Создание и развитие двигателей внутреннего сгорания

        Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение  

                                     высшего профессионального образования

                       Петрозаводский государственный университет

                                            Кольский филиал

  

     Кафедра энергетики и   

        электротехники

 

       Дисциплина: История развития  

        энергетики

                                 Реферат

   Создание и развитие двигателей внутреннего сгорания

студента 3 курса

(группа АВЭЭ 10/3.5)

заочного отделения 

физико-энергетического факультета

специальность 071600 – Высоковольтная электроэнергетика и электротехника

                                           

                                                     Карабанова  Эдуарда                           

                                                                                  Ивановича

 

                                                     Старший преподаватель   

                                                                                   Ярошевич В.В.

 

                                                          

  

                                           Содержание

Введение ……………………………………………………………………………..3                                                                                                                               

 1. История создания  ………………………………………………………………..4                                                                                                          

 2. История автомобилестроения в России ………………………………………...8                                           

 3. Поршневые двигатели внутреннего сгорания……………………………….. 10            

   3. 1. Классификация ДВС ………………………………………………………. 10          

   3. 2. Основы устройства поршневых ДВС ……………………………………. 11         

  3.3. Принцип работы……………………………………………………………. 12          

   3. 4. Принцип действия четырехтактного карбюраторного

   двигателя…………………………………………………………………………..13              

   3. 5. Принцип действия четырехтактного дизеля………………………………14           

   3. 6. Принцип действия двухтактного двигателя………………………………15            

   3. 7. Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных

        двигателей………………………………………….………………………… 16                  

   3. 8. Рабочий цикл четырехтактного двигателя………......................................18               

   3.9. Рабочие циклы двухтактных двигателей…………………………………. 19                

Заключение………………………………………………………………………… 21                   

Литература…………………………………………………………………………. 22                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                              Введение

      XX век - это  мир техники. Могучие машины  добывают из  недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили,часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяетнас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты  с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами  земной атмосферы, летают ракеты и искусственные Спутники Земли. Все  этодействует не без помощи электричества.

     Человек начал  свое развитие с присвоения готовых продуктов природы. Уже на  первом этапе развития он стал применять искусственные орудия труда. С развитием производства начинают складываться условия для возникновения и развития машин. Сначала машины, как и орудия труда лишь помогали человеку в его труде. Затем они стали постепенно заменять его.

     В  феодальный период истории впервые  в качестве источника энергии  была  использована сила водяного потока. Движение воды вращало водяное колесо, которое в свою очередь приводило в действие различные механизмы. В этот  период появилось множество разнообразных технологических машин. Однако широкое распространение этих машин часто тормозилось из-за отсутствия рядом водяного потока. Нужно было искать новые источники энергии, чтобы приводить в действие машины в любой точке земной поверхности. Пробовали энергию  ветра, но это оказалось малоэффективным.

      Стали искать другой источник  энергии. Долго трудились изобретатели,

много машин  испытали  - и вот, наконец, новый двигатель был построен. Этобыл паровой двигатель. Он приводил в движение многочисленные машины и  станки на фабриках и заводах. В начале XIX века были изобретены первые  сухопутные паровые транспортные средства - паровозы.

     Но  паровые машины были сложными, громоздкими и дорогими установками. Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был другой двигатель -небольшой и дешевый. В 1860  г.  француз Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую  искру для зажигания, сконструировал первый  нашедший практическое  применение двигатель внутреннего сгорания.

 

                                           1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ

     Использовать  внутреннюю энергию – это значит  совершить за счет нее

полезную работу, то есть превращать внутреннюю энергию в механическую. В простейшем опыте, который заключается в том, что в пробирку наливают немного воды и доводят ее до кипения, причем пробирка изначально закрыта пробкой, пробка под давлением образовавшегося пара поднимается вверх и выскакивает.

     Другими  словами, энергия топлива переходит  во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу, выбивая пробку. Так внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию пробки.

     Если  пробирку заменить прочным металлическим  цилиндром, а пробку поршнем, который плотно прилегает к стенкам цилиндра и способен свободно  перемещаться вдоль них, то получится простейший тепловой двигатель.

     Тепловыми  двигателями называют машины, в  которых внутренняя энергия  топлива превращается в механическую энергию.

     История  тепловых машин уходит в далекое  прошлое говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механики математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара.

Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо даВинчи.

     Как же стреляла  эта пушка? Один конец ствола  сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому как поршень скользило ядро.

     Примерно тремя  столетиями позже в Александрии - культурном и богатом городе на африканском побережье Средиземного моря - жил и работал выдающийся ученый Герон, которого историки называют Героном Александрийским. Герон оставил несколько сочинений, дошедших до нас, в которых он описал различные машины, приборы, механизмы, известные в те времена.

     В сочинениях  Герона есть описание интересного  прибора, который сейчас называют Героновым шаром. Он представляет собой полый железный шар, закрепленный так, что может вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступает в шар, из шара он вырывается наружу через изогнутые трубки, при этом шар приходит вовращение. Внутренняя энергия пара превращается в механическую энергию вращения шара. Геронов шар - это прообраз современных реактивных двигателей.

     В то время  изобретение Герона не нашло  применения и осталось только забавой. Прошло 15 столетий. Во времена нового расцвета науки и техники, наступившего после периода средневековья, об использовании внутренней энергии пара задумывается Леонардо да Винчи. В его рукописях есть несколькорисунков с изображением цилиндра и поршня. Под поршнем в цилиндре находитсявода, а сам цилиндр подогревается. Леонардо да Винчи предполагал, чтообразовавшийся в результате нагрева воды пар, расширяясь и увеличиваясь вобъеме, будет искать выход, и толкать поршень вверх. Во время своегодвижения вверх поршень мог бы совершать полезную работу.

     Несколько  иначе представлял себе двигатель,  использующий энергию пара, Джованни Бранка, живший навек раньше великого Леонардо. Это было колесо слопатками, в второе с силой ударяла струя пара, благодаря чему колесоначинало вращаться. По существу, это была первая паровая турбина.

     В XVII-XVIII веках над изобретением паровой машин трудились англичанеТомас Севери (1650-1715) и Томас Ньюкомен (1663-1729), француз Дени Папен(1647-1714), русский ученый Иван Иванович Ползунов (1728-1766) и другие.

      Папен построил цилиндр, в котором вверх и вниз свободно перемещался поршень. Поршень был связан тросом, перекинутым через блок, с грузом, который вслед за поршнем также поднимался и опускался. По мысли Папена, поршень можно было связать с какой-либо машиной, Например водяным насосом, который стал бы качать воду. В нижнюю откидывающуюся часть цилиндра насыпали порох, который затем поджигали. Образовавшиеся газы, стремясь  расшириться, толкали поршень вверх. После этого цилиндр и поршень с  наружной стороны обливали диодной водой. Газы в цилиндре охлаждались, и их давление на поршень уменьшалось. Поршень под действием собственного веса и  наружного атмосферного давления опускался вниз, поднимая при этом груз.  Двигатель совершал полезную работу. Для практических целей он не годился :слишком уж сложен был технологический цикл его работы (засыпка и поджигание  пороха, обливание водой, И это на протяжении всей работы двигателя!). Кроме  того, применение подобного двигателя было далеко не безопасным. Однако нельзя не усмотреть в первой машине Палена черты современного  двигателя внутреннего сгорания.

   В своем новом двигателе Пален вместо пороха использовал воду. Ее наливали в цилиндр под поршень, а сам цилиндр разогревали снизу. Образующийся пар поднимал поршень. Затем цилиндр охлаждали, и находящийся внем пар конденсировался – снова превращался в воду. Поршень, как и в случае  порохового двигателя, под действием своего веса и атмосферного давления  опускался вниз. Этот двигатель работал лучше, чем пороховой, но для  серьезного практического использования был также мало пригоден: нужно было  подводить и отводить огонь, подавать охлажденную воду, ждать, пока пар сконденсируется, перекрывать воду и т.п. Все эти недостатки были связаны с тем, что приготовление пара, необходимого для работы двигателя, происходило в самом цилиндре. А что еслив цилиндр впускать уже готовый пар, полученный, например, в отдельном  котле? Тогда достаточно было бы попеременно впускать в цилиндр то пар, то  охлажденную воду, и двигатель работал бы с большей скоростью и меньшим  потреблением топлива.

     Об  этом догадался современник Дени Палена англичанин Томас Севери, построивший паровой насос для откачки воды из шахты. В его машине приготовление пара происходило вне цилиндра - в котле.

     Вслед  за Севери паровую машину (также  приспособленную для откачивания  воды из шахты) сконструировал английский кузнец Томас Ньюкомен. Он умело  использовал многое из того, что было придумано до него. Ньюкомен взял цилиндр с поршнем Палена, но пар для подъема поршня получал, как и Севери, в отдельном котле.

     Машина  Ньюкомена, как и все ее предшественницы, работала прерывисто - между двумя рабочими ходами поршня была пауза. Высотой она была с четырех-пятиэтажный дом и, следовательно, исключительно <прожорлива>: пятьдесят  лошадей еле-еле успевали подвозить ей топливо. Обслуживающий персонал  состоял из двух человек: кочегар непрерывно подбрасывал уголь в <ненасытную пасть> топки, а механик управлял кранами, впускающими пар и холодную воду в  цилиндр.

     Понадобилось  еще 50 лет, прежде чем был  построен универсальный паровой двигатель. Это произошло в России, на одной из отдаленных ее окраин - Алтае, где в то время работал гениальный русский изобретатель, солдатский  сын Иван Ползунов.

     Ползунов  построил свою <огне действующую машину> на одном из барнаульских заводов. Это изобретение было делом его жизни и, можно сказать, стоило ему жизни, В апреле 1763 года Ползунов заканчивает расчеты  и подает проект на рассмотрение. В отличие от паровых насосов Севери и Ньюкомена, о которых Ползунов знал и недостатки, которых ясно осознавал, это был проект универсальной машины непрерывного действия. Машина  предназначалась для воздуходувных мехов, нагнетающих воздух в плавильные  печи. Главной ее особенностью было то, что рабочий вал качался непрерывно, без холостых пауз. Это достигалось тем, что Ползунов предусмотрел вместо  одного Цилиндра, как это было в машине Ньюкомена, два попеременно работающих. Пока в одном цилиндре поршень под действием пара поднимался  вверх, в другом пар конденсировался, и поршень шел вниз. Оба поршня были  связаны одним рабочим валом, который они поочередно поворачивали то в одну,то в другую стороны. Рабочий ход машины осуществлялся не за счет  атмосферного давления, как у Ньюкомена, а благодаря работе пара в цилиндрах.

     Весной 1766-года ученики Ползунова, спустя неделю после его смерти (он умер в 38 лет), испытали машину. Она работала в течение 43 суток и приводила в движение мехи трех плавильных печей. Потом котел дал течь; кожа, которой были обтянуты поршни (чтобы уменьшить зазор между стенкой  цилиндра и поршнем), истерлась, и машина остановилась навсегда. Больше ею  никто не занимался.