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.
Карбюраторный двигатель. Этот двигатель – одна из разновидностей двигателей
внутреннего сгорания. Это название подчеркивает, что, во-первых, сгорание
топлива происходит внутри двигателя, а во-вторых, существенной его деталью
является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных
пропорциях.
Карбюраторные Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложный
агрегат, включающий ряд узлов и систем.
Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех
остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка
(головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя
крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.
Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление
газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на
коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую
группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).
Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в
цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый
(распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также
толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются
клапанными пружинами.
Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся
поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в
фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере
под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к
шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров,
толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при
разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся
деталей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой
очистки, откуда сливается обратно в поддон.
Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной. Жидкостная система
состоит из рубашек цилиндров и головок, заполненных охлаждающей жидкостью
(водой, антифризом и т. п.), насоса, радиатора, в котором жидкость
охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, и устройств,
регулирующих температуру воды. Воздушное охлаждение осуществляется обдувом
цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха (на мотоциклах).
Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и
воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве,
зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака,
топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и
карбюратора, являющегося основным узлом системы.
Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры,
воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока -
генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент
подачи искры. В систему включается распределитель тока высокого напряжения
по соответствующим цилиндрам. В одном агрегате с прерывателем находятся
конденсатор, улучшающий работу прерывателя, и катушка зажигания, с которой
снимается высокое напряжение (12-20 кВ). В то время, когда Двигатели
внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись
запальные калоризаторы.
Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от
стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов
дистанционного управления. В функции системы входит вращение вала двигателя
для пуска.
Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на
впуске и глушителя шума на выпуске.
Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить
двигатель ГАЗ-21 "Волга". Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель,
развивающий мощность 55 кВт (75 л.с.) при 4000 об/мин и степени сжатия 6,7.
Удельный расход топлива на наиболее экономичном режиме составляет 290 г;
(кВт.ч).
Наибольшая мощность четырёхтактного карбюраторного Двигателя внутреннего
сгорания 600 кВт (800 л.с.)
Дизельный двигатель. В 1892 г. немецкий инженер Р. Дизель получил патент
(документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный
его фамилией.
Рудольф Дизель (18 марта 1858, Париж — 29 сентября 1913, пролив Ла-Манш)
Родился в немецкой семье, эмигрировавшей во Францию. В 1870 из-за
начавшейся Франко-прусской войны всю семью выслали в Англию. Для получения
образования Рудольфа родители отправили в Германию, сначала в Аугсбурге, а
затем в Мюнхене в Высшую техническую школу, которую он окончил с отличием.
Большой удачей для него стало покровительство известного инженера Карла фон
Линде, устроившего Дизеля в 1880 на работу в парижское отделение своей
фирмы. Долгие годы Рудольф работал над созданием двигателя, в котором
воздух должен сжимался таким образом, чтобы при соединении его с топливом
создавалась бы необходимая для воспламенения температура. В 1890 Дизеля
перевели в берлинское отделение фирмы. Здесь он представил расчеты и
теоретическое обоснование своей идеи и в 1892 получил патент. В 1897 был
продемонстрирован двигатель мощностью 25 л.с. Высокоэффективный двигатель
заинтересовал фирму Круппа, машиностроительные заводы Аугсбурга и многих
других. К Рудольфу Дизелю пришел коммерческий успех, но через некоторое
время лицензионные отчисления (ройялти) прекратились из-за конструкторских
просчетов, устраненных уже другими изобретателями. Рудольф Дизель погиб,
видимо, во время крушения почтового парохода «Дрезден» в проливе Ла-Манш
(по другой версии, покончил жизнь самоубийством из-за финансовых неудач).
В цилиндры двигателя Дизеля попадает не смесь бензина и воздуха, как в
карбюраторных двигателях, а только воздух. Поршень, сжимая этот воздух,
совершает над ним работу и, согласно первому закону термодинамики,
внутренняя энергия воздуха возрастает. Подобно опыту с "воздушным огнивом"
температура в цилиндре возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо
сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень
обратно, осуществляя рабочий ход. Следовательно, работа двигателя Дизеля
также состоит из четырех тактов. Дизельные двигатели, или попросту, дизели,
могут работать на менее качественном, а, значит, на более дешевом топливе,
чем карбюраторные двигатели. Дизели также способны развивать большую
мощность. Кроме того, КПД дизелей достигает 35-40 %, что заметно выше, чем
КПД карбюраторных двигателей: 25-30 %.
Газовые Двигатели работают большей частью па природном газе и газах,
получаемых при производстве жидкого топлива. Кроме того, могут быть
использованы: газ, генерируемый в результате неполного сгорания твёрдого
топлива, металлургические газы, канализационные газы и пр. Применяются как
четырёхтактные, так и двухтактные газовые Двигатели внутреннего сгорания.
По принципу смесеобразования и воспламенения газовые двигатели разделяются
на: Двигатели внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и искровым
зажиганием, в которых рабочий процесс аналогичен процессу карбюраторного
двигателя; Двигатели внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и
зажиганием струей жидкого топлива, воспламеняющегося от сжатия; Двигатели
внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием и искровым зажиганием.
Газовые двигатели, использующие природные газы, применяются на стационарных
электростанциях, компрессорных газоперекачивающих установках и т. п.
Сжиженные бутано-пропановые смеси используются для автомобильного
транспорта
Экономичность работы Двигателей внутреннего сгорания характеризуется
эффективным КПД, который представляет собой отношение полезной работы к
количеству тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, затраченного на
получение этой работы. Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных
Двигателей внутреннего сгорания около 44%.
Основным преимуществом Двигателей внутреннего сгорания, так же как и др.
тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями
гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных
источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем
установки, оборудованные Двигателями внутреннего сгорания, могут свободно
перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое
применение Двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах
(автомобилях, строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т.
п.).
Совершенствование Двигателей внутреннего сгорания идёт по пути повышения их
мощности, надёжности и долговечности, уменьшения массы и габаритов,
создания новых конструкций . Можно наметить также такие тенденции в
развитии Двигателей внутреннего сгорания, как постепенное замещение
карбюраторных Двигателей дизелями на автомобильном транспорте, применение
многотопливных двигателей, увеличение частоты вращения и другими
улучшениями в конструкции. Над совершенствование двигателя внутреннего
сгорания работали и продолжают работать многие учёные, инженеры,
испытатели.
Вот некоторые интересные новости развития Двигателей внутреннего сгорания.
Министр энергетики США Спенсер Абрахам представил топ-менеджерам
американских автоконцернов доклад о "национальном водородном энергетическом
графике". Авторы программы предлагают постепенно развертывать производство
водородных двигателей вместо традиционных двигателей внутреннего сгорания.
По их замыслу, это позволило бы снизить зависимость США от импорта нефти.
Около года назад Министерство энергетики США вместе с ведущими
американскими автоконцернами и нефтяными компаниями начало реализовывать
программу по разработке и производству автомобильных двигателей на основе
водородных топливных ячеек. В январе 2002 г. администрация Джорджа Буша
отказалась от программы разработки сверхэкономичных автомобилей, оснащенных
бензиновыми двигателями (ее начали реализовывать еще при президенте
Клинтоне).
В штаб-квартире Ford Motor состоялась презентация "национального
водородного энергетического графика". По словам министра энергетики США
Спенсера Абрахама, выступившего с докладом перед представителями
автоконцернов и нефтяных компаний, внедрение новой технологии существенно
снизит зависимость страны от импорта нефти с Ближнего Востока, а также
решит проблему парниковых газов, вызывающих глобальное потепление климата.
Для выработки электроэнергии в двигателях на топливных ячейках используется
продукт химической реакции водорода и кислорода. При этом, если применяется
абсолютно чистый водород, выхлоп автомобиля состоит из водяного пара.
Однако Абрахам вынужден был признать, что новая технология вряд ли получит
широкое распространение до конца десятилетия. "Разработка автомобилей
будущего (с двигателями) на топливных ячейках сопряжена с многочисленными
техническими трудностями", - заявил Абрахам. Одна из главных проблем, по
его словам, - как найти безопасный способ хранения водорода в автомобиле.
Другая трудность - в том, как организовать сеть доставки водорода, которая
функционировала бы по образцу ныне действующей системы поставок бензина на
АЗС. Наконец, по словам Абрахама, необходимо найти экономичный способ
промышленного производства водорода.
Тем не менее еще в мае General Motors представила грузовой пикап, который,
по словам представителей компании, стал первым в мире автомобилем с
двигателем на топливных ячейках. Он производит электричество из водорода,
экстрагированного из бензина. Пикап оборудован топливным процессором,
который путем ряда химических реакций превращает бензин с низким
содержанием серы в топливо, пригодное для использования в топливных
ячейках.
Открытие Двигателя внутреннего сгорания оказало большое влияние
на развитие многих отраслей промышленности, сельского хозяйства
и науки.
Список литературы.
1. К.С. Шестопалов Устройство, техническое обслуживание легкового
автомобиля. Учебное пособие. Москва. Издательство ДОСААФ. 1990.
2. Двигатели внутреннего сгорания, т. 1-3, Москва.. 1957.
3. Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968.
4. Физика 8 класс, Москва. Издательство Дрофа. 2002.
5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 (2cd).
6. Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа.
2001.
Страницы: 1, 2
