História prezentácie spaľovacieho motora. Motor s vnútorným spaľovaním. História stvorenia. Princíp činnosti spaľovacieho motora

Motor vnútorné spaľovanie(skrátene ICE) je typ motora, tepelného motora, v ktorom sa chemická energia paliva (zvyčajne kvapalného alebo plynného uhľovodíkového paliva) horiaceho v pracovnej oblasti premieňa na mechanická práca. Napriek tomu, že spaľovacie motory sú pomerne nedokonalým typom tepelného motora ( hlasný zvuk, toxické emisie, kratší zdroj), vďaka svojej autonómii (potrebné palivo obsahuje oveľa viac energie ako najlepšie elektrické batérie) sú spaľovacie motory veľmi rozšírené napríklad v doprave.

História vzniku spaľovacích motorov V roku 1799 objavil francúzsky inžinier Philippe Le Bon osvetľovací plyn. V roku 1799 získal patent na použitie a spôsob výroby osvetľovacieho plynu suchou destiláciou dreva alebo uhlia. Tento objav mal veľký význam predovšetkým pre rozvoj osvetľovacej techniky. Veľmi skoro vo Francúzsku a potom v iných európskych krajinách začali plynové lampy úspešne konkurovať drahým sviečkam. Osvetľovací plyn bol však vhodný nielen na osvetlenie.

Patent na dizajn plynový motor. V roku 1801 si Le Bon nechal patentovať konštrukciu plynového motora. Princíp fungovania tohto stroja bol založený na známej vlastnosti plynu, ktorý objavil: jeho zmes so vzduchom pri zapálení explodovala, pričom sa uvoľnilo veľké množstvo tepla. Produkty spaľovania sa rýchlo rozširovali a vyvíjali silný tlak životné prostredie. Po vytvorení príslušné podmienky, uvoľnená energia môže byť využitá v prospech človeka. Lebonov motor mal dva kompresory a zmiešavaciu komoru. Jeden kompresor mal pumpovať stlačený vzduch do komory a druhý - stlačený osvetľovací plyn z plynového generátora. Zmes plynu a vzduchu sa potom dostala do pracovného valca, kde sa vznietila. Motor bol dvojčinný, to znamená, že striedavo pracujúce pracovné komory boli umiestnené na oboch stranách piestu. Le Bon v podstate vymyslel myšlienku spaľovacieho motora, ale zomrel v roku 1804 skôr, ako mohol uviesť svoj vynález do života.

Jean Etienne Lenoir V nasledujúcich rokoch niekoľko vynálezcov z rozdielne krajiny sa pokúsil vytvoriť funkčný motor s použitím plynu. Všetky tieto pokusy však neviedli k tomu, že sa na trhu objavili motory, ktoré by mohli úspešne konkurovať parnému stroju. Pocta vytvoriť komerčne úspešný spaľovací motor patrí belgickému inžinierovi Jeanovi Etienneovi Lenoirovi. Počas práce v galvanovni prišiel Lenoir s nápadom, že zmes vzduchu a paliva v plynovom motore by sa dala zapáliť pomocou elektrickej iskry, a rozhodol sa postaviť motor na základe tejto myšlienky. Lenoir nezaznamenal okamžitý úspech. Potom, čo bolo možné vyrobiť všetky diely a zmontovať stroj, pracoval veľmi krátko a zastavil sa, pretože vplyvom zahrievania sa piest roztiahol a zasekol vo valci. Lenoir vylepšil svoj motor vývojom vodného chladiaceho systému. Aj druhý pokus o spustenie však zlyhal kvôli zlému pohybu piestu. Lenoir svoj dizajn doplnil o mazací systém. Až potom začal motor fungovať.

August Otto V roku 1864 bolo vyrobených viac ako 300 týchto motorov inú silu. Keď Lenoir zbohatol, prestal pracovať na vylepšovaní svojho auta, čo predurčilo jeho osud - z trhu ho vytlačil pokročilejší motor, ktorý vytvoril nemecký vynálezca August Otto. V roku 1864 získal patent na svoj model plynového motora a v tom istom roku uzavrel dohodu s bohatým inžinierom Langenom o využití tohto vynálezu. Čoskoro vznikla spoločnosť „Otto and Company“. Na prvý pohľad bol Otto motor krokom späť od motora Lenoir. Valec bol zvislý. Otočný hriadeľ bol umiestnený nad valcom na boku. Pozdĺž osi piestu bol k nemu pripevnený hrebeň spojený s hriadeľom. Motor fungoval nasledovne. Rotačný hriadeľ zdvihol piest do 1/10 výšky valca, v dôsledku čoho sa pod piestom vytvoril vyprázdnený priestor a nasala sa zmes vzduchu a plynu. Zmes sa potom zapálila. Otto ani Langen nemali dostatočné znalosti v oblasti elektrotechniky a odmietli elektrické zapaľovanie. Vykonali zapálenie otvoreným plameňom cez trubicu. Počas výbuchu sa tlak pod piestom zvýšil na približne 4 atm. Pod vplyvom tohto tlaku sa piest zdvihol, objem plynu sa zväčšil a tlak klesol. Keď sa piest zdvihol, špeciálny mechanizmus odpojil hrebeň od hriadeľa. Piest najprv pod tlakom plynu a potom zotrvačnosťou stúpal, až sa pod ním vytvorilo vákuum. V motore tak bola v maximálnej možnej miere využitá energia spáleného paliva. Toto bol hlavný Ottov pôvodný objav. Pracovný zdvih piestu smerom nadol začal vplyvom atmosférického tlaku a po dosiahnutí tlaku vo valci atmosférického tlaku sa otvoril výfukový ventil a piest svojou hmotou vytlačil výfukové plyny. V dôsledku úplnejšieho rozšírenia produktov spaľovania bola účinnosť tohto motora výrazne vyššia ako účinnosť motora Lenoir a dosiahla 15%, to znamená, že prekročila účinnosť najlepších parný motor vtedy.

Keďže Ottové motory boli takmer päťkrát hospodárnejšie ako motory Lenoir, okamžite sa začali používať veľmi žiadaný. V nasledujúcich rokoch sa ich vyrobilo okolo päťtisíc. Otto tvrdo pracoval na zlepšení ich dizajnu. Čoskoro bol hrebeň nahradený kľukovým prevodom. Ale najvýznamnejší z jeho vynálezov prišiel v roku 1877, keď si Otto nechal patentovať nový motor so štvortaktným cyklom. Tento cyklus je dodnes základom činnosti väčšiny benzínových a benzínových motorov. IN ďalší rok nové motory už boli uvedené do výroby. Štvortaktný cyklus bol Ottov najväčší technický úspech. Čoskoro sa však ukázalo, že niekoľko rokov pred jeho vynálezom presne rovnaký princíp fungovania motora opísal francúzsky inžinier Beau de Roche. Skupina francúzskych priemyselníkov napadla Ottov patent na súde. Súd považoval ich argumenty za presvedčivé. Ottove práva podľa jeho patentu boli výrazne obmedzené, vrátane zrušenia jeho monopolu na štvortaktný cyklus. Konkurenti síce začali vyrábať štvortaktné motory, no model Otto, overený rokmi výroby, bol stále najlepší a dopyt po ňom neustával. Do roku 1897 bolo vyrobených asi 42 tisíc týchto motorov rôzneho výkonu. Skutočnosť, že ako palivo sa používal osvetľovací plyn, však značne zúžila rozsah použitia prvých spaľovacích motorov. Počet osvetľovacích a plynárenských závodov bol zanedbateľný aj v Európe a v Rusku boli len dve - v Moskve a Petrohrade.

Hľadanie nového paliva Hľadanie nového paliva pre spaľovací motor preto neprestávalo. Niektorí vynálezcovia sa pokúsili použiť paru kvapalného paliva ako plyn. Ešte v roku 1872 sa americký Brighton pokúsil použiť na tento účel petrolej. Petrolej sa však zle odparoval a Brighton prešiel na ľahší ropný produkt – benzín. Aby však motor na kvapalné palivo úspešne konkuroval plynovému motoru, bolo potrebné vytvoriť špeciálne zariadenie na odparovanie benzínu a získavanie jeho horľavej zmesi so vzduchom. Brayton v tom istom roku 1872 prišiel s jedným z prvých takzvaných „odparovacích“ karburátorov, ktorý však nefungoval uspokojivo.

Benzínový motor Funkčný benzínový motor sa objavil až o desať rokov neskôr. Jeho vynálezcom bol nemecký inžinier Julius Daimler. Dlhé roky pracoval v Ottovej firme a bol členom jej predstavenstva. Začiatkom 80. rokov navrhol svojmu šéfovi projekt kompaktného benzínového motora, ktorý by sa dal využiť v doprave. Otto na Daimlerov návrh zareagoval chladne. Potom Daimler spolu so svojím priateľom Wilhelmom Maybachom urobili odvážne rozhodnutie: v roku 1882 odišli z Ottovej spoločnosti, získali malú dielňu neďaleko Stuttgartu a začali pracovať na svojom projekte. Problém, ktorému čelili Daimler a Maybach, nebol jednoduchý: rozhodli sa vytvoriť motor, ktorý by nevyžadoval plynový generátor, bol by veľmi ľahký a kompaktný, no zároveň dostatočne výkonný na to, aby poháňal posádku. Daimler očakával zvýšenie výkonu zvýšením otáčok hriadeľa, na to však bolo potrebné zabezpečiť požadovanú frekvenciu zapaľovania zmesi. V roku 1883 bol vytvorený prvý benzínový motor so zapaľovaním z horúcej dutej trubice otvorenej do valca. Prvý model benzínového motora bol určený pre priemyselnú stacionárnu inštaláciu.

Proces odparovania kvapalného paliva v prvom benzínové motory nechal ma chcieť lepšie. Preto vynález karburátora urobil skutočnú revolúciu v konštrukcii motorov. Za jeho tvorcu je považovaný maďarský inžinier Donat Banki. V roku 1893 si nechal patentovať karburátor s tryskou, ktorý bol prototypom všetkých moderných karburátorov. Na rozdiel od svojich predchodcov Banks navrhol benzín neodparovať, ale jemne ho rozprášiť do vzduchu. Tým sa zabezpečilo jeho rovnomerné rozloženie po celom valci a k samotnému vyparovaniu dochádzalo vo valci pod vplyvom kompresného tepla. Na zabezpečenie atomizácie bol benzín nasávaný prúdom vzduchu cez dávkovaciu dýzu a konzistencia zloženia zmesi bola dosiahnutá udržiavaním konštantnej hladiny benzínu v karburátore. Prúd bol vyrobený vo forme jedného alebo niekoľkých otvorov v trubici umiestnenej kolmo na prúd vzduchu. Na udržanie tlaku bola zabezpečená malá nádrž s plavákom, ktorý udržiaval hladinu v danej výške, takže množstvo nasávaného benzínu bolo úmerné množstvu prichádzajúceho vzduchu. Prvé spaľovacie motory boli jednovalcové a pre zvýšenie výkonu motora sa zvyčajne zväčšoval objem valcov. Potom to začali dosahovať zvýšením počtu valcov. Koncom 19. storočia sa objavili dvojvalce a od začiatku 20. storočia sa začali rozširovať štvorvalce.

Zloženie piestových motorov Spaľovací priestor je valec, kde sa chemická energia paliva premieňa na mechanickú energiu, ktorá sa z vratného pohybu piestu pomocou kľukového mechanizmu premieňa na rotačnú. Podľa druhu použitého paliva sa delia na: Benzín, zmes paliva a vzduchu sa pripravuje v karburátore a následne v sacom potrubí, alebo v sacom potrubí pomocou rozprašovacích trysiek (mechanických alebo elektrických), alebo priamo v valec pomocou rozprašovacích trysiek, potom sa zmes privádza do valca, je stlačená a následne zapálená pomocou iskry, ktorá preskočí medzi elektródami zapaľovacej sviečky. Dieselový špeciál motorová nafta vstrekuje do valca pod vysokým tlakom. Horľavá zmes sa tvorí (a okamžite horí) priamo vo valci, keď sa vstrekuje časť paliva. Zapálenie zmesi nastáva pod vplyvom vysoká teplota vzduch, ktorý bol stlačený vo valci.

Plynové motory spaľujúce ako palivo uhľovodíky, ktoré sú za normálnych podmienok v plynnom stave: Zmesi skvapalnených plynov sa skladujú vo valci pod tlakom nasýtených pár (do 16 atm). Kvapalná fáza alebo parná fáza zmesi odparenej vo výparníku postupne stráca tlak v redukčnom ventile na hodnotu blízko atmosférickému tlaku a je nasávaná motorom do sacieho potrubia cez zmiešavač vzduch-plyn alebo vstrekovaná do sacieho potrubia pomocou el. vstrekovače. Zapaľovanie sa vykonáva pomocou iskry, ktorá preskočí medzi elektródami zapaľovacej sviečky. Stlačené zemné plyny sa skladujú vo fľaši pod tlakom atm. Konštrukcia energetických systémov je podobná ako pri systémoch na skvapalnený plyn, rozdiel je v absencii výparníka. Generátorový plyn je plyn získaný premenou tuhého paliva na plynné palivo. Ako tuhé palivo sa používajú:

CoalPeatWood Plynové naftové palivo Hlavná časť paliva sa pripravuje ako v jednom z typov plynových motorov, ale nezapaľuje sa elektrickou sviečkou, ale pilotnou dávkou motorovej nafty vstrekovanej do valca podobne ako nafta motora. Rotačný piest Kombinovaný spaľovací motor spaľovací motor, ktorý je kombináciou piestu ( rotačný piest) a lopatkový stroj (turbína, kompresor), pri ktorom sa na pracovnom procese zúčastňujú oba stroje. Príkladom kombinovaného spaľovacieho motora je piestový motor s preplňovaním plynovej turbíny (turbopreplňovanie). RCV je spaľovací motor, ktorého systém distribúcie plynu je realizovaný otáčaním valca. Valec sa otáča, striedavo prechádza cez vstupné a výstupné potrubie, zatiaľ čo piest vykonáva vratné pohyby.

Ďalšie jednotky, potrebný pre spaľovací motor Nevýhodou spaľovacieho motora je, že produkuje vysoký výkon len v úzkom rozsahu otáčok. Preto sú neoddeliteľnou súčasťou spaľovacieho motora prevodovka a štartér. Len v určitých prípadoch (napríklad v lietadlách) sa človek zaobíde bez zložitého prevodu. Myšlienka postupne dobýva svet hybridné auto, v ktorom motor vždy pracuje v optimálnom režime. Potrebné sú aj ICE palivový systém(na podanie palivovej zmesi) A výfukový systém(na odvod spalín).

Snímka 2

Spaľovací motor (ICE) je typ motora, tepelného motora, v ktorom sa chemická energia paliva (zvyčajne kvapalného alebo plynného uhľovodíkového paliva) horiaceho v pracovnej oblasti premieňa na mechanickú prácu. Napriek tomu, že spaľovacie motory sú veľmi nedokonalým typom tepelného motora (nízka účinnosť, vysoká hlučnosť, toxické emisie, kratšia životnosť), vďaka svojej autonómii (potrebné palivo obsahuje oveľa viac energie ako najlepšie elektrické batérie), vnútorné spaľovacie motory sú veľmi rozšírené napríklad v doprave .

Snímka 3

Typy spaľovacích motorov

Rotačný piest

Snímka 4

Benzín

Zmes paliva a vzduchu sa pripravuje v karburátore a následne v sacom potrubí, alebo v sacom potrubí pomocou rozprašovacích trysiek (mechanických alebo elektrických), alebo priamo vo valci pomocou rozprašovacích trysiek, následne sa zmes privádza do valca, stlačený a potom zapálený pomocou iskry, ktorá prekĺzne medzi elektródami zapaľovacej sviečky.

Snímka 5

Diesel

Špeciálna motorová nafta sa vstrekuje do valca pod vysokým tlakom. Zmes sa vznieti pod vplyvom vysoký tlak a v dôsledku toho aj teplota v komore.

Snímka 6

Plyn

motor spaľujúci ako palivo uhľovodíky, ktoré sú za normálnych podmienok v plynnom stave: zmesi skvapalnených plynov - uložené vo valci pod tlakom nasýtených pár (do 16 atm). Kvapalná fáza alebo parná fáza zmesi odparenej vo výparníku postupne stráca tlak v redukčnom ventile na hodnotu blízko atmosférickému tlaku a je nasávaná motorom do sacieho potrubia cez zmiešavač vzduch-plyn alebo vstrekovaná do sacieho potrubia pomocou el. vstrekovače. Zapaľovanie sa vykonáva pomocou iskry, ktorá preskočí medzi elektródami zapaľovacej sviečky. stlačené zemné plyny - uložené vo fľaši pod tlakom 150-200 atm. Konštrukcia energetických systémov je podobná ako pri systémoch na skvapalnený plyn, rozdiel je v absencii výparníka. generátorový plyn – plyn získaný premenou tuhé palivo do plynného Používajú sa tieto tuhé palivá: uhlie, rašelina, drevo

Snímka 7

Rotačný piest

V dôsledku rotácie mnohostranného rotora v spaľovacej komore sa dynamicky vytvárajú objemy, v ktorých prebieha normálny cyklus spaľovacieho motora. Schéma

Snímka 8

Štvortaktný spaľovací motor

Schéma činnosti valca štvortaktného motora, Ottov cyklus1. vstup2. kompresia 3. pracovný cyklus 4. uvoľniť

Snímka 9

Rotačný spaľovací motor

Cyklus Wankelovho motora: sanie (modrá), kompresia (zelená), zdvih (červená), výfuk (žltá) ___________________________ Rotor namontovaný na hriadeli je pevne spojený s ozubeným kolesom, ktoré je v zábere so stacionárnym ozubeným kolesom. Zdá sa, že rotor s ozubeným kolesom sa otáča okolo ozubeného kolesa. Jeho okraje sa zároveň posúvajú po povrchu valca a odrezávajú premenlivé objemy komôr vo valci.

Snímka 10

Dvojtaktný spaľovací motor

Dvojtaktný cyklus. v dvojtaktnom cykle sa silové zdvihy vyskytujú dvakrát častejšie. Vstrekovanie paliva Kompresné zapaľovanie Výfuk plynu

Snímka 11

Ďalšie jednotky potrebné pre spaľovacie motory

Nevýhodou spaľovacieho motora je, že produkuje vysoký výkon len v úzkom rozsahu otáčok. Preto sú neoddeliteľnou súčasťou spaľovacieho motora prevodovka a štartér. Len v určitých prípadoch (napríklad v lietadlách) sa človek zaobíde bez zložitého prevodu. Spaľovací motor potrebuje aj palivový systém (na prívod palivovej zmesi) a výfukový systém (na odvod výfukových plynov).

Snímka 12

Štartovanie spaľovacieho motora

Elektrický štartér Most pohodlný spôsob. Pri štartovaní sa motor roztáča elektromotorom (na obrázku je znázornená schéma otáčania jednoduchého elektromotora), poháňaný o batérie(batériu po naštartovaní dobíja generátor poháňaný hlavným motorom). Má to však jednu významnú nevýhodu: utiahnuť sa kľukový hriadeľ Keď je motor studený, najmä v zime, potrebuje veľký štartovací prúd.

Spaľovacie motory

Školiace stredisko "ONikS"

Konštrukcia motora s vnútorným spaľovaním

1 - hlava valca;

2 - valec;

3 - piest;

4 - piestne krúžky;

5 - piestny čap;

7 - kľukový hriadeľ;

8 - zotrvačník;

9 - kľuka;

10 - vačkový hriadeľ;

11 - vačka vačkového hriadeľa;

12 - páka;

13 - ventil;

14 - zapaľovacia sviečka