Двигатели внутреннего сгорания

Введение

Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует переме-щения большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневрен-ность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Важную роль играет автомобильный транспорт в освоении восточных и не-черноземных районов нашей страны. Отсутствие развитой сети железных до-рог и ограничение возможностей использования рек для судоходства делают автомобиль главным средством передвижения в этих районах.

Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного хо-зяйства 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% пасса-жирских перевозок.

Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли на-родного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современ-ном этапе является одним из основных звеньев отечественного машинострое-ния.

Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад (на-звание "автомобиль" происходит от греческого слова autos - "сам" и латинского mobilis - "подвижный"), когда стали изготовлять "самодвижущиеся" по-возки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка крестьянин Л.Шамшуренков создал довольно совершенную для своего време-ни "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 самодви-жущихся повозок быстро продвинулось вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через несколько лет и в Англии были построены паровые авто-мобили. 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 инду-стриально развитых странах (Франция, Великобритания, США) создаются ав-томобили с двигателями внутреннего сгорания.

В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышлен-ность. В царской России неоднократно делались попытки организовать собственное машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было ор-ганизовано на Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В тече-ние шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей. Всего завод построил 451 легковой автомобиль и неболь-шое 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 про-мышленность. Начало развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в Москве на заводе АМО были построены первые грузовые ав-томобили АМО-Ф-15.

В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производ-ство 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 за-вод малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский ав-томобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй Кута-исский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы. Начи-ная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо бы-стрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный за-вод им. 50-летия СССР.

За последние годы заводами автомобильной промышленности освоены многие образцы модернизированной и новой автомобильной техники, в том числе для сельского хозяйства, строительства, торговли, нефтегазовой и лесной промышленности.

Двигатели внутреннего сгорания

В настоящее время существует большое количество устройств, исполь-зующих тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюра-торный двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т.д.

Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы:

1. Двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д.

2. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутрен-него сгорания, в которых процесс сгорания

топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах. На большинстве современных ав-томобилей установлены двигатели внутреннего сгорания.

Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы, срав-нительно небольшие габаритные размеры и массу. Основным недостатком этих двигателей следует считать возвратно-поступательное движение порш-ня, связанное с наличием кривошатунного механизма, усложняющего конст-рукцию и ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно при значительных размерах двигателя.

А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгора-ния (ДВС) был создан в 1860 г. французским инженером Этвеном Ленуаром, но эта машина была еще весьма несовершенной.

В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл:

1. всасывание;

2. сжатие;

3. горение и расширение;

4. выхлоп.

Эта идея была использована немецким изобретателем Н.Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД тако-го двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при ис-пользовании двигателей всех предшествующих типов.

Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сель-ском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их поло-жительных особенностей.

Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями и значительным перепадом температур между источником теплоты и холо-дильником обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность - одно из положительных качеств ДВС.

Среди ДВС дизель в настоящее время является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапазоне изменения мощности. Это качество ди-зелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограниче-ны.

К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они мо-гут быть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объяс-няется широкими возможностями получения соответствующих характе-ристик изменения мощности и крутящего момента этих двигателей. Рассмат-риваемые двигатели успешно используются на автомобилях, тракторах, сель-скохозяйственных машинах, тепловозах, судах, электростанциях и т.д., т.е. ДВС отличаются хорошей приспособляемостью к потребителю.

Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения.

Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС могут летать десятки часов без пополнения горючего.

Важным положительным качеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели, работающие при низких темпера-турах, снабжаются специальными устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели сравнительно быстро могут принимать пол-ную нагрузку. ДВС обладают значительным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на транспортных установках.

Положительным качеством дизелей является способность одного двига-теля работать на многих топливах. Так известны конструкции автомобиль-ных многотопливных двигателей, а также судовых двигателей большой мощности, которые работают на различных топливах - от дизельного до котельного мазута.

Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недос-татков. Среди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и газо-выми турбинами агрегатная мощность, высокий уровень шума, относитель-но большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредственного соединения его с ведущими колесами потребителя, ток-сичность выхлопных газов, возвратно-поступательное движение поршня, ог-раничивающие частоту вращения и являющиеся причиной появления неурав-новешенных сил инерции и моментов от них.

Но невозможно было бы создание двигателей внутреннего сгорания, их раз-вития и применения, если бы не эффект теплового расширения. Ведь в процес-се теплового расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре двигате-ля внутреннего сгорания, резко повышается давление, под воздействием ко-торого происходит перемещение поршня в цилиндре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция, т.е. силовое