивающего действия поршня и инерции дв ижущихся газов. Выпуск отработавших газов заканчивается в момент закры тия выпускного клапана, т. е. через 10 – 20 после прихода поршня в ВМТ. Давлени е газов в цилиндре в процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в к онце процесса выпуска 90 - 1100 К . Рабочий цикл четырехтактного двигателя Рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла карбюраторного двигателя способом образования и вос пламенения рабочей смеси. Процесс впуск а. Впуск воздуха начинается при открытом впускном клапане и заканчивается в момент закрытия его. Процес с впуска воздуха происходит также, как и впуск горючей смеси в карбюрато рном двигателе.. Давление воздуха в цилиндре в течении процесса впуска с оставляет 80 - 95 кПа и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура воздуха в конце процесса выпуска повышается до 320 - 350 К за счет соприкосновения его с нагретыми деталями двигателя и смеши вания с остаточными газами. Процесс сжатия. Сжатие воздуха, находящегося в цилинд ре, начинается после закрытия впускного клапана и заканчивается в момен т впрыска топлива в камеру сгорания Давление воздуха в цилиндре в конце сжатия 3.5 - 6 МПа, а температура 820 - 980 К. Процесс сгорания. Сгорание топлива начинается с моме нта начала подачи топлива в цилиндр, т.е. за 15 - 30 до прихода поршня в ВМТ. В это т момент температура сжатого воздуха на 150 - 200 С выше температуры самовоспл аменения. топливо, поступившее в мелкораспыленном состоянии в цилиндр, в оспламеняется не мгновенно, а с задержкой в течение некоторого времени (0.001 - 0.003 с), называемого периодом задержки воспламенения. В этот период топли во прогревается, перемешивается с воздухом и испаряется, т.е. образуется рабочая смесь. Подготовленное топливо воспламеняется и сгорает. В конце сгорания давление газов достигает 5.5 - 11 МПа, а температура 1800 - 2400 К. Процесс расширения. Тепловое расширение газов, наход ящихся в цилиндре, начинается после окончания процесса сгорания и закан чивается в момент закрытия выпускного клапана. В начале расширения прои сходит догорание топлива. Процесс теплового расширения протекает анал огично процессу теплового расширения газов в карбюраторном двигателе.. Давление газов в цилиндре к конце расширения 0.3 - 0.5 МПа, а температура 1000 - 1300 К. Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинаетс я при открытии выпускного клапана и заканчивается в момент закрытия вып ускного клапана. Процесс выпуска отработавших газов происходит также, к ак и процесс выпуска газов в карбюраторном двигателе. Давление газов в ц илиндре в процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце проце сса выпуска 700 - 900 К. Рабочие циклы двухтактных двигателей Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два такта, или за один оборот коле нчатого вала. Рассмотрим рабочий цикл двухтактного карбюраторного дви гателя с кривошипно-камерной продувкой, Процесс сжатия горючей смеси, находящейся в цилиндре, начинается с момента закрытия поршнем окон цилиндра при перемещении по ршня от НМТ к ВМТ. Процесс сжатия протекает также, как и в четырехтактном к арбюраторном двигателе, Процесс сгорания происходит аналогично процессу сго рания в четырехтактном карбюраторном двигателе. Процесс теплового расширения газов, находящихся в ци линдре, начинается после окончания процесса сгорания и заканчивается в момент открытия выпускных окон. Процесс теплового расширения происход ит аналогично процессу расширения газов в четырехтактном карбюраторно м двигателе .Процесс выпуска отработавших газов начинается при открыти и выпускных окон, т.е. за 60 65 до прихода поршня в НМТ, изаканчивается через 60 - 65 после прохода поршнем НМТ, на диаграмме изображается линией 462. По мере от крытия выпускного окна давление в цилиндре резко снижается, а за 50 - 55 до пр ихода поршня в НМТ открываются продувочные окна и горючая смесь, ранее п оступившая в кривошипную камеру и сжатая опускающимся поршнем, начинае т поступать в цилиндр. Период, в течение которого происходит одновременно два процесса - впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов,- называют продувкой. Во время продувк и горючая смесь вытесняет отработавшие газы и частично уносится вместе с ними. При дальнейшем перемещении к ВМТ поршень перекрывает сначала про дувочные окна, прекращая доступ горючей смеси в цилиндр из кривошипной к амеры, а затем выпускные и начинается в цилиндре процесс сжатия. Реактивные двигатели. Р еактивная струя создается реактив ным двигателем, являющимся по сущест ву двигателем внутреннего сгорания. На рисунке показана схема уст ройст ва одного из типов реактивных двигателей, устанав ливаемых на самолетах . Двигатель заключен в цилинд рический корпус, открытый спереди (воздухо приемное отверстие) и сзади (выходное сопло). Воздух входит в переднее отв ерстие (это показано стрелками) и попадает в компрессор, состоящий из ряд а лопаток, укрепленных на вращающихся колесах. Компрессор гонит воздух в доль оси двигателя, уплотняя его при этом. После компрессора воздух пост упает в камеру, в которую впрыскивается горючее. Получается горючая смес ь, которая воспламе няется, образуя газы высокой Схема устройства реак тивного двигателя температуры и высокого давления. Газы направляются к выходному сопл у, по пути приводя в действие газовую турбину, вращающую ком прессор, а за тем вырываются через сопло из заднего от верстия двигателя. Газы, покида ющие двигатель и получающие огромную скорость в направлении назад, дейс твуют на самолет с силой реакции, направленной вперед. Эта сила и приводи т в движение самолет. Инновации В последнее время все большее примене ние получают поршневые двигатели с принудительным наполнением цилиндр а воздухом повышенного давления, т.е. двигатели с наддувом. И перспективы двигателестроения связаны, на мой взгляд, с двигателями данного типа, т.к. здесь имеется огромный резерв неиспользованных конструкторских возмо жностей, и есть над чем подумать, а во-вторых, считаю, что большие перспект ивы в будущем именно у этих двигателей. Ведь наддув позволяет увеличить заряд цилиндра воздухом и, следовательно, количество сжимаемого топлив а, а тем самым повысить мощность двигателя. Для привода нагнетателя в современных двигателях обычно используют эн ергию отработавших газов. В этом случае отработавшие в цилиндре газы, ко торые имеют в выпускном коллекторе повышенное давление, направляют в га зовую турбину, приводящую во вращение компрессор. Согласно схеме газотурбинного наддува четырехтактного двигателя , отр аботавшие газы из цилиндров двигателя поступают в газовую турбину, посл е которой отводятся в атмосферу. Центробежный компрессор, вращаемый тур биной, засасывает воздух из атмосферы и нагнетает его под давлением 0.130...0.250 МПа в цилиндры. Помимо использования энергии выхлопных газов достоинст вом такой системы наддува перед приводом компрессора от коленчатого ва ла является саморегулирование, заключающееся в том, что с увеличением мо щности двигателя соответственно возрастают давление и температура отр аботавших газов, а следовательно мощность турбокомпрессора. При этом во зрастают давление и количество подаваемого им воздуха. В двухтактных двигателях турбокомп рессор должен иметь более высокую мощность, чем в четырехтактных, т.к. при продувке часть воздуха проходит в выпускные окна, транзитный воздух не и спользуется для зарядки цилиндра и понижает температуру выпускных газ ов. Вследствие этого на частичных нагрузках энергии отработавших газов оказывается недостаточно для газотурбинного привода компрессора. Кром е того, при газотурбинном наддуве невозможен запуск дизеля. Учитывая это , в двухтактных двигателях обычно применяют комбинированную систему на ддува с последовательной или параллельной установкой компрессора с га зотурбинным и компрессор с механическим приводом. При наиболее распространенной после довательной схеме комбинированного наддува компрессор с газотурбинны м приводом производит только частичное сжатие воздуха, после чего он дож имается компрессором, приводимым во вращение от вала двигателя. Благода ря применению наддува возможно повышение мощности по сравнению с мощно стью двигателя без наддува от 40% до 100% и более. На мой взгляд, основным направлением развития современных поршневых дв игателей с воспламенением от сжатия будет являться значительное форси рование их по мощности за счет применения высокого наддува в сочетании с охлаждением воздуха после компрессора . В четырехтактных двигателях в результате применения давления наддува до 3.1...3.2 МПа в сочетании с охлаждением воздуха после компрессора достигает ся среднее эффективное давление Pe=18.2...20.2 МПа. Привод компрессора в этих двиг ателях газотурбинный. Мощность турбины достигает 30% от мощности двигате ля, поэтому повышаются требования к КПД турбины и компрессора. Неотъемле мым элементом системы наддува этих двигателей должен являться охладит ель воздуха, установленный после компрессора. Охлаждение воздуха произ водится водой, циркулирующей с помощью индивидуального водяного насос а по контуру: воздухоохладитель - радиатор для охлаждения воды атмосферн ым воздухом. Перспективным направлением развития поршневых двигателей внутреннег о сгорания является более полное использование энергии выпускных газо в в турбине, обеспечивающей мощность компрессора, нужную для достижения заданного давления наддува. Избыточная мощность в этом случае передает ся на коленчатый вал дизеля. Реализация такой схемы наиболее возможна дл я четырехтактных двигателей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итак, мы видим, что двигатели внутреннего сгорания - очень сложный механизм. И Ф ункция, выполняемая тепловым расширением в двигателях внутреннего сго рания не так проста, как это кажется на первый взгляд. Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расши рения газов. И в этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подробно принцип ра боты ДВС, их рабочие циклы - вся их работа основана на использовании тепло вого расширении газов. Но ДВС - это только одно из конкретных применений т еплового расширения. И судя по тому, какую пользу приносит тепловое расш ирение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно судить о польз е данного явления в других областях человеческой деятельности. И пус кай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у них есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не загрязняющие внутрен нюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут п о доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на новый уровень развития, а пройдя его, человечество поднялось еще выше.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
На заседании Верховной Рады Надия Савченко внимательно слушала выступающих, смотрела, куда они сядут, и делала пометки в своем блокноте. Народная героиня Украины на всякий случай записывала координаты, чтобы в случае чего накрыть недостаточно патриотичных минометным огнем.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru