Двигатели внутреннего сгорания

Учебный центр «ОНикС»

Устройство двигателя внутреннего сгорания

1 - головка цилиндра;

2 - цилиндр;

3 - поршень;

4 - поршневые кольца;

5 - поршневой палец;

7 - коленчатый вал;

8 - маховик;

9 - кривошип;

10 - распределительный вал;

11 - кулачок распределительного вала;

12 - рычаг;

13 - клапан;

14 - свеча зажигания

Верхнее крайнее положение поршня в цилиндре называется верхней мертвой точкой (в. м. т.)

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Нижнее крайнее положение поршня в цилиндре называется нижней мертвой точкой

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Расстояние, проходимое поршнем от одной до другой мертвой точки, называется

ходом поршня S .

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Объем V с над поршнем, находящимся в в. м. т., называется объемом камеры сгорания

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Объем V п над поршнем, находящимся в н. м. т. называется

полным объемом цилиндра .

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Объем Vр, освобождаемый поршнем при его перемещении от в. м. т. к н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра .

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Рабочий объем цилиндра

Где: D - диаметр цилиндра;

S - ход поршня.

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Полный объем цилиндра

V c +V h = V n

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Степень сжатия

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

4-х тактный

2-х тактный

двигателя .

Первый такт - впуск .

Поршень перемещается от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разрежение 0,7- 0,9 кгс/см и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр.

Температура смеси в конце впуска

75-125°С.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .

Второй такт- сжатие .

Поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т., оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно

9-15 кгс/см 2 и 35О-50О°С.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .

Третий такт - расширение, или рабочий ход .

В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, происходит быстрое сгорание смеси. Максимальное давление при сгорании достигает 30-50 кгс/см 2 , а температура 2100-2500°С.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .

Четвертый такт - в ы п у с к

Поршень перемещается от

н.м.т. к в.м.т., выпускной клапан открыт. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1-1,2 кгс/см 2 , а температура - до 70О-800°С.

Работа четырехтактного карбюраторного двигателя .

Разделенная вихрекамерная камера сгорания

Формы камер сгорания у дизелей

Разделенная форкамерная камера сгорания

Формы камер сгорания у дизелей

Полуразделенная камера сгорания

Формы камер сгорания у дизелей

Неразделенная камера сгорания

Установка на клапане ширмы

Тангенциальное расположение канала

Винтовой канал

Способы создания вихревого движения заряда во время впуска

Винтовой канал

Принцип работы дизельного двигателя .

двигателя .

Работа двухтактного карбюраторного двигателя .

Исследовательская работа на тему «История развития двигателей внутреннего сгорания»

Подготовил учащийся

11 класса

Попов Павел

Цели проекта:

• изучить историю создания и развития двигателей внутреннего сгорания;
• рассмотреть различные типы ДВС;
• изучить сферы применения различных ДВС

ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно.

Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел.

К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение

самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

По роду топлива двигатели внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые.

По способу заполнения цилиндра свежим зарядом - на 4-тактные и 2-тактные.

По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха - на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.

Мощность, экономичность и другие характеристики двигателей постоянно улучшаются, но основной принцип действия остаётся неизменным.

В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу.

Первый двигатель, изобрёл в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822-1900). Рабочим топливом в его двигателе служила смесь светильного газа (горючие газы в основном метан и водород) и воздуха. Конструкция имела все основные черты будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл. Её коэффициент полезного действия составлял всего 4 % т.е. лишь 4% теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с отработанными газами.

Двигатель Ленуара

Жан Жозеф Этьен Ленуар

2-х тактный двигатель

В этом двигателе рабочий ход происходит в два раза чаще.

1 такт впуск и сжатие

2 такт рабочий ход и выпуск

Двигатели такого типа применяются на скутерах, моторных лодках, мотоциклах

4-тактный двигатель Отто

Николаус Август Отто

4-х тактный двигатель

Схема работы четырехтактного двигателя, цикл Отто 1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск

Двигатели такого типа применяются в машиностроении.

Карбюраторный двигатель

Этот двигатель – одна из разновидностей двигателей внутреннего сгорания. Сгорание топлива происходит внутри двигателя и существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях. Создателем этого двигателя был Готлиб Даймлер.

В течение нескольких лет Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием двигателя. В поисках более эффективных, чем светильный газ, автомобильного топлива Готлиб Даймлер совершив 1881году поездку на юг России, где ознакомился с процессами переработки нефти. Один из её продуктов, лёгкий бензин, оказался как раз таким источником энергии, который искал изобретатель: бензин хорошо испаряется, быстро и полностью сгорает, удобен для транспортировки.

В 1886году Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и на бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны только на жидкое топливо.

Карбюраторный двигатель

Готлиб Вильгельм Даймлер

Первый вариант инжекторного двигателя появился в конце 1970-х годов.

В этой системе датчик кислорода в выпускном коллекторе определяет полноту сгорания, а электронная схема устанавливает оптимальное соотношение топливо/воздух. В топливной системе с обратной связью состав топливно-воздушной смеси контролируется и регулируется несколько раз в секунду. Эта система очень похожа на систему карбюраторного двигателя.

Современный инжекторный двигатель

Первый инжекторный двигатель

Основные типы двигателей

Поршневой ДВС

Двигатели такого типа устанавливаются на автомобилях разного класса, морских и речных судах.

Основные типы двигателей

Роторный ДВС

Двигатели этого типа устанавливаются на автомобилях различного типа.

Основные типы двигателей

Газотурбинный ДВС

Двигатели такого типа устанавливаются на вертолетах, самолетах и другой военной технике.

Дизельный двигатель

Одним из видов ДВС является дизельный двигатель.

В отличии от бензиновых ДВС сжигание топлива в нем происходит благодаря сильному сжатию.

В момент сжатия происходит вспрыск топлива, которое благодаря высокому давлению сгорает.

В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель

Двигатель Дизеля

Хотя Дизель и был первым, который запатентовал такой двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт высказывал ранее похожие идеи. Но он не обратил внимания на самое большое преимущество - топливную эффективность.

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время.

Востребованный в таком виде высокооборотистый дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта

В 50 - 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.

Самый мощный в мире дизель, который устанавливается на морские лайнеры.

Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %,

дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением до 50 %.

Преимущества дизельных двигателей

Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.

Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более что в них не используется система зажигания.

Основные этапы развития ДВС

• 1860 год Э.Ленуар первый ДВС;
• 1878 год Н. Отто первый 4х тактный двигатель;
• 1886 год В.Даймлер первый карбюраторный двигатель;
• 1890 год Р. Дизель создал дизельный двигатель;
• 70-е годы 20 века создание инжекторного двигателя.

Основные типы ДВС

• 2-х и 4-х тактные ДВС;
• бензиновые и дизельные ДВС;
• поршневые, роторные и газотурбинные ДВС.

Сферы применения ДВС

• автомобилестроение;
• машиностроение;
• кораблестроение;
• авиационная техника;
• военная техника.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

1860 г. Этьен Ленуар изобрел первый двигатель, работавший на светильном газе Этьен Ленуар (1822-1900) Этапы развития ДВС: 1862 г. Альфонс Бо Де Роша предложил идею четырехтактного двигателя. Однако свою идею осуществить он не сумел. 1876 г. Николаус Август Отто создает четырехтактный двигатель по Роше. 1883 г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать как на газе, так и на бензине К 1920 г. ДВС становятся лидирующими. экипажи на паровой и электрической тяге стали большой редкостью. Карл Бенц изобрел самоходную трехколесную коляску на основе технологий Даймлера. Август Отто (1832-1891) Даймлер Карл Бенц

3 слайд

Описание слайда:

4 слайд

Описание слайда:

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Четырехтактный двигатель 1 такт – впуск (горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр) Различают 4 такта: 2 такт – сжатие (клапаны закрыты и смесь сжимается, в конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива) 3 такт – рабочий ход (происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу) 4 такт – выпуск (отработавшие газы вытесняются поршнем)

5 слайд

Описание слайда:

На практике мощность двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых клапанах Двухтактный двигатель Существует также двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Сжатие Сгорание выпуск впуск 1 такт 2 такт

6 слайд

Описание слайда:

Способы увеличения мощности двигателя: КПД двигателя внутреннего сгорания мал и примерно составляет 25% – 40%. Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных ДВС около 44%.Поэтому многие ученые пытаются увеличить КПД, а также и при этом саму мощность двигателя. Использование многоцилиндровых двигателей Использование специального топлива (правильного соотношения смеси и рода смеси) Замена частей двигателя (правильных размеров составных частей, зависящие от рода двигателя) Устранение части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра

7 слайд

Описание слайда:

Одной из важнейших характеристик двигателя является его степень сжатия, которая определяется следующее: Степень сжатия e V2 V1 где V2 и V1 - объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию.

8 слайд

Описание слайда:

жидкостные газовые с искровым зажиганием без искрового зажигания (дизельные) (карбюраторный)

9 слайд

Описание слайда:

Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя Остов двигателя (блок-картер, головки цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, масляный поддон) Механизм движения (поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик) Механизм газораспределения (кулачковый вал, толкатели, штанги, коромысла) Система смазки (масло, фильтр грубой отчистки, поддон) жидкостная (радиатор, жидкость, др.) Система охлаждения воздушная (обдув потоками воздуха) Система питания (топливный бак, топливный фильтр, карбюратор, насосы)

10 слайд

Описание слайда:

Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя Система зажигания (источник тока – генератор и аккумулятор, прерыватель + конденсатор) Система пуска (электрический стартер, источник тока – аккумулятор, элементы дистанционного управления) Система впуска и выпуска (трубопроводы, воздушный фильтр, глушитель) Карбюратор двигателя

Слайд 2

План

История создания ДВС Типы и принцип работы ДВС 2-х,4-х тактные ДВС Использование ДВС

Слайд 3

История создания ДВС

В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. Это открытие имело огромное значение прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами. Однако светильный газ годился не только для освещения.

Слайд 4

Жан Этьен Ленуар

Двигатель Ленуара – двусторонний и двухтактный, т.е. полный цикл работы поршня длится в течение двух его ходов. Но этот двигатель оказался малоэффективен. Хотя в 1862 году Ленуар установил двигатель на карету, использовал рулевое колесо и даже совершал пробные поездки вблизи Парижа. В 1863 году уверял, что его двигатель начал работать на бензине

Слайд 5

Август Отто

В 1864 году Август Отто получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма "Отто и Компания".

Слайд 6

Типы ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) - это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются относительно несовершенным типом тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например в транспорте.

Слайд 7

Поршневые двигатели

Поршневой двигатель - двигател внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия, образовавшаяся в результате сгорания топлива в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень.

Слайд 8

Бензиновый

Бензиновые - смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушно смеси в этом случае - её гомогенизированность.

Слайд 9

Дизельный

Дизельные - специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в цилиндре.

Слайд 10

Газовый

Газовые - двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях.

Слайд 11

Газодизельный

Газодизельные - основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Слайд 12

2-х тактный

Двухтактный цикл.Такты:1. При движении поршня вверх - сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего цикла в полость под поршнем.2. При движеннии поршня вниз - Рабочий ход, выхлоп и вытеснение топливной смеси из-под поршня в рабочую зону цилиндра.

Слайд 13

4-х тактный

4-тактный цикл двигателя внутреннего сгоранияТакты:1.Всасывание горючей смеси.2.Сжатие.3.Рабочий ход.4.Выхлоп.

Слайд 14

Использование ДВС

ДВС часто используется в транспорте, и для каждого вида транспорта нужен свой тип ДВС. Так для общественного транспорта необходим ДВС имеющий хорошую тягу на низких оборотах, в общественном транспорте применяется ДВС большого объёма развивающий максимальную мощность на малых оборотах. В гоночных болидах формулы-1 используется ДВС,который достигает максимальной мощности на высоких оборотах, но он имеет относительно малый объём.

Посмотреть все слайды

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Август Отто В 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу- она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто. В 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма "Отто и Компания". На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разряжённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разряжение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15%, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Поиски нового горючего Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту - бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом. Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых "испарительных" карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Слайд 12

Описание слайда:

Слайд 13

Описание слайда:

Слайд 14

Описание слайда: