Читайте также:
|
|
Развитие автомобилестроения началось почти 130 лет тому назад с создания малогабаритного и быстроходного двигателя внутреннего сгорания. Наблюдая за быстрыми изменениями давления в замкнутом пространстве при сгорании пороха, взрыве смеси кислорода или светильного газа с воздухом, ученые и инженеры пришли к мысли использовать этот принцип для создания двигателя. В истории техники известен целый ряд самых разнообразных патентов на так называемый газовый или взрывной двигатель.
В 1860 году французскому изобретателю Этьенну Ленуару (1822-1900) удалось запустить газовый двигатель, в котором сгорала смесь бензина с воздухом.
Скорость вращения двигателя достигала 100 оборотов в минуту.
Начало победному шествию двигателя внутреннего сгорания положил немецкий изобретатель Николаус Август Отто(1832-1891). Конструкция двигателя Отто обладала многими преимуществами по сравнению с двигателем Ленуара. Не удовлетворившись первыми успехами, Отто вносил в свои машины все новые усовершенствования, в том числе зажигание электрической свечой. В дальнейшем Отто обнаружил, что сжатие смеси топлива и воздуха перед сжиганием значительно повышает мощность машины. Сжатие топливно-воздушной смеси перед зажиганием ее в цилиндре стало основой рабочего процесса во всех двигателях внутреннего сгорания.
Бензиновые двигатели внутреннего сгорания и прежде, и теперь обладают огромными преимуществами: их объем и вес не вызывают трудностей в размещении на транспортном средстве, а мощность и уровень шума позволяют использовать их в автомобиле. Вместе с тем они отличаются недостаточной экономичностью. Если КПД машины выразить как отношение механической энергии, сообщенной маховику двигателя, к полной тепловой энергии израсходованного топлива, то для прежней паровой машины он будет составлять 12 %, а для бензинового двигателя 24 %.
Немецкий изобретатель Рудольф Дизель (1858-1913) после ряда термодинамических исследований сконструировал значительно более экономичный двигатель внутреннего сгорания. Дизельный двигатель по конструкции в основном сходен с прежними двигателями внутреннего сгорания, но имеет более массивные детали приводного механизма и поэтому дороже. Дизельный двигатель с самовоспламенением от сжатия всасывает чистый воздух, а не готовую смесь. Затем воздух подвергается очень сильному сжатию до 1/15 или 1/20 первоначального объема. В результате чего его давление возрастает до 3-5 МПа, а температура до 500-800 "С. В момент наибольшего сжатия под давлением 8-20 МПа специальное устройство впрыскивает в горячий сжатый воздух мелко распыленную жидкость - относительно дешевое дизельное топливо. В таких условиях, т. е. при указанных величинах давления и температуры, топливо воспламеняется без электрической искры. Дизельный двигатель обладает многими достоинствами по сравнению с бензиновым: его КПД достигает 32-35 %, срок службы больше, использует более дешевое дизельное топливо, которое к тому же безопаснее в обращении.
Сегодня всесторонне усовершенствованный дизельный двигатель встречается буквально на каждом шагу. Без него трудно себе представить современные трактора, легковые автомобили, тяжелые грузовые машины, большинство морских судов, насосов и т. д.
Любой современный бензиновый двигатель имеет несколько систем: питания, зажигания, смазки, охлаждения и выпуска. Системы работают совместно для преобразования потенциальной энергии горючей смеси воздуха и топлива в механическую.
Система питания готовит и подает в цилиндры топливо-воздушную смесь, необходимую для работы двигателя при различных условиях. По способу перемешивания топлива и воздуха существуют карбюраторные и инжекторные системы питания бензиновых двигателей. Инжекторные системы имеют более высокий КПД по сравнению с карбюраторными, но более привередливы к качеству топлива. В целом надежная работа системы питания зависит от заливки топлива без примесей в бак и правильной регулировки карбюратора.
Система зажигания обеспечивает электрическое напряжение, необходимое для проскакивания искры через искровой промежуток свечи зажигания в точно заданный момент времени. Для бесперебойной работы этой системы необходимо обеспечить хорошее состояние проводов, свечей зажигания и других электрических приборов а также их правильную регулировку. Сильно загрязненные свечи зажигания увеличивают потребление горючего на 6-10 %. В современных автомобилях использую электронную систему зажигания, которая значительно повышает КПД двигателя.
Смазочная система подает масло ко всем трущимся деталям внутри двигателя. Масло из картера с помощью насоса под давлением разбрызгивается на все подвижные элементы двигателя. Смазочное масло обеспечивает уплотнение поршневых колец в цилиндре, отводит часть тепла от поршня, смягчает удары, очищает цилиндры и снижает силы трения. В зависимости от года выпуска, типа двигателя, сезона используют разные виды масел: минеральное, полусинтетическое и синтетическое с разными температурными диапазонами. От правильного выбора масла очень сильно зависит расход топлива и моторесурс двигателя.
Система охлаждения отводит тепло от двигателя, тем самым защищая его от перегрева, и обеспечивает равномерное распределение температуры по всему корпусу. Эта система нуждается в периодическом обслуживании (проверке уровня охлаждающей жидкости, чистке радиатора, замене старых соединительных патрубков), поскольку ее правильная работа также сильно влияет на КПД двигателя.
Система выпуска оборудована глушителем. Несмотря на то, что он уменьшает КПД двигателя, его используют для уменьшения шума выбрасываемых газов. Засорение и внутренние повреждения глушителей вызывают потери мощности и ухудшают работу двигателя в целом. В современных автомобилях в систему глушителя устанавливают катализатор для более полного сгорания отработанного топлива, нейтрализации вредных для здоровья человека газов.
В последнее время все большее внимание уделяется двигателям, работающим на газе. Прежде всего, это связано с низкой себестоимостью топлива и достаточно чистыми отработанными выхлопными газами по сравнению с бензином и дизелем. Любой автовладелец может установить в свой автомобиль газовую установку, параллельно работающую с бензиновым либо дизельным двигателем. Газовая установка очень быстро окупает себя.
Для повышения экономичности двигателя внутреннего сгорания необходимо постоянно его модернизировать, используя более новые научно-технические разработки. В двигателях внутреннего сгорания необходимо вовремя производить замену масла, свечей, фильтров, производить чистку от грязи, использовать высококачественные виды топлива, проверять уровни масла и охлаждающей жидкости. Выполняя эти элементарные правила, можно внести очень большой вклад в экономию ТЭР.
Современные самолеты, поезда, грузовой транспорт, легковые автомобили буквально «напичканы» электроникой. И неспроста. Мы все больше и больше позволяем управлять компьютерам процессами, происходящими в работе двигателей, в системах навигации, автоматического регулирования и т. д., т. к. требуется максимальная скорость принятия правильного решения для достижения поставленной цели. В любом современном виде транспорта постоянно происходит анализ данных, поступающих непрерывно с датчиков, с помощью которых электронная система или бортовой компьютер управляют работой всех устройств. Например, в легковом автомобиле в зависимости от нагрузки на двигатель автоматически может регулироваться количество и качестве горючей смеси, подаваемой в камеру сгорания, также автоматически может быть включена более низкая или высокая передача в автоматической коробке передач и т. д.
Для энергосбережения как в поездах, так и в автомобилях могут быть применены системы возврата электроэнергии обратно в сеть в момент торможения Электродвигатели при торможении переводятся в режим выработки электроэнергии, т. е. работают как электрогенераторы. В результате этого усовершенствования энергозатраты уменьшаются на 12 %. Для повышения экономичности перевозок можно использовать вместо железных элементов кузова более легкие материалы, такие как алюминий или пластик, что значительно сократит расход топлива.
В последнее время в большинстве стран мира наблюдается тенденция к выпуску малогабаритных (двухместных) автомобилей, что значительно снижает их вес (до 300 кг) и количество выбрасываемых при эксплуатации газов в атмосферу.
Идут также разработки, направленные на создание экологически более чистых автомобилей, работающих на водородном топливе и двигателях-гибридах.
Автомобили, работающие на водороде с топливными элементами, не выделяют в атмосферу газы, загрязняющие окружающую среду. Единственным побочным продуктом работы топливных элементов является вода. Водород предполагается получать из природного газа, нефти или воды при помощи химических процессов. Однако на пути массового производства водородных автомобилей сегодня возникает много препятствий, связанных с выделением С02 при производстве топливных элементов и водорода, с утечкой водорода в окружающую среду (см. п. 9.1). Поэтому для использования водородного топлива требуются более новые и совершенные технологии, которые могут быть достигнуты в будущем.
Немалое внимание сегодня уделяют и двигателям внутреннего сгорания, работающим совместно с электрическим мотором, - двигателям-гибридам. Автомобили, оснащенные двигателями-гибридами, более экономичные по сравнению с традиционными (примерно в 2 раза), выделяют в атмосферу на 40 % меньше С02. Внедрение их в массовую эксплуатацию связано с меньшими трудностями по сравнению с водородными автомобилями, единственный недостаток - первоначально высокая цена. Однако, как считают ученые, за весь свой срок службы гибридная машина позволит ее владельцу сэкономить на топливе большую сумму денег.
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 105 | Нарушение авторских прав