Загальна будова та класифікація двигунів внутрішнього згорання

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

РЕФЕРАТ

з дисципліни “Суднові енергетичні установки та електрообладнання суден”

на тему: “Загальна будова та класифікація двигунів внутрішнього згорання”

Виконав: студент 2 спз

Діхтяр А.В.

Перевірив: асистент

Палагній В.І.

Херсон 2021

Назва двигуна внутрішнього згоряння пов'язана з тим, що, на відміну від парової машини, горіння відбувається в закритій камері, в яку спеціально сконструйованими системами подається рідке або газоподібне паливо та повітря, кисень у складі якого, виконує роль окисника. Гарячі гази, що утворюються при згорянні палива, створюють значний тиск, енергія якого перетворюється у механічну роботу.

У двигунах внутрішнього згоряння процеси згоряння палива, виділення теплоти й перетворення її в механічну енергію відбуваються безпосередньо всередині двигуна.

До двигунів внутрішнього згоряння належать:

поршневі та роторно-поршневі двигуни;

газові турбіни;

реактивні двигуни.

Найекономічнішими є поршневі двигуни внутрішнього згоряння. Основним недоліком цих двигунів є наявність корбово-хитневого механізму, що ускладнює конструкцію й обмежує можливість підвищення частоти обертання.

Принцип внутрішнього згоряння неодноразово пропонувався для конструкції двигунів, але практично придатні двигуни внутрішнього згоряння почали виготовляти тільки в другій половині XIX століття. До розроблення різноманітних інженерних рішень, необхідних для роботи двигуна, доклали зусиль багато різних інженерів.

Перший придатний до використання двотактний газовий двигун внутрішнього згоряння був сконструйований французьким механіком Етьєном Ленуаром у 1860 році. Потужність двигуна становила 8,8 кВт (11,97 к. с.). Його було реалізовано як одноциліндрову горизонтальну машину подвійної дії, що працювала на суміші повітря і світильного газу з електроіскровим запалюванням від стороннього джерела.

Перший патент на чотиритактний двигун внутрішнього згоряння отримав ще в 1862 Альфонс Бо де Роша (французький патент № 52593 від 16.01.1862). Проте, винахідником двигуна внутрішнього згоряння часто називають німецького інженера Ніколауса Отто, який у 1862 році розпочав виробництво й продаж двотактних двигунів. У 1866 році Н. Отто та Е. Ланген удосконалили конструкцію двигуна Е. Ленуара, що привело до зростання коефіцієнта корисної дії. У 1876 Отто сконструював чотиритактний двигун[1]. У 1877 році він отримав патент на газомоторний двигун. Цей патент було скасовано у 1886 році на користь патенту, виданого Альфонсу Бо де Роша на його конструкцію чотиритактного двигуна. У жовтні 1877, ще один патент на газомоторний двигун був виданий Ніколаусу Отто і братам Френсісу та Вільяму Кросслі.

Механічна система двигуна внутрішнього згоряння сконструйована так, що його робота розбивається на послідовність періодичних циклів, кожен із яких складається з кількох тактів. Один із тактів -- робочий, під час цього такту розширення гарячих стиснених газів призводить до руху поршня, інші виконують допоміжні функції, серед яких всмоктування суміші палива із повітрям або тільки повітря, звільнення робочої камери від відпрацьованих газів та продуктів згоряння тощо.

Найпоширеніші конструкції двигунів внутрішнього згоряння -- двотактні та чотиритактні.

Винахідником одного із двотактних двигунів був українець родом з Галичини Михайло Кос, двигун запатентований під назвою «Кос-мотор».

Перший двотактний бензиновий двигун сконструював Карл Бенц (перший патент отримано у 1879 році).

Серед різноманітних конструкцій двигунів внутрішнього згоряння найчастіше зустрічаються дизельні, інжекторні (з моно- чи розподіленим впорскуванням) та карбюраторні. В дизельних двигунах паливо вприскується безпосередньо в циліндр і загоряється у процесі вприскування за рахунок високого тиску стисненого повітря. В інжекторних -- паливо вприскується у впускний колектор двигуна, через який разом з повітрям потрапляє у циліндри.

З'явились бензинові інжекторні двигуни, у яких паливо вприскується безпосередньо в циліндр (безпосереднє вприскування). В карбюраторних двигунах використовується спеціальний пристрій, карбюратор, у якому створюється суміш палива та повітря. Стиснена робоча суміш в карбюраторних та інжекторних двигунах потребує примусового запалювання від електричної іскри.

Принцип дії двигуна внутрішнього згоряння можна розглянути на прикладі чотиритактного карбюраторного двигуна. Основним елементом такого двигуна є циліндр, усередині якого відбувається згоряння палива. Як правило, їх кілька. Тому кажуть про одно-, дво-, чотири-, п'яти-, шести-, восьми-, дванадцяти-, шістнадцяти та навіть вісімнадцятициліндрові двигуни. У кожному циліндрі встановлено рухомий поршень.

Чотиритактним двигун називається через те, що його роботу можна розділити на чотири, рівні за часом, частини. Поршень чотири рази пройде по циліндру - двічі вгору і двічі вниз. Такт починається при перебуванні поршня в крайній нижній або верхній точці. У автомобілістів-механіків це називається верхня мертва точка (ВМТ) і нижня мертва точка (НМТ).

Робочий цикл чотиритактного двигуна. такт 1: впуск

Мал. 1

Під час першого такту поршень починає рух від ВМТ і закінчується в НМТ, в цей момент клапан упорскування знаходиться у відкритому положенні і поршень втягує паливноповiтряну суміш в циліндр, шляхом створення вакуумного простору. такт 2: стиснення

Мал. 2

Другий такт починається в НМТ і закінчується в ВМТ, тобто відразу після надходження горючої суміші в циліндр, поршень піднімаючись стискає її, готуючи до займання під час робочого ходу. Впускний і випускний клапани на цьому етапі закриті. такт 3: займання

Мал. 3

У цей момент колінвал завершив повний оборот на 360 градусів і поки поршень знаходиться в ВМТ (кінець такту стиснення), стиснене повітря і паливо запалюється від свічки запалювання (в бензиновому двигуні) і потім під дією сили вибуху поршень здійснює робочий хід вниз до НМТ і виробляє механічну роботу для повороту колінвалу. такт 4: випуск

Мал. 4

Після загоряння горючої суміші поршень спочатку опускається до НМТ і потім піднімається до ВМТ. Рухаючись (поршень) до ВМТ виштовхує з циліндра продукти згоряння через відкритий випускний клапан.

Робочий цикл двотактного двигуна.

Мал. 5

Такт 1: впуск і запалювання горючої суміші

Коли поршень рухається вгору, паливо і повітря нагнітаються в камеру згоряння і свічка запалювання дає іскру. Це відбувається як раз перед тим, як поршень досягає ВМТ.

Такт 2: Стиснення і Вихлоп

У положенні ВМТ поршень блокує впускний отвір, герметизуя камеру згоряння, в результаті займання суміші температура і тиск газів різко зростають. Під цією дією поршень переміщається вниз до НМТ. У найнижчій точці випускний отвір більше не закрит поршнем, і відбувається вихід відпрацьованих газів.

Пальне

Як паливо для двигунів внутрішнього згоряння використовуються продукти переробки нафти: бензин, гас, дизельне паливо, зріджений нафтовий газ тощо. Двигуни внутрішнього згоряння можуть працювати також на зрідженому природному газі та спиртах: етанолі й метанолі. Синтетичне паливо для використання у двигунах внутрішнього згоряння отримують із природного газу, вугілля або біомаси завдяки процесу Фішера-Тропша.

У майбутньому як паливо може використовуватися водень, який має ту перевагу, що продуктом його згоряння є вода, однак для використання водню необхідно подолати технічні проблеми, пов'язані з великими об'ємами необхідних паливних баків та іншими складнощами.

Двигуни внутрішнього згоряння із примусовим запалюванням

У двигунах внутрішнього згоряння із примусовим запалюванням (із запалюванням від іскри) використовуються палива, які легко утворюють горючі суміші з повітрям і характеризуються досить високою стійкістю до передчасного самозапалювання. У таких двигунах паливна суміш або готується попередньо в карбюраторі, або утворюється при впорскуванні палива в систему паливоподачі чи безпосередньо у циліндри. Карбюраторні двигуни були найпоширенішим типом бензинових двигунів. В останні роки вони витіснені двигунами з впорскуванням бензину. ККД карбюраторного двигуна може досягати 33-36%, однак при епізодичних і часткових навантаженнях він істотно менший і становить 15-20%. Це зумовлюється зменшенням термічного ККД при неповних навантаженнях, коли дроселювання подачі палива спричиняє зниження тиску в камері згоряння. З врахуванням того, що в міських умовах автомобільні двигуни працюють у змінному режимі, середній ККД їх невеликий.

Цього недоліку позбавлені двигуни з безпосереднім чи розподіленим впорскуванням палива, в яких подача палива регулюється електронною системою в залежності від навантаження двигуна. Такими двигунами обладнується переважна більшість нових легкових автомобілів. Однак системи впорскування палива працюють у жорсткому тепловому режимі і висувають підвищені вимоги до якості палива.

Двигуни внутрішнього згоряння із запалюванням від стиску

Двигуни із запалюванням від стиску (дизелі). Двигун із запалюванням від стиску був запропонований Р. Дізелем у 1897 р. Він виявився менш вимогливим до палива, ніж карбюраторний двигун, і міг працювати практично на всіх видах палива, аж до мазутів. У Росії в 1898 р. на заводі «Російський дизель» був розроблений двигун, що працює на сирій нафті. Протягом ХХ ст. двигун Дізеля одержав величезне поширення. Його термічний ККД вищий, ніж у двигунів, що працюють за циклом Отто, і для вихрокамерних двигунів досягає 36%, а для двигунів з безпосереднім впорскуванням -- 42%. Якщо ж врахувати, що на різних режимах він практично однаковий, то середній ККД може майже вдвічі перевищувати ККД карбюраторного двигуна. Для всіх типів двигунів при часткових навантаженнях дещо знижується механічний ККД, через втрати потужності на тертя. Це пояснюється високими ступенями стиску, які можуть бути досягнуті на дизельному двигуні. Дизельні двигуни поділяють на високо-, середньо- і низькообертові, для кожного типу призначене своє паливо. Швидкообертові двигуни встановлюють в основному на автомобілях. Для них призначене паливо, яке називають дизельним. Основні транспортні засоби, які використовують швидкообертові дизелі, -- вантажівки, але в деяких країнах заохочується обладнання такими двигунами легкових автомобілів. В Європі, наприклад, за 15 років (1975-1990 р.) виробництво легкових автомобілів з дизельними двигунами зросло в 10 разів.

двигун інжекторний чотиритактний запалювання

Мал. 6

Запалювання палива, впорсненого в камеру згоряння, відбувається не одразу, а після періоду затримки, протягом якого паливо, яке надійшло в камеру згоряння, встигає прогрітися, прореагувати з киснем повітря й утворити первинні продукти окиснення. Чим довший період затримки запалювання, тим більше часу на підготування горючої суміші, і тим активніше вона згоряє. Якщо період затримки запалювання занадто великий, то тиск у камері згоряння наростає дуже швидко, зростають ударні навантаження на поршень -- спостерігається жорстка робота двигуна. Оптимальний період затримки запалювання залежить від конструкції камери згоряння і від здатності палива до самозапалювання, що виражається цетановим числом (ЦЧ) палива.

Список використаної літератури

1. веб-сайт https://en.ppt-online.org

2. веб-сайт http://www.protools.co.ua

3. веб-сайт https://uk.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru