Тепловые двигатели внутреннего сгорания



Скачать 19,02 Mb.
страница2/3
Дата06.08.2017
Размер19,02 Mb.
1   2   3
Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом была не из легких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень легким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счет увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году был создан первый бензиновый двигатель с зажиганием от раскаленной полой трубочки, открытой в цилиндр.

Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки.



Процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях, заставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора (рис. 5). Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году взял патент на карбюратор с жиклером, который был прообразом всех современных карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклер, а постоянство состава смеси достигалась за счет поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе. Жиклер выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха.
Рис. 5 Для поддержания напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха.

Первые двигатели внутреннего сгорания были одноцилиндровыми, и, для того чтобы увеличить мощность двигателя, обычно увеличивали объем цилиндра. Потом этого стали добиваться увеличением числа цилиндров.


В конце XIX века появились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столетия стали распространяться четырехцилиндровые.

Уже более ста лет двигатели внутреннего сгорания исправно служат человечеству в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте. Транспорт вообще немыслим без двигателей внутреннего сгорания (д. в. с.): они тянут железнодорожные составы, движут автомобили; флот состоит в основном из теплоходов – судов, силовыми установками которых являются дизели большой мощности. Мы не будем рассматривать здесь особую ветвь д.в.с. – газотурбинные двигатели, которые также получили распространение на транспорте на транспорте, главным образом в авиации. У них есть свои достоинства и недостатки. Остановимся на наиболее распространенных двигателях внутреннего сгорания – поршневых.

Почему поршневые д. в. с., победив в свое время и электродвигатели, и двигатели паровые, сейчас «заполнили» мир транспорта? Этому способствовали их многие положительные качества, такие, как экономичность, автономность, сравнительно малый удельный вес, постоянная готовность к действию (быстрый запуск) и др. Однако давно известно, что в мире нет ничего абсолютно совершенного, нет полного совершенства и в двигателях внутреннего сгорания.

Любой самый лучший современный двигатель дымит, в его отработавших газах содержится много различных вредных для человека веществ. В городах с большим количеством автомобилей часто образуется смог – ядовитый, удушливый туман. ”Чистое дыхание” автомобильных двигателей – одна из важнейших проблем современной техники.

Процессы сгорания, происходящие в ДВС, позволяют выделить примерно половину энергии, заключенной в топливе, однако, проходя через все механизмы двигателя, эта половина уменьшается еще вдвое – сказываются механические потери. Энергия механических потерь не просто теряется, уходя, скажем, в атмосферу, но тратится также и на износ двигателя: истирает, изнашивает его детали. Устранением или значительным уменьшением механических потерь можно почти вдвое сократить расход топлива и увеличить долговечность двигателей.

И всё-же в настоящее время поршневые ДВС представляют собой наиболее распространённый источник механической энергии. За многие десятилетия своего развития поршневой двигатель достиг высокой степени совершенства.

Однако поршневой двигатель обладает существенным недостатком – необходимостью преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала. В связи с этим по некоторым показателям (простоте конструкции, габаритным размерам и массе, числу оборотов и вибрациям) поршневой двигатель значительно уступает двигателям, в которых осуществляется только вращательное движение, например, турбинам, рото – поршневым двигателям.

Газовая турбина быстро вытеснила поршневой двигатель в авиации и заняла ведущее положение в области лёгких двигателей большой мощности.

Но при малых мощностях и переменных режимах работы, характерных для автомобилей и тракторов, топливная экономичность турбины оказывается слишком низкой.

Недостатки схемы двигателя, в котором поступательное движение преобразуется во вращательное, были очевидны давно. Ещё Джеймс Уатт в 1782 г. Пытался спроектировать паровую машину роторного типа, т.е. такую машину, в которой ротор (поршень), воспринимающий давление рабочего тела, совершает не поступательное, а вращательное движение.

В 1799 г. Мердок построил роторную паровую машину, которая использовалась для привода станков и водокачек. Гэлоуэй в 1846 г. Сконструировал биротативную машину мощностью 16 л.с. при 480 об/мин, эта машина бала установлена на судне. Созданием паровых машин роторного типа занимались и другие изобретатели.

Роторные паровые машины не оказали заметной конкуренции поршневым паровым машинам главным образом из-за несовершенства уплотнений рабочих отсеков между ротором и корпусом. Ещё более острой проблема надёжных уплотнений оказалась в двигателях внутреннего сгорания с вращающимся поршнем – ротопоршневых двигателях.

Развитие поршневых двигателей сопровождалось бесчисленными попытками создания ротопоршневого двигателя (РПД). Предлагались схемы двигателей коловратного типа с радиальными уплотнениями, расположенными в роторе или в корпусе; двигателей с поворачивающимися или утапливаемыми заслонками, аналогичных роторной машине Уатта (см. рис 6);

двигателей с двумя роторами, работающих по принципу шестерёнчатого насоса; двигателей, подобных компрессорам Рут; двигателей с тороидальными цилиндрами круглого и прямоугольного сечения, в которых несколько групп поршней совершают неравномерное вращение, преобразуемое различными механизмами в равномерное вращение вала; двигателей с планетарным движением ротора; двигателей с рабочими полостями, уплотняемыми слоем вращающейся жидкости.

Рис. 6 Многие из предложенных схем РПД имели серьёзные недостатки: неравномерное движение рабочих органов, вызывающее значительные инерционные нагрузки и требующее сложного механизма преобразования этого движения, в равномерное вращение вала; неблагоприятные условия работы деталей системы уплотнений, вследствие чего эти детали подвергаются высоким тепловым и механическим нагрузкам; сложную конфигурацию зазоров, между поверхностями рабочих камер, затрудняющую их герметизацию; наличие механизмов газораспределения со специальными приводами, усложняющих конструкцию двигателя; неудачные в термодинамическом отношении форму и характер изменения объёма рабочих камер и др.

К наиболее удачным схемам РПД относятся схемы с циклоидальными формами роторов и рабочих полостей. В этих схемах использованы свойства эпи- и гипотрохоид ( укороченных эпи- и гипоциклоид ). Обычно такие кривые получают при движении точки, лежащей внутри окружности, которая катится без скольжения по внешней или внутренней стороне неподвижной шестерни внешнегозацепления, а гипотрохоиды – с обкатыванием шестерней внешнего зацепления неподвижной шестерни внутреннего зацепления. В обоих случаях производящая точка должна лежать вне движущейся окружности (рис. 7).






Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница