Презентация "Развитие двигателей внутреннего сгорания" по физике – проект, доклад

Проект по физике на тему «История развития двигателей внутреннего сгорания»

Подготовили учащиеся 8 В класса Афендульева Ольга Чеснокова Арина Ефимов Андрей

5klass.net

Цели проекта: изучить историю создания и развития двигателей внутреннего сгорания; рассмотреть различные типы ДВС; изучить сферы применения различных ДВС

ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

По роду топлива двигатели внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом - на 4-тактные и 2-тактные. По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха - на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. Мощность, экономичность и другие характеристики двигателей постоянно улучшаются, но основной принцип действия остаётся неизменным. В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу.

История развития ДВС

Создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда на транспорте безраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц стали применять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей на мысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь.

Первый двигатель, изобрёл в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822-1900). Рабочим топливом в его двигателе служила смесь светильного газа (горючие газы в основном метан и водород) и воздуха. Конструкция имела все основные черты будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл. Её коэффициент полезного действия составлял всего 4 % т.е. лишь 4% теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с отработанными газами.

Двигатель Ленуара

Жан Жозеф Этьен Ленуар

2-х тактный двигатель

В этом двигателе рабочий ход происходит в два раза чаще. 1 такт впуск и сжатие 2 такт рабочий ход и выпуск Двигатели такого типа применяются на скутерах, моторных лодках, мотоциклах

Французский инженер Альфонс Бо Де Роша (1815-1891) предложил идею четырёхтактного двигателя. Однако осуществить свою идею не сумел. Такой двигатель создал в 1878 г. Николаус Август Отто (1832-1891). Над его конструкцией изобретатель напряженно трудился и добился более высокого КПД, чем у существовавших тогда паровых машин.

4-тактный двигатель Отто

Николаус Август Отто

4-х тактный двигатель

Схема работы четырехтактного двигателя, цикл Отто 1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск Двигатели такого типа применяются в машиностроении.

Карбюраторный двигатель Этот двигатель – одна из разновидностей двигателей внутреннего сгорания. Сгорание топлива происходит внутри двигателя и существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях. Создателем этого двигателя был Готлиб Даймлер. В течение нескольких лет Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием двигателя. В поисках более эффективных, чем светильный газ, автомобильного топлива Готлиб Даймлер совершив 1881году поездку на юг России, где ознакомился с процессами переработки нефти. Один из её продуктов, лёгкий бензин, оказался как раз таким источником энергии, который искал изобретатель: бензин хорошо испаряется, быстро и полностью сгорает, удобен для транспортировки. В 1886году Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и на бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны только на жидкое топливо.

Карбюраторный двигатель

Готлиб Вильгельм Даймлер

Первый вариант инжекторного двигателя появился в конце 1970-х годов. В этой системе датчик кислорода в выпускном коллекторе определяет полноту сгорания, а электронная схема устанавливает оптимальное соотношение топливо/воздух. В топливной системе с обратной связью состав топливно-воздушной смеси контролируется и регулируется несколько раз в секунду. Эта система очень похожа на систему карбюраторного двигателя.

Первый инжекторный двигатель

Современный инжекторный двигатель

Основные типы двигателей

Поршневой ДВС Двигатели такого типа устанавливаются на автомобилях разного класса, морских и речных судах.

Роторный ДВС Двигатели этого типа устанавливаются на автомобилях различного типа.

Газотурбинный ДВС Двигатели такого типа устанавливаются на вертолетах, самолетах и другой военной технике.

Дизельный двигатель

Одним из видов ДВС является дизельный двигатель. В отличии от бензиновых ДВС сжигание топлива в нем происходит благодаря сильному сжатию. В момент сжатия происходит вспрыск топлива, которое благодаря высокому давлению сгорает.

В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель 23 февраля 1893.

Двигатель Дизеля

Хотя Дизель и был первым, который запатентовал такой двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт высказывал ранее похожие идеи. Но он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность.

В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время. Востребованный в таком виде высокооборотистый дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта В 50 — 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.

В настоящее время дизельные двигатели применяются во всех областях автомобилестроения.

Самый мощный в мире дизель, который устанавливается на морские лайнеры.

Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением до 50 %.

Преимущества дизельных двигателей

Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла. Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более что в них не используется система зажигания.

Основные этапы развития ДВС

1860 год Э.Ленуар первый ДВС; 1878 год Н. Отто первый 4х тактный двигатель; 1886 год В.Даймлер первый карбюраторный двигатель; 1890 год Р. Дизель создал дизельный двигатель; 70-е годы 20 века создание инжекторного двигателя.

Основные типы ДВС 2-х и 4-х тактные ДВС; бензиновые и дизельные ДВС; поршневые, роторные и газотурбинные ДВС. Сферы применения ДВС автомобилестроение; машиностроение; кораблестроение; авиационная техника; военная техника.