который впоследствии был усовершенствован и назван <золотником>.
Затем Уатт пришел к выводу, что вовсе не обязательно все время, пока
поршень движется, подавать в цилиндр пар. Достаточно впустить в цилиндр
какую-то порцию пара и сообщить поршню движение, а дальше этот пар начнет
расширяться и перемещать поршень в крайнее положение. Это сделало машину
экономичней: меньше требовалось пара, меньше расходовалось топлива.
Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей - двигатель
внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли,
тракторы, моторные лодки и т.д., во всем мире насчитываются сотни миллионов
таких двигателей.
Для оценки теплового двигателя важно знать, какую часть энергии,
выделяемую топливом, он превращает в полезную работу. Чем больше эта часть
энергии, тем двигатель экономичнее.
Для характеристики экономичности вводится понятие коэффициента
полезного действия (КПД).
КПД теплового двигателя - это отношение той части энергии, которая
пошла на совершение полезной работы двигателя, ко всей энергии,
выделившейся при сгорании топлива.
Первый дизель (1897 г.) имел КПД 22%. Паровая машина Уатта (1768 г.) -
3-4%, современный стационарный дизель имеет КПД 34-44%.
2. ИСТОРИЯ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ В РОСИИ
Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного
хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе
страны. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов,
перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70%
пассажирских перевозок.
Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли
народного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современном
этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения .
Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад
(название "автомобиль" происходит от греческого слова autos - "сам" и
латинского mobilis - "подвижный"), когда стали изготовлять "самодвижущиеся"
повозки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка
крестьянин Л.Шамшуренков создал довольно совершенную для своего времени
"самобеглую коляску", приводимого в движение силой двух человек. Позднее
русский изобретатель И.П.Кулибин создал "самокатную тележку" с педальным
приводом. С появлением паровой машины создание самодвижущихся повозок
быстро продвинулось вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через
несколько лет и в Англии были построены паровые автомобили. Широкое
распространение автомобиля как транспортного средства начинается с
появлением быстроходного двигателя внутреннего сгорания. В 1885 г.
Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бензиновым двигателем, а в 1886 г.
К.Бенц - трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально
развитых странах (Франция, Великобритания, США) создаются автомобили с
двигателями внутреннего сгорания.
В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В
царской России неоднократно делались попытки организовать собственное
машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на
Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет
здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей.
Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество
грузовых автомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около
9000 автомобилей, из них большая часть - зарубежного производства.
После Великой Октябрьской социалистической революции практически заново
пришлось создавать отечественную автомобильную промышленность. Начало
развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в
Москве на заводе АМО были построены первые грузовые автомобили АМО-Ф-15.
В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производство
автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось массовое производство
грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в строй завод ГАЗ.
В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей Московский завод
малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский
автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй
Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы.
Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо
быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный завод
им. 50-летия СССР.
3. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Как было выше сказано, тепловое расширение применяется в ДВС. Но каким
образом оно применяется и какую функцию выполняет мы рассмотрим на примере
работы поршневого ДВС. Двигателем называется энергосиловая машина,
преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Двигатели, в
которых механическая работа создается в результате преобразования тепловой
энергии, называются тепловыми. Тепловая энергия получается при сжигании
какого-либо топлива. Тепловой двигатель, в котором часть химической энергии
топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую
энергию, называется поршневым двигателем внутреннего сгорания. (Советский
энциклопедический словарь)
3. 1. Классификация ДВС
Как было выше сказано, в качестве энергетических установок автомобилей
наибольшее распространение поучили ДВС, в которых процесс сгорания топлива
с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит
непосредственно в цилиндрах. Но в большинстве современных автомобилей
установлены двигатели внутреннего сгорания, которые классифицируются по
различным признакам: По способу смесеобразования - двигатели с внешним
смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров
(карбюраторные и газовые), и двигатели с внутренним смесеобразованием
(рабочая смесь образуется внутри цилиндров) -дизели; По способу
осуществления рабочего цикла - четырехтактные и двухтактные; По числу
цилиндров - одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые; По
расположению цилиндров - двигатели с вертикальным или наклонным
расположением цилиндров в один ряд, V-образные с расположением цилиндров
под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется
двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппозитным); По способу
охлаждения - на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением; По виду
применяемого топлива - бензиновые, дизельные, газовые и многотопливные ;По
степени сжатия. В зависимости от степени сжатия различают
двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия; По способу
наполнения цилиндра свежим зарядом:а) двигатели без наддува, у которых
впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в
цилиндре при всасывающем ходе поршня;) двигатели с наддувом, у которых
впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением,
создаваемым компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной
мощности двигателя; По частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты
вращения, быстроходные ;По назначению различают двигатели стационарные,
авто тракторные, судовые, тепловозные, авиационные и др.
3.2. Основы устройства поршневых ДВС
Поршневые ДВС состоят из механизмов и систем, выполняющих заданные им
функции и взаимодействующих между собой. Основными частями такого двигателя
являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а
также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система.
Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-
поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала .
Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси
в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания.
Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в
цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.
Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с
целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим
циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов
изнашивания.
Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы
двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании
рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма.
Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в
цилиндре двигателя .
Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера,
который снизу закрыт поддоном . Внутри цилиндра перемещается поршень с
компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем
в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым
валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере.
Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр
,поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-
шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами, открытие и
закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а
следовательно, и с перемещением поршня.
Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при
которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня
называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение -
нижняя мертвая точка (НМТ) .
Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается
маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое
поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному
радиусу R кривошипа: S=2R.
Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется
камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра
между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и
обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh
составляет полный объем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его
измеряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр
цилиндра. Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя
называют рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле:
Vр=(пД^2*S)/4*i, где i - число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра
Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия:
E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром
двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и
мощность .
3. 3. Принцип работы
Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на
использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения
поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в
результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом
повышается температура газов и давления. Т. к .давление под поршнем равно
атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы
давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяться,
совершая полезную работу. Вот здесь-то и дает о себе знать тепловое
расширение газов, здесь и заключается его технологическая функция: давление
на поршень. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию,
цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через
впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан
смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения
удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм
газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система
подачи топлива.
3.4. Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд
последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и
обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если
рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот
коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.
Страницы: 1, 2, 3
|