Двигатели внутреннего сгорания

МИНИСТЕРСТВО  ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

МОУ Г. ЕКАТЕРИНБУРГА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ  ШКОЛА № 86

ЧКАЛОВСКОГО РАЙОНА

 

Образовательная область: естествознание

Предмет: физика

 

 

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИНЦИП РАБОТЫ

 

Исполнитель:    Карелин Андрей Алексеевич

         ученик 9-б класса

                          Руководитель:   Сергеева Елена Алексеевна

                                       учитель физики МОУ СОШ № 86

                                   I квалификационная категория

 

 

Екатеринбург

2010

                                          СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….   4                      

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ  (ДВС)……………………………………………………………   6

ГЛАВА 2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВС…………..........   9

1. КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ..................................  9
1. Общие сведения и классификация………………………………… 9
2. Конструкция кривошипно-шатунного механизма……………….  11
3. Кинематика кривошипно-шатунного механизма………………...   13
4. Динамика кривошипно-шатунного механизма…………………..   13
5. Уравновешивание двигателей внутреннего сгорания…………… 14
6. Равномерность хода и расчет маховика двигателя……………….  16
2. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ……………………. 19   2.1. Классификация и конструктивный обзор газораспределительных механизмов………………………………………………………………. 19   2.2. Элементы механизма газораспределения………............................. 20
3. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ……….………………..  21   3.1. Классификация систем охлаждения……………………………….. 22    3.2. Жидкостная система охлаждения………………………………….. 24    3.3. Воздушная система охлаждения…………………………………… 25
4. СИСТЕМА СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЯ…….……………………………28    4.1. Классификация и устройство системы смазки……………………. 28
5. СИСТЕМА ПУСКА И ЗАЖИГАНИЯ ДВС……..…………………  32    5.1. Способы пуска двигателей…………………………………………. 33    5.2. Параметры пускового устройства………………………………….  34    5.3. Зажигание от магнето………………………………………………  37    5.4. Электронные системы зажигания……………………………........   43

   6. СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВС…….………………………    45  6.1. Теоретические основы регулирования скоростных режимов двигателей …………………………………………………………………  44    6.2. Классификация и конструкции регуляторов……………………….   48

ГЛАВА 3. ДВС И ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ…..……………………..    53  1.1. Вредные выбросы в составе отработавших газов и их воздействие на живую природу …………………………………………………………..   53    1.2. Законодательные ограничения выбросов вредных веществ ……..    58    1.3. Альтернативные топлива …………………………………………… 62

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….  65

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………..  66

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

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. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию. 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. Существуют: жидкостные и газовые, с внешним (карбюраторные двигатели) и внутренним (дизели) смесеобразованием, поршневые и турбинные, реактивные и комбинированные Двигатели внутреннего сгорания. Я выбрал эту тему так как мне интересны двигатели внутреннего сгорания их свойства и значения в автомобилях. А так же я понимаю, что сейчас в нашей стране огромным спросом пользуются машины, их производство и прирост в нашей стране всё растёт и растёт и через несколько лет когда моё поколение людей получат права на вождения разновидностей транспортных средств будет очень много и нужно обязательно знать какое из них лучше взять для своих целей.

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель: рассмотреть устройство и работу двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Объект: топливные двигатели

Предмет: двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Задачи:

1. Изучить литературу по данному вопросу и систематизировать материал
2. Рассмотреть строение двигателя внутреннего сгорания, его разновидности
3. Оценить роль двигателя внутреннего сгорания для человека
4. Рассмотреть способы уменьшения влияния двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду
5. Подготовить презентацию Power Point

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Первый двигатель, работавший светильном газе, 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. И всё же конструкция Э. Ленуара была лишь прообразом реального двигателя, она требовала серьёзного усовершенствования. Достаточно сказать, что её коэффициент полезного действия составлял всего 0.04, т.е. Лишь 4% теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с отработанными газами, нагревали корпус и т.п. Надёжно работали свечи выпускной золотник, для охлаждения двигателя требовалось очень много воды. В 1862 г. Французский инженер Альфонс Бо Де Роша (1815-1891) предложил идею четырёхтактного двигателя: обязательным моментом работы последнего становилось сжатие рабочей смеси газа с воздухом. Однако осуществить свою идею Бо Де Роша не сумел. Такой двигатель создал в 1876 г. служащий из Кёльна (Германия) Николаус Август Отто (1832-1891). Над его конструкцией изобретатель напряженно трудился и добился более высокого КПД, чем у существовавших тогда паровых машин.

В течение нескольких лет Бенцу и Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием двигателя. В результате при поддержки состоятельных людей Карл Бенц даже построил небольшой завод по производству газовых двигателей. В поисках более эффективных, чем светильный газ, автомобильного топлива Готлиб Даймлер совершив 1881г 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 1883г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и на бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны только на жидкое топливо. Переход от газа к бензину позволил в несколько раз увеличить обороты коленчатого вала, доведя его до 900об./мин; почти вдвое возросла удельная мощность двигателя (т.е. приходящаяся на 1 л суммарного-рабочего-объёма его цилиндров). Работа первопроходцев всегда требует энтузиазма и смелости. Награда за их настойчивость становится благодарность потомков. Первая самоходная коляска Бенца с бензиновым мотором была трехколесной. Даймлур начинал с двухколёсного «моторного велосипеда».

Изобретения Даймлера и Бенца соотечественники встретили холодно. Благопристойных горожан беспокоил треск бензиновых двигателей; «знатоки» утверждали к тому же, что мотор «безжалостного экипажа» непременно взорвётся. В итоге Даймлеру пришлось испытывать свой автомобиль по ночам на загородных дорогах. А Бенца полиция обязала вперед сообщать свой маршрут места остановок, чтобы привести в готовность пожарные команды.

Для того чтобы продемонстрировать безопасность поездок на автомобиле, фрау Берта Бенц тайком от мужа совершила вместе с сыновьями дальний (180км) автомобильный пробег. В этой поездке смелой автомобилистке приходилось прочищать трубу подачи топлива шляпной булавкой и изолировать электрический провод резиновой чулочной подвязкой.

Несмотря на явные преимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца 19 века паровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, из выпущенных к 1899г. механических экипажей 40% составлял «паромобили», 38%-«электромобили» и лишь 22%-«бензиномобили».

Двигатели внутреннего  сгорания обладают нетрадиционной организацией рабочего процесса и сочетают преимущества бензиновых двигателей (высокая удельная мощность, малый удельный вес, высокая  частота вращения) и дизелей (высокая экономичность). Высокие удельные параметры такого двигателя с искровым зажиганием обеспечиваются реализацией оптимальных параметров рабочего процесса, к которым относятся: степень сжатия 11-13 и количественно-качественное регулирование мощности, допускающее повышение коэффициента избытка воздуха на частичных нагрузках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1. Кривошипно-шатурный  механизм

1.1. Общие сведения и классификация

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Детали КШМ участвуют в совершении рабочего процесса и воспринимают механические и тепловые нагрузки.

Кривошипно-шатунный механизм является основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания. На рис. 1.1 показаны схемы кривошипно-шатунных механизмов, применяемых в двигателях.

Тронковый кривошипно-шатунный механизм (рис. 1.1а) наиболее часто применяется в двигателях простого действия. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно верхней головкой с поршневым пальцем и нижней головкой с шейкой колена вала. Рабочая полость располагается над поршнем в цилиндре, закрытом крышкой.

Крейцкопфный  кривошипно-шатунный механизм изображен на рис. 1.1б. Поршень в данном механизме соединяется с шатуном при помощи жестко связанного с поршнем штока и крейцкопфа, совершающих поступательное движение. При таком сочленении поршень разгружается от нормальной силы, так как ее действие переносится на крейцкопф; вследствие этого становится возможным создание второй рабочей полости в цилиндре под поршнем. При этом шток должен проходить через нижнюю крышку со специальным сальником, обеспечивающим герметичность полости под поршнем. Крейцкопфная система кривошипно-шатунного механизма применяется в тихоходных двигателях простого действия большой мощности, а также в двигателях двойного действия.

Тронковый кривошипно-шатунный механизм двигателя с V-образным расположением показан на рис. 1.1в.

Рис.1.1

    

а                                                б                                                      в

Рис. 1.1. Схемы кривошипно-шатунных механизмов двигателей внутреннего  сгорания

На автомобильных и  тракторных двигателях применяют центральные (аксиальные) (рис. 1.2а), смещенные (дезаксиальные) (рис. 1.2б) тронковые кривошипно-шатунные механизмы. В центральном КШМ ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала. В дезаксиальном КШМ ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала, а смещена относительно нее на некоторое расстояние е. Смещение оси цилиндра уменьшает разницу в давлениях на правую и левую стороны цилиндра. Во время рабочего хода давление поршня на стенку цилиндра уменьшается, а во время хода сжатия – увеличивается, что в общем дает более равномерный износ двигателя. К преимуществам дизаксиального механизма следует отнести меньшую скорость поршня около верхней мертвой точки (ВМТ), благодаря чему улучшается процесс сгорания, который приближается к условиям сгорания при постоянном объеме. Величина смещения е обычно откладывается в направлении вращения коленчатого вала. Для современных двигателей относительное смещение, или дезаксаж, – отношение смещения е к радиусу кривошипа r находится в пределах 0.04–0.10. Наибольшее распространение получил центральный КШМ, кинематический и динамический анализ работы которого рассматривается ниже.