Historia prezentacji silnika spalinowego. Silnik spalinowy. Historia stworzenia. Zasada działania silnika spalinowego

Silnik wewnętrzne spalanie(w skrócie ICE) to rodzaj silnika, silnika cieplnego, w którym energia chemiczna paliwa (zwykle ciekłego lub gazowego paliwa węglowodorowego) spalanego w obszarze roboczym jest zamieniana na Praca mechaniczna. Pomimo tego, że silniki spalinowe są stosunkowo niedoskonałym typem silnika cieplnego ( głośny hałas, toksyczne emisje, krótsze zasoby), ze względu na swoją autonomię (wymagane paliwo zawiera znacznie więcej energii niż najlepsze akumulatory elektryczne), silniki spalinowe są bardzo rozpowszechnione, np. w transporcie.

Historia powstania silników spalinowych W 1799 roku francuski inżynier Philippe Lebon odkrył gaz oświetlający. W 1799 roku otrzymał patent na zastosowanie i sposób wytwarzania gazu oświetlającego metodą suchej destylacji drewna lub węgla. Odkrycie to miało ogromne znaczenie przede wszystkim dla rozwoju techniki oświetleniowej. Wkrótce we Francji, a następnie w innych krajach europejskich lampy gazowe zaczęły skutecznie konkurować z drogimi świecami. Gaz oświetlający nadawał się jednak nie tylko do oświetlania.

Patent na projekt silnik gazowy. W 1801 roku Le Bon opatentował konstrukcję silnika gazowego. Zasada działania tej maszyny opierała się na dobrze znanej właściwości odkrytego przez niego gazu: jego mieszanina z powietrzem po zapaleniu eksplodowała, wydzielając dużą ilość ciepła. Produkty spalania szybko się rozszerzyły, wywierając silny nacisk środowisko. Stworzywszy odpowiednie warunki, uwolniona energia może zostać wykorzystana dla korzyści człowieka. Silnik Lebona miał dwie sprężarki i komorę mieszania. Jedna sprężarka miała pompować do komory sprężone powietrze, a druga sprężony gaz zapalający z generatora gazu. Następnie mieszanina gazowo-powietrzna dostała się do cylindra roboczego, gdzie uległa zapłonowi. Silnik był dwustronnego działania, to znaczy komory robocze pracujące naprzemiennie znajdowały się po obu stronach tłoka. Zasadniczo Le Bon wpadł na pomysł silnika spalinowego, ale zmarł w 1804 roku, zanim zdążył wprowadzić swój wynalazek w życie.

Jean Etienne Lenoir W kolejnych latach kilku wynalazców z różne kraje próbował stworzyć działający silnik przy użyciu gazu oświetleniowego. Wszystkie te próby nie doprowadziły jednak do pojawienia się na rynku silników, które mogłyby z powodzeniem konkurować z maszyną parową. Zaszczyt stworzenia silnika spalinowego, który odniósł sukces komercyjny, należy do belgijskiego inżyniera Jeana Etienne'a Lenoira. Pracując w cynkowni Lenoir wpadł na pomysł, że mieszankę paliwowo-powietrzną w silniku gazowym można zapalać za pomocą iskry elektrycznej i w oparciu o ten pomysł postanowił zbudować silnik. Lenoir nie odniósł natychmiastowego sukcesu. Gdy udało się wykonać wszystkie części i zmontować maszynę, pracowała ona bardzo krótko i przestała, ponieważ na skutek nagrzania tłok rozszerzył się i zakleszczył w cylindrze. Lenoir ulepszył swój silnik, opracowując układ chłodzenia wodą. Jednak druga próba wystrzelenia również nie powiodła się z powodu słabego ruchu tłoka. Lenoir uzupełnił swoją konstrukcję o układ smarowania. Dopiero wtedy silnik zaczął działać.

August Otto W 1864 roku wyprodukowano ponad 300 takich silników inna moc. Stając się bogatym, Lenoir przestał pracować nad udoskonalaniem swojego samochodu, a to z góry przesądziło jego los - został wypchnięty z rynku przez bardziej zaawansowany silnik stworzony przez niemieckiego wynalazcę Augusta Otto. W 1864 roku otrzymał patent na swój model silnika gazowego i w tym samym roku zawarł umowę z zamożnym inżynierem Langenem na eksploatację tego wynalazku. Wkrótce powstała firma „Otto and Company”. Na pierwszy rzut oka silnik Otto był krokiem wstecz w stosunku do silnika Lenoir. Cylinder był pionowy. Wał obrotowy umieszczono z boku nad cylindrem. Wzdłuż osi tłoka przymocowano do niego zębatkę połączoną z wałem. Silnik działał w następujący sposób. Obracający się wał podniósł tłok do 1/10 wysokości cylindra, w wyniku czego pod tłokiem utworzyła się przestrzeń wylotowa i zassana została mieszanina powietrza i gazu. Następnie mieszanina zapaliła się. Ani Otto, ani Langen nie mieli wystarczającej wiedzy z zakresu elektrotechniki i odmówili zapłon elektryczny. Zapłon przeprowadzili otwartym płomieniem przez rurkę. Podczas eksplozji ciśnienie pod tłokiem wzrosło do około 4 atm. Pod wpływem tego ciśnienia tłok podnosił się, zwiększała się objętość gazu i spadało ciśnienie. Kiedy tłok się podniósł, specjalny mechanizm odłączył zębatkę od wału. Tłok, najpierw pod ciśnieniem gazu, a następnie pod wpływem bezwładności, unosił się, aż wytworzyło się pod nim podciśnienie. Dzięki temu energia spalonego paliwa została wykorzystana w silniku w maksymalnym możliwym stopniu. Było to główne oryginalne odkrycie Otto. Suw roboczy tłoka w dół rozpoczynał się pod wpływem ciśnienia atmosferycznego, a po osiągnięciu przez cylinder ciśnienia atmosferycznego, zawór wydechowy otwierał się i tłok swoją masą wypierał spaliny. Ze względu na pełniejszą ekspansję produktów spalania sprawność tego silnika była znacznie wyższa od sprawności silnika Lenoir i osiągnęła 15%, czyli przekroczyła sprawność najlepszych silniki parowe ten czas.

Ponieważ silniki Otto były prawie pięć razy bardziej ekonomiczne niż silniki Lenoir, natychmiast zaczęto je stosować duże zapotrzebowanie. W kolejnych latach wyprodukowano ich około pięciu tysięcy. Otto ciężko pracował, aby ulepszyć ich projekt. Wkrótce zębatkę zastąpiono przekładnią korbową. Ale najważniejszy z jego wynalazków miał miejsce w 1877 roku, kiedy Otto uzyskał patent na nowy silnik z cyklem czterosuwowym. Cykl ten nadal leży u podstaw działania większości współczesnych silników gazowych i benzynowych. W Następny rok nowe silniki zostały już wprowadzone do produkcji. Cykl czterosuwowy był największym osiągnięciem technicznym Otto. Szybko jednak okazało się, że kilka lat przed jego wynalezieniem dokładnie tę samą zasadę działania silnika opisał francuski inżynier Beau de Roche. Grupa francuskich przemysłowców zakwestionowała patent Otto w sądzie. Sąd uznał ich argumentację za przekonującą. Prawa Otto wynikające z jego patentu zostały znacznie ograniczone, łącznie z zniesieniem jego monopolu na cykl czterosuwowy. Choć konkurenci zaczęli produkować silniki czterosuwowe, sprawdzony przez wiele lat produkcji model Otto nadal był najlepszy, a popyt na niego nie ustał. Do 1897 roku wyprodukowano około 42 tysiące tych silników o różnej mocy. Jednakże fakt, że jako paliwo stosowano gaz oświetlający, znacznie zawęził zakres zastosowań pierwszych silników spalinowych. Nawet w Europie liczba zakładów oświetleniowych i gazowych była niewielka, a w Rosji były tylko dwie - w Moskwie i Petersburgu.

Poszukiwanie nowego paliwa Dlatego poszukiwania nowego paliwa do silnika spalinowego nie ustały. Niektórzy wynalazcy próbowali wykorzystać pary paliwa ciekłego jako gaz. Już w 1872 roku amerykański Brighton próbował użyć do tego celu nafty. Jednak nafta nie odparowała dobrze i Brighton przeszedł na lżejszy produkt naftowy - benzynę. Aby jednak silnik na paliwo ciekłe mógł skutecznie konkurować z silnikiem gazowym, konieczne było stworzenie specjalnego urządzenia do odparowania benzyny i uzyskania jej palnej mieszaniny z powietrzem. Brayton w tym samym 1872 roku wymyślił jeden z pierwszych tak zwanych gaźników „wyparnych”, ale działał niezadowalająco.

Silnik benzynowy Sprawny silnik benzynowy pojawił się dopiero dziesięć lat później. Jego wynalazcą był niemiecki inżynier Julius Daimler. Przez wiele lat pracował w firmie Otto i był członkiem jej zarządu. Na początku lat 80-tych zaproponował swojemu szefowi projekt kompaktowego silnika benzynowego, który mógłby znaleźć zastosowanie w transporcie. Otto chłodno zareagował na propozycję Daimlera. Wtedy Daimler wraz ze swoim przyjacielem Wilhelmem Maybachem podjęli odważną decyzję: w 1882 roku opuścili firmę Otto, nabyli mały warsztat pod Stuttgartem i rozpoczęli pracę nad swoim projektem. Problem, przed którym stanęli Daimler i Maybach, nie był łatwy: postanowili stworzyć silnik, który nie wymagałby generatora gazu, byłby bardzo lekki i kompaktowy, ale jednocześnie wystarczająco mocny, aby napędzać załogę. Daimler spodziewał się osiągnięcia wzrostu mocy poprzez zwiększenie prędkości obrotowej wału, ale w tym celu konieczne było zapewnienie wymaganej częstotliwości zapłonu mieszanki. W 1883 roku powstał pierwszy silnik benzynowy z zapłonem z gorącej pustej rury otwartej w cylinder. Pierwszy model silnika benzynowego był przeznaczony do przemysłowych instalacji stacjonarnych.

Proces odparowania paliwa ciekłego w pierwszym silniki benzynowe zostawił mnie chcącego lepiej. Dlatego wynalezienie gaźnika spowodowało prawdziwą rewolucję w budowie silników. Za jego twórcę uważany jest węgierski inżynier Donat Banki. W 1893 roku opatentował gaźnik ze strumieniem, który był prototypem wszystkich współczesnych gaźników. W przeciwieństwie do swoich poprzedników Banks zaproponował, aby nie odparowywać benzyny, ale drobno rozpylać ją w powietrzu. Zapewniło to jego równomierny rozkład w całym cylindrze, a samo parowanie zachodziło w cylindrze pod wpływem ciepła sprężania. Aby zapewnić atomizację, benzynę zasysano strumieniem powietrza przez dyszę dozującą, a konsystencję składu mieszanki uzyskiwano utrzymując stały poziom benzyny w gaźniku. Strumień wykonywano w postaci jednego lub kilku otworów w rurze umieszczonej prostopadle do przepływu powietrza. Do utrzymania ciśnienia przewidziano niewielki zbiornik z pływakiem, który utrzymywał poziom na danej wysokości, tak aby ilość zasysanej benzyny była proporcjonalna do ilości dopływającego powietrza. Pierwsze silniki spalinowe były jednocylindrowe i w celu zwiększenia mocy silnika zwykle zwiększano objętość cylindrów. Potem zaczęli to osiągać, zwiększając liczbę cylindrów. Pod koniec XIX wieku pojawiły się silniki dwucylindrowe, a od początku XX wieku zaczęły upowszechniać się silniki czterocylindrowe.

Budowa silników tłokowych Komora spalania to cylinder, w którym energia chemiczna paliwa zamieniana jest na energię mechaniczną, która z ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka zamieniana jest na obrotową za pomocą mechanizmu korbowego. Ze względu na rodzaj stosowanego paliwa dzieli się je na: Benzynę, mieszaninę paliwa i powietrza przygotowuje się w gaźniku, a następnie w kolektorze dolotowym lub w kolektorze dolotowym za pomocą dysz rozpylających (mechanicznych lub elektrycznych) lub bezpośrednio w cylinder za pomocą dysz atomizujących, następnie mieszanina podawana jest do cylindra, jest sprężana, a następnie zapalana za pomocą iskry przeskakującej pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej. Specjalny Diesel olej napędowy wtryskiwany do cylindra pod wysokim ciśnieniem. Mieszanka palna tworzy się (i natychmiast spala) bezpośrednio w cylindrze po wtryśnięciu porcji paliwa. Zapłon mieszaniny następuje pod wpływem wysoka temperatura powietrze sprężone w cylindrze.

Silniki gazowe spalające jako paliwo węglowodory, które w normalnych warunkach znajdują się w stanie gazowym: Mieszanki skroplonych gazów są przechowywane w butli pod ciśnieniem pary nasyconej (do 16 atm). Faza ciekła lub faza gazowa mieszaniny odparowanej w parowniku stopniowo traci ciśnienie w reduktorze gazu do wartości zbliżonej do ciśnienia atmosferycznego i jest zasysana przez silnik do kolektora dolotowego poprzez mieszalnik powietrze-gaz lub wtryskiwana do kolektora dolotowego za pomocą napędu elektrycznego wtryskiwacze. Zapłon odbywa się za pomocą iskry przeskakującej pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej. Sprężone gazy ziemne są przechowywane w butli pod ciśnieniem atmosferycznym. Konstrukcja systemów zasilania jest podobna do systemów zasilania na gaz skroplony, różnica polega na braku parownika. Gaz generatorowy to gaz otrzymywany w wyniku konwersji paliwa stałego na paliwo gazowe. Jako paliwo stałe wykorzystuje się:

CoalPeatWood Paliwo gazowo-diesel Zasadniczą część paliwa przygotowuje się jak w jednym z typów silników gazowych, lecz zapala się go nie za pomocą elektrycznej świecy zapłonowej, lecz za pomocą pilotowej porcji oleju napędowego wtryskiwanego do cylindra podobnie jak w przypadku diesla silnik. Silnik spalinowy z tłokiem obrotowym Mieszany silnik spalinowy silnik spalinowy będący połączeniem tłoka ( tłok obrotowy) i maszynę łopatkową (turbina, sprężarka), w której obie maszyny uczestniczą w procesie pracy. Przykładem połączonego silnika spalinowego jest silnik tłokowy z doładowaniem turbiny gazowej (turbodoładowaniem). RCV to silnik spalinowy, którego system dystrybucji gazu realizowany jest poprzez obrót cylindra. Cylinder obraca się, przechodząc na przemian przez rurę wlotową i wylotową, podczas gdy tłok wykonuje ruchy posuwisto-zwrotne.

Dodatkowe jednostki, wymagane dla silnika spalinowego Wadą silnika spalinowego jest to, że wytwarza on dużą moc tylko w wąskim zakresie prędkości obrotowych. Dlatego integralnymi atrybutami silnika spalinowego są skrzynia biegów i rozrusznik. Tylko w niektórych przypadkach (na przykład w samolotach) można obejść się bez skomplikowanej przekładni. Pomysł stopniowo podbija świat samochód hybrydowy, w którym silnik zawsze pracuje w trybie optymalnym. ICE też są potrzebne system paliwowy(do zgłoszenia mieszanka paliwowa) I system wydechowy(do usuwania spalin).

Slajd 2

Silnik spalinowy (ICE) to rodzaj silnika, czyli silnika cieplnego, w którym energia chemiczna paliwa (zwykle ciekłego lub gazowego paliwa węglowodorowego) spalającego się w obszarze roboczym zamieniana jest na pracę mechaniczną. Pomimo tego, że silniki spalinowe są bardzo niedoskonałym typem silnika cieplnego (niska sprawność, duży hałas, toksyczna emisja, krótsza żywotność), ze względu na swoją autonomię (wymagane paliwo zawiera znacznie więcej energii niż najlepsze akumulatory elektryczne), wewnętrzne silniki spalinowe są bardzo rozpowszechnione, na przykład w transporcie.

Slajd 3

Rodzaje silników spalinowych

Tłok obrotowy

Slajd 4

Benzyna

Mieszankę paliwa i powietrza przygotowuje się w gaźniku, a następnie w kolektorze dolotowym lub w kolektorze dolotowym za pomocą dysz atomizujących (mechanicznych lub elektrycznych) lub bezpośrednio w cylindrze za pomocą dysz atomizujących, następnie mieszanina jest podawana do cylindra, sprężony, a następnie zapalony za pomocą iskry ślizgającej się pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

Slajd 5

Diesel

Specjalny olej napędowy wtryskiwany jest do cylindra pod wysokim ciśnieniem. Mieszanina zapala się pod wpływem wysokie ciśnienie i w konsekwencji temperaturę w komorze.

Slajd 6

Gaz

silnik spalający jako paliwo węglowodory, które w normalnych warunkach występują w stanie gazowym: mieszaniny gazów skroplonych - przechowywane w cylindrze pod ciśnieniem pary nasyconej (do 16 atm). Faza ciekła lub faza gazowa mieszaniny odparowanej w parowniku stopniowo traci ciśnienie w reduktorze gazu do wartości zbliżonej do ciśnienia atmosferycznego i jest zasysana przez silnik do kolektora dolotowego poprzez mieszalnik powietrze-gaz lub wtryskiwana do kolektora dolotowego za pomocą napędu elektrycznego wtryskiwacze. Zapłon odbywa się za pomocą iskry przeskakującej pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej. sprężone gazy ziemne - przechowywane w butli pod ciśnieniem 150-200 atm. Konstrukcja systemów zasilania jest podobna do systemów zasilania na gaz skroplony, różnica polega na braku parownika. gaz generatorowy – gaz uzyskany w wyniku konwersji paliwo stałe w gazowy Stosowane są następujące paliwa stałe: węgiel, torf, drewno

Slajd 7

Tłok obrotowy

W wyniku obrotu wielopłaszczyznowego wirnika w komorze spalania dynamicznie tworzą się objętości, w których zachodzi normalny cykl pracy silnika spalinowego. Schemat

Slajd 8

Czterosuwowy silnik spalinowy

Schemat pracy cylindra silnika czterosuwowego, cykl Otto1. wlot2. kompresja 3. cykl pracy 4. uwolnienie

Slajd 9

Obrotowy silnik spalinowy

Cykl silnika Wankla: dolot (niebieski), sprężanie (zielony), skok mocy (czerwony), wydech (żółty) _____________ Wirnik zamontowany na wale jest sztywno połączony z kołem zębatym, które zazębia się z kołem stacjonarnym. Wirnik z kołem zębatym wydaje się toczyć wokół koła zębatego. Jednocześnie jego krawędzie przesuwają się po powierzchni cylindra i odcinają zmienną objętość komór w cylindrze.

Slajd 10

Dwusuwowy silnik spalinowy

Cykl dwusuwowy. w cyklu dwusuwowym uderzenia mocy występują dwukrotnie częściej. Wtrysk paliwa Zapłon samoczynny Wydech gazowy

Slajd 11

Dodatkowe jednostki wymagane do silników spalinowych

Wadą silnika spalinowego jest to, że wytwarza dużą moc tylko w wąskim zakresie obrotów. Dlatego integralnymi atrybutami silnika spalinowego są skrzynia biegów i rozrusznik. Tylko w niektórych przypadkach (na przykład w samolotach) można obejść się bez skomplikowanej przekładni. Silnik spalinowy potrzebuje także układu paliwowego (do zasilania mieszanki paliwowej) i układu wydechowego (do usuwania gazów spalinowych).

Slajd 12

Uruchomienie silnika spalinowego

Rozrusznik elektryczny Większość wygodnym sposobem. Podczas uruchamiania silnik napędzany jest silnikiem elektrycznym (na rysunku przedstawiono schemat obrotów prostego silnika elektrycznego), zasilanym przez bateria(po uruchomieniu akumulator jest doładowywany przez generator napędzany silnikiem głównym). Ale ma jedną istotną wadę: ściąga wał korbowy Kiedy silnik jest zimny, zwłaszcza zimą, potrzebuje dużego prądu rozruchowego.

Silniki z zapłonem wewnętrznym

Centrum szkoleniowe „ONikS”

Budowa silnika spalinowego

1 - głowica cylindrów;

2 - cylinder;

3 - tłok;

4 - pierścienie tłokowe;

5 - sworzeń tłokowy;

7 - wał korbowy;

8 - koło zamachowe;

9 - korba;

10 - wałek rozrządu;

11 - krzywka wałka rozrządu;

12 - dźwignia;

13 - zawór;

14 - świeca zapłonowa