Проект по физике на тему: «Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)»

Автор работы: 

Михайлов Егор Андреевич

Руководитель проекта: 

—

Учреждение: 

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Гимназия имени Подольских курсантов»

В процессе проведения работы над исследовательским проектом по физике на тему «Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)» обучающийся 9 класса расширил знания об истории появления двигателя внутреннего сгорания, выяснил принцип работы ДВС, а также изучил недостатки двигателей внутреннего сгорания.

Подробнее о работе:

В готовом исследовательском проекте по физике на тему «Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)» автор сделал выводы о том, что современные двигатели шагнули далеко вперед от своих предшествующих собратьев. На сегодняшний день им нет конкурентов. Возможно, если люди не придумают чего-то в корне нового, такие моторы просуществуют в нашем мире еще не одно десятилетие.

Оглавление

Введение

1. Что такое ДВС?
2. Первый двигатель внутреннего сгорания
3. Труды Жан Ленуара
4. Устройство двигателя внутреннего сгорания (на примере современного ДВС)
5. Принципы работы ДВС
6. Принцип работы четырёхтактного двигателя
7. Недостатки двигателя внутреннего сгорания

Вывод

Введение

Цель: Разобраться в истории создания, устройстве и работе двигателя внутреннего сгорания.

Задачи:

• Рассмотреть историю появления ДВС.
• Выяснить принцип работы двигателей внутреннего сгорания.
• Изучить недостатки

Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.
ДВС работает, благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).

Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т. е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).
Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

Первый двигатель внутреннего сгорания

Первый двигатель внутреннего сгорания создал французский ученый де Ривас. Это произошло в 1807 году. В рабочем цилиндре устройства присутствовала смесь на основе воздуха и водорода. Она зажигалась электрической искрой от батареи Вольта. После подрыва состав расширялся, создавал в цилиндре высокое давление и подбрасывал поршень.(После отработки газ выпускался. При этом под поршнем появлялся вакуум. Под влиянием атмосферного давления и собственного веса поршень падал.
После чего он возвращался в первоначальную позицию для повторения цикла.)

Де Ривас применял свою разработку в качестве привода передних колес повозки. При этом в силу невысокой эффективности устройство не стало востребованным. Тем не менее, идеи ученого стали базой для дальнейших разработок в этой области.

Труды Жан Ленуара

Автором коммерчески успешного ДВС стал бельгийский изобретатель Жан Этьен Ленуар. Исследователь трудился на гальваническом заводе и однажды пришел к выводу, что топливовоздушный состав в газовом двигателе можно поджигать путем использования электрической искры. На основе этой идеи исследователь решил сделать двигатель.
Первый двухтактный газовый ДВС был создан Ленуаром в 1860 году. Его мощность составляла 8,8 киловатта, что соответствует 11,97 лошадиных сил. Устройство представляло собой горизонтальную машину двойного действия, которая работала на одном цилиндре. В основе ее функционирования лежала смесь воздуха и светильного газа.

Конструкция двигателя базировалась на использовании кривошипно-шатунного механизма. При этом КПД составлял не больше 4,65 %. Несмотря на все минусы, двигатель Ленуара все же получил достаточно широкое распространение. Его применяли для лодок.
Ленуару далеко не сразу удалось добиться успеха. После изготовления всех элементов и сборки машины она проработала совсем недолго и прекратила функционировать. Это было связано с расширением поршня, который заклинил в цилиндре.

Чтобы устранить этот минус, Ленуар предусмотрел создание системы водяного охлаждения. Однако и вторая попытка была не особо удачной. Это вынудило исследователя дополнить конструкцию системой смазки. Лишь после этого ДВС начал нормально функционировать. Таким образом, именно Ленуару удалось первому решить проблемы смазки и охлаждения двигателя. Мощность такого устройства составляла примерно 12 лошадиных сил. При этом КПД находился на уровне 3,3 %.

В 1874 году было сделано больше 300 таких устройств, которые отличались по мощности. После того как создатель ДВС разбогател, он прекратил дальнейшую работу над конструкцией машины. Как следствие, она была вытеснена с рынка более качественным двигателем, который создал немецкий ученый Николаус Отто.

Устройство двигателя внутреннего сгорания (на примере современного ДВС)

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

• блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни
• кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал
• газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов
• система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси
• система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала. Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принципы работы ДВС

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке
В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.
Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек.

При этом двигатель проходит через следующие

фазы работы:

• Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия
• Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия
• Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа
• Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию

Недостатки двигателя внутреннего сгорания

• Безусловным минусом ДВС является высокая степень выбросов, вырабатывающихся во время езды. Главная проблема лежит в том, что топливо сгорает не полностью. На передвижение машины уходит лишь 15% горючего материала, остальное вылетает в воздух, в результате не достигшей совершенства камеры сгорания топлива. Отработанные газы включают в себя сотни вредных компонентов, тяжелых металлов и производных углеводорода.
• Всегда требуется наличие коробки переключения передач. Это устройство необходимо для того, чтобы менять передаточное число, регулирующее количество оборотов двигателя, которые в свою очередь передают энергию на колеса, и те начинают вращаться либо быстрее, либо медленнее.
• Необходимость смены масла каждые 10 000 км пробега. Это обусловлено загрязнением жидкости, попадающими в двигатель мелкими частицами, а также при появлении рабочих отходов от поршней и коленвала.
• Низкий коэффициент полезного действия. Данный показатель отражает эффективность работы двигателя относительно вырабатываемой энергии в механические силы. Его выражают в процентах. В отличие от электрических моторов, КПД которых может достигать 95%, КПД двигателей внутреннего сгорания не обладает такими показателями. Потери полезного действия происходят в результате неполного сгорания топлива, расходов на тепло, а также потери на прочее оборудование, такое как кондиционер, помпа, генератор.
• Высокая стоимость топлива. Цена за литр бензина или солярки неуклонно растет вверх. Такими темпами передвижение на автомобилях с ДВС будет большой роскошью. Выходом из данной ситуации может послужить установка газового оборудования, так как цена на газ сейчас в 2 раза меньше стоимости бензина, и пока что остается примерно на отметке в 23 рубля, в зависимости от региона.

Вывод

Современные двигатели шагнули далеко вперед от своих предшествующих собратьев. На сегодняшний день им нет конкурентов. Возможно, если люди не придумают чего-то в корне нового, такие моторы просуществуют в нашем мире еще не одно десятилетие. Как бы хотелось, чтоб ДВС жили вечно, но их существование закончится вместе с нефтью, и придет эра электрических двигателей.

Но, несмотря на то, что ДВС заслужили всеобщую любовь, они могут стать причиной глобального экологического кризиса. Выбросы, создаваемые в атмосферу миллионами автомобилей, поднимают реальную угрозу нашей планете.

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Двигатель внутреннего сгорания — 1 апреля 1826 года | Важные исторические события 1 апреля

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС или двигатель внутреннего сгорания) — тепловая машина, в которой сгорание топлива происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания, являющейся составной частью контура протока рабочего тела. В двигателе внутреннего сгорания расширение газов с высокой температурой и высоким давлением, образующихся при сгорании, оказывает прямое воздействие на некоторые компоненты двигателя. Сила обычно прикладывается к поршням (поршневой двигатель), лопаткам турбины (газовая турбина), ротору (двигатель Ванкеля) или соплу (реактивный двигатель). Эта сила перемещает компонент на расстояние, преобразуя химическую энергию в кинетическую энергию, которая используется для приведения в движение, перемещения или питания всего, к чему прикреплен двигатель. Он заменил двигатель внешнего сгорания в приложениях, где вес или размер двигателя были более важны. Первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания был создан Тьеном Ленуаром около 1860 года, а первый современный двигатель внутреннего сгорания был создан в 1876 году Николаусом Отто (см. двигатель Отто).

Термин «двигатель внутреннего сгорания» обычно относится к двигателю с прерывистым сгоранием, например, к более знакомым четырехтактным и двухтактным поршневым двигателям, а также к вариантам, таким как шеститактный поршневой двигатель и роторный двигатель Ванкеля. Второй класс двигателей внутреннего сгорания использует непрерывное сгорание: газовые турбины, реактивные двигатели и большинство ракетных двигателей, каждый из которых является двигателем внутреннего сгорания по тому же принципу, что описан ранее. Огнестрельное оружие также является формой двигателя внутреннего сгорания, хотя и настолько специализированного типа, что его обычно рассматривают как отдельную категорию наряду с таким вооружением, как минометы и зенитные пушки.

Напротив, в двигателях внешнего сгорания, таких как паровые двигатели или двигатели Стирлинга, энергия передается рабочему телу, не состоящему из продуктов сгорания, не смешанному с ними и не загрязненному ими. Рабочими телами для двигателей внешнего сгорания являются воздух, горячая вода, вода под давлением или даже жидкий натрий, нагретый в котле.

Хотя существует множество стационарных приложений, большинство ДВС используются в мобильных приложениях и являются основным источником питания для транспортных средств, таких как автомобили, самолеты и лодки.

ДВС обычно работают на ископаемом топливе, таком как природный газ, или нефтепродуктах, таких как бензин, дизельное топливо или мазут. Возобновляемые виды топлива, такие как биодизель, используются в двигателях с воспламенением от сжатия (CI), а биоэтанол или ETBE (этил-трет-бутиловый эфир), производимые из биоэтанола, в двигателях с искровым зажиганием (SI). Еще в 1900 году изобретатель дизельного двигателя Рудольф Дизель использовал для работы своих двигателей арахисовое масло. Возобновляемое топливо обычно смешивают с ископаемым топливом. Водород, который редко используется, можно получить либо из ископаемого топлива, либо из возобновляемых источников энергии.

Сэмюэл Мори (23 октября 1762 г. — 17 апреля 1843 г.) был американским изобретателем, который работал над ранними двигателями внутреннего сгорания и был пионером в области пароходов, получившим в общей сложности 20 патентов.

двигателей внутреннего сгорания Вымрут ли они?

• ВЫМРУТ ЛИ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?

• 15 ноября 2022 г.

• ВЫМРУТ ЛИ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?

По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), транспорт является одним из основных источников выбросов парниковых газов, вызывающих потепление планеты.

Мир начинает понимать важность отказа от загрязняющих окружающую среду источников энергии. Калифорнийский совет по воздушным ресурсам недавно объявил о новом требовании: к 2035 году все новые автомобили, продаваемые в штате, должны быть свободны от выбросов парниковых газов, таких как углекислый газ. дорог мира к концу 2021 года было около 16,5 миллионов,

утроили количество в 2018 году. атмосфера.

Возможно ли это сделать с двигателями внутреннего сгорания на картинке? Давайте посмотрим на этот тип двигателя и на то, почему некоторые люди считают, что «Конец двигателя внутреннего сгорания» впереди: 

Значительная роль двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания сыграли значительную роль в транспортировке более века. Эти надежные двигатели приводят в действие автомобили, грузовики, поезда, корабли и самолеты.

Исторически двигатели внутреннего сгорания работали на ископаемом топливе. При сжигании ископаемого топлива в воздух выделяется значительное количество углекислого газа (парникового газа).

Похоже, это не замедляет продажи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. По данным JATO, в первой половине 2019 года на двигатели внутреннего сгорания приходилось более 90% мировых продаж автомобилей.

Некоторые считают, что для развития транспортной отрасли должны исчезнуть двигатели внутреннего сгорания.

Проблема с двигателями внутреннего сгорания отошла на второй план: было бы сложно обеспечить такое же количество надежной мощности для автомобильной промышленности и не только.

Есть ли способ использовать двигатели внутреннего сгорания без ущерба для окружающей среды?

Вымрут ли двигатели внутреннего сгорания?

Нелегко представить мир без двигателей внутреннего сгорания, когда они сегодня доминируют на рынке.

Благодаря MayMaan автомобильная промышленность может придерживаться более экологичного подхода, продолжая использовать двигатели внутреннего сгорания. MayMaan модифицировала двигатель внутреннего сгорания, чтобы он работал на 70% воды и 30% возобновляемого этанола или метанола.

Нереально предполагать, что двигатели внутреннего сгорания никуда не денутся. Вместо этого MayMaan адаптировал двигатели внутреннего сгорания для более чистой работы. Выхлопы двигателя MayMaan не содержат NOx, SOx, сажи, серы, ртути или дизельных частиц. Двигатели внутреннего сгорания MayMaan будут работать чисто до все условия.

Мир может лучше справиться с климатическим кризисом, если новаторы ищут как можно больше решений. Двигатели внутреннего сгорания не должны заканчиваться, как динозавры. Ответ заключается в использовании модифицированных двигателей внутреннего сгорания, которые по-прежнему питают планету — , не нанося ей вреда.

Поделиться:

На ключе

Похожие сообщения

Участились ли стихийные бедствия?

Стихийные бедствия недавно попали в заголовки газет — атмосферные реки, представляющие собой потоки водяного пара, движущиеся по небу, вызывают наводнения, оползни и отключения электроэнергии в Калифорнии.

В декабре метель в Буффало унесла жизни более тридцати человек.

Подробнее »

23 марта 2023 г.

770 миллионов человек живут без доступа к электрическим сетям

Миллионы людей по всему миру всю свою жизнь прожили без доступа к электрической сети.

Подробнее »

4 февраля 2023 г.

ЕСТЬ БЕЗОПАСНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА ГОРЮЧИМ ИСКОПАЕМЫМ ТОПЛИВАМ

Большинство людей связывают опасность ископаемого топлива с загрязнением воздуха. Это неудивительно, поскольку большинство исследований, проводимых исследователями, сосредоточены на этом конкретном секторе опасности ископаемого топлива.

Подробнее »

7 декабря 2022 г.

ВЫМРУТ ЛИ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?

По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), транспорт является одним из основных источников выбросов парниковых газов, вызывающих потепление планеты.

Подробнее »

15 ноября 2022 г.

Морская промышленность ежегодно использует более 300 миллионов тонн ископаемого топлива.

С каждым годом перебои с электричеством случаются все чаще. Climate Central, некоммерческая исследовательская организация. Морская промышленность ежегодно использует более 300 миллионов тонн ископаемого топлива. Как мы можем это изменить? Морская индустрия является основой международной торговли и мировой экономики. ch group недавно обновила свой анализ национальных данных об отключении электроэнергии.

Подробнее »

1 ноября 2022 г.

Отрасли промышленности полагаются на резервное питание больше, чем когда-либо…

С каждым годом перебои с электричеством случаются все чаще. Некоммерческая исследовательская группа Climate Central недавно обновила свой анализ национальных данных об отключении электроэнергии. Он показывает ошеломляющее увеличение на 67% крупных отключений электроэнергии из-за погодных явлений с 2000 года.

Подробнее »

24 октября 2022 г.

ПРЯЖА | но ДВС работает на обычном бензине. | Назад в будущее Часть 3 (1990) | Видеоклипы по цитатам | ad7c08c0

ПРЯЖА | но ДВС работает на обычном бензине. | Назад в будущее, часть 3 (1990) | Видеоклипы по цитатам | объявление7c08c0 |紗

Объявление:

Пряжа — лучший способ найти видеоклипы по цитате. Найдите точное момент в телешоу, фильме или музыкальном видео, которым вы хотите поделиться. Легко двигаться вперед или назад, чтобы добраться до идеального места. Он доступен на сети, а также на Android и iOS.

но ДВС работает на обычном бензине. Назад в будущее Часть III (1990) Поиск по клипам этого фильма

ПРЕДЫДУЩИЙ КЛИП

но двигатель внутреннего сгорания работает на обычном бензине.

СЛЕДУЮЩИЙ КЛИП

Нравится	Встроить	Gif	История 90 138	Делать Мем	Поделиться
Скопируйте ссылку для удобного обмена

Объявление:

# пердеж

#спасибо

#круто

#обнимаю

Атлантида: Затерянный мир

1.3s

двигатели внутреннего сгорания.

Теория большого взрыва (2007) — S03E21 Стимуляция Плимптона

3s

…роль бензина в двигателе внутреннего сгорания.

Теория большого взрыва (2007) — S02E05 Альтернатива Евклиду

1.8s

…двигателя внутреннего сгорания…

Американский президент (1995)

1.6s

.. .бег на бензине.

The Dukes of Hazzard (1979) — S01E05 High Octane

3,5 с

или чистое топливо для двигателя внутреннего сгорания.

Звездный путь (1966) — S02E25 Хлеб и зрелища

3,7 с

Юпитер 8. Обычный двигатель внутреннего сгорания.

Царь горы (1997) — S02E07 Комедия

4.1s

Работает на новомодном устройстве под названием бензиновый двигатель.

Вонг Фу Спасибо за все, Джули Ньюмар (1995)

2,9 с

Внутреннее сгорание, идеальный аксессуар.

Назад в будущее (1985)

2,5 с

Работает ли он на обычном неэтилированном бензине?

Джеймс Бонд: Лицензия на убийство (1989)

4,5 с

Наш продукт полностью растворяется в обычном бензине,

Мальчики (2019) — S01E01 Название игры

2 с

(двигатель работает)

Офис (2005) — S09E17 Ферма

2s

[Двигатель работает]

Атланта (2016) — S01E04 Эффект Стрейзанд

1.