История создания двигателя внутреннего сгорания

Давайте ознакомимся с некоторыми сведениями из истории создания двигателей.
Обратите внимание на то, что актуальные проекты зарождались, реализовывались одновременно в разных странах. Конструкции двигателей шаг за шагом совершенствовались. Причём старые идеи часто, благодаря новым технологиям, становились передовыми.

В 1690 году французский физик и английский механик спроектировали пар атмосферную машину прерывистого действия. В 1763 году русский теплотехник Иван Ползунов разработал проект паровой машины непрерывного действия и воплощён в жизнь через 2года. В1769 году французский инженер построил первый колёсный трактор с паровым двигателем для нужд артиллерии.

После 15 мин работы такого трактора, он останавливался для погрузки в него дерева или углей. В 1774 году английский механик создал паровой двигатель. В 1824 году французский инженер опубликовал работу размышление о движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу. В 1816-1840 годах английский физик разработал двигатель внешнего сгорания.

Такой двигатель может работать на любом виде топлива. Его двигателя были низко токсичны, бесшумны и в настоящее время считаются перспективными. В 1860 году французский инженер сконструировал двигатель внутреннего сгорания, который работал на газообразном топливе. В нём рабочий процесс осуществлялся за один оборот коленчатого вала.

То есть за два такта, а горючая смесь воспламенялась электрической искрой. Несмотря на свою низкую эффективность, 45%, эти двигатели были популярны во Франции и Великобритании. 1876 год, немецкий механик построил четырехтактный двигатель. В 1884 году шведский учёный создал паровую турбину. В1888 году француз изобрёл генератор мгновенного парообразования. Этот двигатель стал пределом совершенства паровых двигателей. 1897 год, немецкий инженер создал двигатель внутреннего сгорания, работающий на керосине.

Топливо в камеру сгорания этого двигателя подавалось сжатым воздухом и воспламенялась сжатием топливно-воздушной смеси внутри цилиндра. 1908-1911 годы на подмосковном паровозостроительном заводе ,находящегося в Коломне, был построен первый в мире горизонтальный двухтактный дизель с противоположно движения поршня. 1986 год, фирма bosch приступила к серийному выпуску топливных насосов высокого давления с электронной системой управления впрыскивания топлива.

Для чего был придуман двигатель?

С каждым годом людей становилось всё больше и больше в следствии чего государству нужно было где то расселять людей. В городе уже не хватало места, поэтому они выезжали за них и жили в деревнях. Даже тогда люди стремились жить лучше, но работы в деревнях не было и по этому они старались работать в городах. Из этого можно понять, что людям нужен транспорт.

Одной из главных причин создания двигателей был транспорт и перевозка пассажиров и грузов.
Следующей причиной стало военное дело. Боеприпасы нужно вести самолёты должны быть быстрее, а машины мощнее. Выходит ещё одной задачей двигателя является военное дело.

Общее устройство и работа двигателя:

Основной источник энергии автомобиля или иного транспортного средства является двигатель внутреннего сгорания. При этом в зависимости от вида применяемого топлива, двигателя подразделяются на 1.бензиновые, 2.дизельные 3.газовые.двигатели работают на жидком топливе «бензине».

В бензиновом двигателе смесь бензина с воздухом и далее воспламеняется и сгорает внутри цилиндра с помощью электрической искры. При этом электрическая искра образуется на свече зажигания. Дизельные двигатели работают на особом дизельном топливе. В дизельных двигателях смесь топлива и воздуха сама воспламеняется. И так как смесь топлива и воздуха воспламеняется сама , то в дизельных двигателях не применяют свечи.

Газовые двигатели это двигатели с принудительным зажиганием. Они работают на метане или пропане. В газовых двигателях газ перед подачей в цилиндры двигателя смешивается с воздухом в специальном смесителе. Но в общем по принципу работы такие двигатели практически не отличаются от бензиновых. Несмотря на некоторые отличия, работа всех перечисленных двигателей основано на одном и том же свойстве, а именно на свойства газов расширяться при нагревании. То есть во время сгорания топлива происходит расширение воздуха, попавшего в цилиндр.

При этом давление нагревшийся в цилиндре, воздух передаётся на поршень. За счёт этого давления поршень перемещается вниз. Перемещаясь вниз поршень через шатун воздействует на коленчатый вал. В итоге коленчатый вал начинает вращаться, чтобы было проще понять, двигатель можно сравнить с ногой велосипедиста, которая давит на педаль.

В этом случае поршень можно сравнить с коленом велосипедиста. Шатун с голенью ноги, а педаль с коленчатым валом. При этом колено движется вверх-вниз ,а педаль вращается далее. Вращательное движение от педали через звёздочки и цепь передаётся на колесо. Нечто подобное происходит и в настоящем автомобильном двигателе. Вообще двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространённым типом двигателей.

На автомобилях однако несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания наиболее распространены, они имеют существенный недостаток, а именно низкий КПД. В частности при работе двигателя внутреннего сгорания из каждых 10 литров сгоревшего топлива, только около 2 литров идёт на совершение полезной работы. Остальные 8литров буквально вылетают в трубу. Из-за этого коэффициент полезного действия нынешних двигателей составляет обычно чуть более 20%. Но даже это не останавливает использование данного двигателя, так как он алого пока не придумали.

Основные понятия о двигателе внутреннего сгорания

Рассмотрение этого вопроса мы проведём на примере одноцилиндрового двигателя и так как мы уже выяснили в цилиндре двигателя имеется поршень. Он может перемещаться только вверх и вниз. Крайнее верхнее положение, которое может достичь поршень называется верхней мёртвой точкой. Соответственно крайнее нижнее положение поршня называется нижней мёртвой точкой.

То расстояние которого проходит поршень называется ходом поршня. Следующий термин это камера сгорания. Ещё она называется камерой сжатия. Камера сгорания это пространство, которое остаётся между головкой цилиндра и поршнем, когда поршень находится в верхней мёртвой точке. Рабочий объём двигателя это сумма рабочих объёмов всех цилиндров двигателя. Рабочий объем двигателя обычно указывается в технических характеристиках автомобиля. Чем больше рабочий объём двигателя, тем больше мощность двигателя.

И последний термин, который мы рассмотрим, это термин «такт». Так называется процесс, который происходит в цилиндре. За один ход поршня рассмотрим рабочий цикл четырёхтактного, бензинового двигателя. Рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя состоит из следующих тактов. Первый такт впуск. Второй такт сжатие.

Третий такт расширение. Четвёртый такт выпуск. Сейчас мы рассмотрели рабочий цикл бензинового двигателя. Следует сказать, что по сравнению с бензиновым двигателем, рабочий цикл дизельного двигателя происходит практически также , однако при этом имеются важные отличия. Рассмотрим подробно рабочий цикл дизельного двигателя. В первом такте впуска в цилиндр дизельного двигателя всасывается чистый воздух без топлива. Далее в ходе следующего такта происходит сжатие чистого воздуха.

При этом он сжимается настолько сильно, что нагревается до температуры более 600 градусов Цельсия. Далее в конце такта сжатия в дизельном двигателе вместо искры в цилиндр попадает порция топлива. Попав в среду горячего воздуха топливо тут же само воспламеняется. Затем топливо сгорает благодаря чему происходит рабочий ход.

После рабочего происходит такт выпуска. Благодаря тому, что в дизельных двигателях топливо воспламеняется самостоятельно в дизельных двигателях не применяются свечи зажигания. Но один поршень имеет не настолько много силы и мощи для равномерного и быстрого хода машины. В большинство автомобилей устанавливаются двигатели, которые имеют 4 цилиндра.

Механизмы и системы двигателя:
Сейчас мы рассмотрели то как работает двигатель легкового автомобиля. Следует сказать, что настоящий двигатель в действительности гораздо сложнее и состоит из большого числа элементов. В частности абсолютно всё бензиновые двигатели включают в себя кривошипно-шатунный механизм.
1.кривошипно-шатунный механизм:

Он необходим для того, чтобы превратить прямолинейное движение поршня. Во вращательное движение коленчатого вала кривошипно-шатунный механизм включает в себя следующие детали. Поршень, шатун,. В поршне имеются канавки вдоль соприкосновения со стенками камеры сгорания. В них располагаются резиновые кольца для уплотнения. Следующая деталь поршневой системы это поршневой палец. Он нужен для соединения поршня и шатуна.

В свою очередь шатун состоит из стержня верхней головки и нижней головки. В верхнюю головку шатуна вставляется поршневой палец. Благодаря этому поршень соединяется с шатуном. Нижняя головка шатуна выполняется разборной. С помощью нижней головки шатуна крепится к коленчатому валу. Коленчатый вал имеет четыре шатунные шейки, к которым крепятся шатуны. На переднем конце коленчатого вала крепится звёздочка, шкаф, и шестерня привода распределительного вала. К задней части коленчатого вала крепится маховик.
2. Газораспределительный механизм:

Основное назначение газораспределительного механизма, это своевременный впуск в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов. Из каких деталей состоит этот механизм? Сейчас мы это и рассмотрим. Первое наперво он состоит из распределительных валов. Они имеют специальные элементы, которые называются кулачками.

С помощью этих кулачков происходит управление работай клапанов. Клапан внешне чем то похож на гвоздь. Клапан состоит из стержня и головки. Головка клапана плотно закрывает гнездо впускного или выпускного канала. Пока одни кулачки давят на к на клапана , противоположные ему находятся на половину движения первого.

3. Система охлаждения:
Очевидно, что при своей работе двигатель интенсивно нагревается. Происходит это потому что сгорающая внутри двигателя топливо нагревает цилиндры и поршни. Если не охлаждать двигатель, то произойдёт его поломка. С целью отвода излишков тепла в двигателе, применяется система охлаждения.

На современных автомобилях применяются жидкостные системы охлаждения. Здесь находятся радиатор, теплоотводные трубки, насос, расширительный бачок. Для охлаждения жидкостью используется не вода а различные антифризы. Такое хорошее охлаждение двигателя происходит из за циркуляции жидкости по трубкам.
4.система питания:

Эта система необходима для подачи топливного воздушной смеси в цилиндры двигателя. В качестве топлива для современных двигателей применяется бензин различных марок. Типы питания бензиновых двигателей используют и инжекторные и карбюраторные. Инжекторная система позволяет достичь большей мощности и лучших характеристик работы. Так же позволяет повысить экологичность работы.