История развития ДВС и область применения

Технический прогресс в мире, развивающийся по направлениям электрификации, механизации и автоматизации производственных процессов, основан на широком внедрении различных машин во все отрасли промышленности

Только при помощи машин может быть достигнута механизация трудоемких процессов, что является необходимым условием значительного повышения производительности труда, обеспечивающего успешное строительство и укрепление обороноспособности государства.

Машины различных типов составляют основу военной техники, которой оснащаются Российские вооруженные силы.

Машина представляет собой механизм или комплекс механизмов, предназначенный для выполнения полезной работы, связанной с процессом производства или с процессом преобразования энергии.

Машины делятся на:

- рабочие машины,

- машины-двигатели,

- машины-преобразователи.

Рабочими называются машины, с помощью которых изменяются свойства, состояние, форма и положение обрабатываемого материала или объекта. К таким машинам относятся, например, металлообрабатывающие станки, текстильные, полиграфические, различные сельскохозяйственные машины (сеялки, прицепные комбайны, молотилки), конвейеры, эскалаторы, насосы, рабочие машины для транспортировки и перемещения различных тел.

Машинами-двигателями называются машины, в которых тот или иной вид энергии преобразуются в механическую работу, необходимую для приведения в движение рабочей машины.

Машину-двигатель принято называть просто двигателем. В зависимости от вида энергии, преобразуемой в механическую работу, двигатели подразделяются на:

- тепловые,

- электрические,

- водяные,

- ветреные.

Если в машинах происходит обратный процесс преобразования одного вида энергии, в какой либо другой вид энергии, то такие машины называют преобразователями. Примером преобразования является генератор электрического тока, приводимый в действие тепловым или каким-либо другим двигателем.

Тепловые двигатели преобразуют тепловую энергию в механическую работу.

Тепловые двигатели, в которых сгорание топлива происходит вне двигателя, называют двигателями внешнего сгорания.

К ним относятся:

- паровой поршневой двигатель,

- паровая турбина.

Тепловые двигатели, в которых топливо сгорает непосредственно в двигателе (в рабочем цилиндре или специальной камере сгорания) называются двигателями внутреннего сгорания.

К ним относятся:

- поршневые двигатели внутреннего сгорания,

- газовые турбины,

- комбинированные и реактивные двигатели.

Рис 1.1. Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Основными элементами этого двигателя являются:

1. картер 6. поршень

2. цилиндр 7. шатун

3. впускной клапан 8. коленчатый вал

4. выпускной клапан

5. головка цилиндра

Топливо и воздух поступают непосредственно в цилиндр двигателя, где и происходит сгорание топлива. Образующиеся при этом газы давят на поршень, под давлением газа поршень передвигается в цилиндре. Поступательное движение поршня при помощи шатуна передается коленчатому валу и преобразуется во вращательное движение.

Таким образом, принципиальное отличие двигателя внутреннего сгорания от двигателей внешнего сгорания заключается в том, что выделение тепла в процессе сгорания топлива происходит непосредственно внутри самого цилиндра двигателя.

По сравнению с паровыми поршневыми двигателями двигатели внутреннего сгорания более экономичны, более компактны, этим и объясняется их более широкое распространение.

Первые попытки создания двигателя внутреннего сгорания относятся еще к концу XVIII – началу XIX веков, но из-за низкого уровня развития техники и технологий эти попытки не увенчались успехом. И только в 1860 году в Париже был построен первый двигатель внутреннего сгорания. Это был газовый двигатель внутреннего сгорания Ленуара, работавший на светильном газе.

Однако этот двигатель был весьма несовершенен, имел КПД около 2-4 и не мог конкурировать даже с паровыми машинами того времени.

Кроме того, газовые двигатели имели большой вес. Так газовый двигатель внутреннего сгорания, построенный в1877 году при мощности 8 л.с. весил почти 2 тонны, т.е. на 1 л.с. приходилось 250 кг веса.

О применении таких тяжелых двигателей на транспорте не могло быть и речи. Проблема усложнялась тем, что перевозить необходимое количество газового топлива тогда еще не могли.

Наиболее подходящим для двигателя внутреннего сгорания могло быть дешевое и удобное для перевозки жидкое топливо – нефть, керосин, бензин.

В 1880 годы прошлого века в нашей стране на Охтинской судостроительной верфи был спроектирован и построен 8-ми цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, работавший на бензине. Он имел карбюраторы и систему зажигания от электрической искры.

Этот двигатель сохранился и находится в Москве в Центральном доме Авиации и ПВО имени Фрунзе.

В 1885 году конструктором Луцким был построен карбюраторный двигатель с вертикальным расположением цилиндров (4-х цилиндровый).

Вскоре после создания бензиновых двигателей в 1889-1890 г.г. появились двигатели внутреннего сгорания, работающие на чистом керосине. Эти двигатели были снабжены особыми испарителями керосина, и большинство из них имело зажигание от накаливающейся трубки. Керосиновые двигатели в период 1890-1900 годах получили широкое распространение в России. В 1896 году в Нижнем Новгороде была организована Всероссийская выставка на которой наряду с иностранными двигателями были представлены керосиновые и газовые двигатели внутреннего сгорания семи русских заводов.

В частности, большим успехом на выставке пользовался керосиновый двигатель Петербургского машиностроительного завода. Они отличались простотой конструкции, были надежны в работе и не требовали сложного ухода. Керосин поступал к испарителю самотеком. Воспламенение производилось при помощи железной накаливающейся трубки. Один из таких двигателей был установлен в кузнечном цехе Балтийского судостроительного завода.

Первый двигатель с воспламенением от сжатия был построен в Германии в 1897 году по проекту немецкого инженера Рудольфа Дизеля. Двигатель работал на керосине, который впрыскивался в цилиндр при помощи сжатого воздуха. Он развивал мощность в 20 л.с. при числе оборотов 172 в минуту и имел удельный расход топлива 247 г/лс.

Больших успехов в производстве компрессорных дизелей добились русские инженеры. В Петербурге в 1899 году на заводе Нобеля (ныне завод «Русский дизель») был построен более экономичный двигатель с воспламенением от сжатия.

Принципиальное отличие этих двигателей от бензиновых, газовых и керосиновых состоит в том, что у них в цилиндрах сжимается чистый воздух и только в конце такта сжатия при помощи воздуха от компрессора в цилиндры впрыскивается жидкое топливо.

Распыленное топливо, попадая в нагретый от сжатия воздух, воспламеняется и сгорает, в результате чего совершается рабочий ход.

Конструкция двигателей, построенных русскими инженерами, настолько отличалась от конструкции Дизеля, притом в лучшую сторону, что за границей их называли «русскими двигателями». Русские же инженеры именовали свои двигатели нарицательно «дизелями». С тех пор слово «Дизель» вошло в обиход и в русской технической терминологии словом дизель для краткости обозначают двигатель с воспламенением от сжатия.

Несмотря на широкое применение компрессорных двигателей с воспламенением от сжатия, использовать их на транспортных машинах мешало серьезное препятствие: впрыск топлива в цилиндры производился при помощи сжатого компрессором воздуха.

Компрессор увеличивал размер и вес двигателя. Чтобы избавиться от компрессора, надо было создать новые топливоподающие агрегаты, способные обеспечить четкую подачу требуемого количества топлива и хорошее его распыление в цилиндрах двигателя.

Эту задачу успешно решил талантливый инженер Густав Васильевич Тринклер.

Патентную заявку на двигатель он подал в январе 1897 г., а в 1898 году в конструкторском бюро Путиловского завода он приступил к проектированию первого бескомпрессорного двигателя с воспламенением от сжатия.

В течение 1899 года двигатель был построен и в январе 1900 года поставлен на испытание.

Основные данные двигателя:

диаметр цилиндра – 205мм:

ход поршня – 350 мм:

мощность – 10 л.с.:

число оборотов – 160 об/мин.

Этот двигатель, работающий без особого компрессора, разрешал принципиальную проблему двигателя с воспламенением от сжатия более простым способом, чем это было осуществлено в компрессорных двигателях ранее построенных на заводах России и за границей.

Успехи в развитии отечественного двигателестроения тесно связаны с разработкой теории двигателей. В отличие от изучения конструктивных особенностей двигателей внутреннего сгорания, проводившегося за границей, профессор Московского высшего технического училища В.И. Граневецкий в 1906 году создал методику теплового расчета двигателя, которая давала возможность определять основные размеры двигателя в соответствии тепловыми процессами, протекающими в цилиндре.

Впоследствии этот метод был углублен и дополнен профессорами МВТУ Н.Р. Брилингом и Е.К. Мазингом.

Советские ученые всесторонне исследовали рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания и создали ряд строгих общепризнанных теорий, нашедших широкое применение в отечественном двигателестроении.

К таким трудам, отражающим достижения отечественной науки, можно отнести работы по исследованию тепловых процессов по газообмену, теплопередаче, работа по процессам смесеобразования, воспламенения и сгорания, а также методы динамического и прочностного расчетов.

Так профессор А.В. Иноземцев разработал метод исследования и расчета физико-химического процесса сгорания.

Мировую известность получили работы академика А.Н. Бака.

Академику Н.Н. Семенову за работы в области теории сгорания присуждена Нобелевская премия.

Проблема повышения эффективности сгорания топлива в цилиндре двигателя нашли всестороннее освещение в трудах Т.М. Мелькунова.

Такова краткая история развития мирового и отечественного двигателестроения. Теперь перейдем к рассмотрению более современных и перспективных двигателей.

Поиск по сайту: