Die Geschichte der Erfindung des Verbrennungsmotors. Thema: Geschichte der Entstehung und Entwicklung von Verbrennungsmotoren

Geschichte der Entstehung und Entwicklung von Motoren interne Verbrennung

Einführung

Allgemeine Informationen zum Verbrennungsmotor

Geschichte der Entstehung und Entwicklung von Verbrennungsmotoren

Abschluss

Liste der verwendeten Quellen

Anwendung

Einführung

Wir leben im Zeitalter der Elektrizität und Computertechnologie, aber man kann argumentieren, dass wir auch im Zeitalter des Verbrennungsmotors leben. Volumen Straßentransport bereits in der Mitte des letzten Jahrhunderts erreichte es 20 Milliarden Tonnen, was dem Fünffachen des Transportvolumens auf der Schiene und dem 18-fachen des Transportvolumens der Seeflotte entsprach. Heutzutage macht der Straßentransport mehr als 79 % des Gütertransportvolumens in unserem Land aus. Die weite Verbreitung von Verbrennungsmotoren zeigt sich auch darin, dass die installierte Gesamtleistung von Verbrennungsmotoren fünfmal größer ist als die Leistung aller stationären Kraftwerke weltweit. Heutzutage wird der Einsatz eines Verbrennungsmotors niemanden mehr überraschen. Millionen Autos, Gasgeneratoren und andere Geräte nutzen Verbrennungsmotoren als Antrieb. Bei einem Verbrennungsmotor verbrennt der Kraftstoff direkt im Zylinder, im Motor selbst. Deshalb wird es auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Das Aufkommen dieses Motortyps im 19. Jahrhundert war in erster Linie auf die Notwendigkeit zurückzuführen, einen effizienten und modernen Antrieb für verschiedene industrielle Geräte und Mechanismen zu schaffen. Damals wurde überwiegend eine Dampfmaschine eingesetzt. Es hatte viele Nachteile, zum Beispiel einen geringen Wirkungsgrad (d. h. der Großteil der für die Dampferzeugung aufgewendeten Energie wurde einfach verschwendet), es war sperrig, erforderte qualifizierte Wartung und viel Zeit zum Starten und Stoppen. Industrie benötigt neuer Motor. Es war der Verbrennungsmotor, dessen Geschichte das Ziel dieser Arbeit ist. Hoher Wirkungsgrad, relativ geringe Abmessungen und Gewicht, Zuverlässigkeit und Autonomie gewährleisten ihren weit verbreiteten Einsatz als Kraftwerk im Straßen-, Schienen- und Wasserverkehr, in der Landwirtschaft und im Baugewerbe.

Das Werk besteht aus Einleitung, Hauptteil, Schluss, Literaturverzeichnis und Anhang.

1. Allgemeine Informationen zum Verbrennungsmotor

Am weitesten verbreitet sind derzeit Verbrennungsmotoren (ICE) – eine Art Motor, eine Wärmekraftmaschine, in der die chemische Energie des im Arbeitsbereich brennenden Kraftstoffs (normalerweise flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffkraftstoff) umgewandelt wird mechanische Arbeit.

Der Motor besteht aus einem Zylinder, in dem sich ein Kolben bewegt, der über eine Pleuelstange mit ihm verbunden ist Kurbelwelle(Abb. 1).

Abbildung 1 – Verbrennungsmotor

Oben am Zylinder befinden sich zwei Ventile, die sich bei laufendem Motor automatisch im richtigen Moment öffnen und schließen. Durch das erste Ventil (Einlass) tritt ein brennbares Gemisch ein, das von einer Zündkerze gezündet wird, und durch das zweite Ventil (Auslass) werden Abgase freigesetzt. Im Zylinder brennt periodisch ein brennbares Gemisch aus Benzindampf und Luft (die Temperatur erreicht 16000 - 18000 °C). Der Druck auf den Kolben steigt stark an. Durch die Ausdehnung schieben die Gase den Kolben und damit die Kurbelwelle und verrichten dabei mechanische Arbeit. Dabei werden die Gase gekühlt, da ein Teil ihrer inneren Energie in mechanische Energie umgewandelt wird.

Die Extrempositionen des Kolbens im Zylinder werden Totpunkte genannt. Der Weg, den der Kolben von einem Totpunkt zum anderen zurücklegt, wird als Kolbenhub bezeichnet, der auch als Hub bezeichnet wird. Die Takte eines Verbrennungsmotors sind: Ansaugen, Verdichten, Arbeitstakt, Ausstoßen, weshalb der Motor als Viertaktmotor bezeichnet wird. Schauen wir uns den Arbeitszyklus eines Viertaktmotors genauer an – vier Hauptphasen (Takt):

Bei diesem Hub bewegt sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt. Gleichzeitig öffnen die Nocken der Nockenwelle das Einlassventil und durch dieses Ventil wird frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder gesaugt.

Der Kolben bewegt sich von unten nach oben und verdichtet dabei das Arbeitsgemisch. Die Temperatur der Mischung steigt. Dabei entsteht das Verhältnis zwischen dem Arbeitsvolumen des Zylinders im unteren Totpunkt und dem Volumen des Brennraums im oberen Totpunkt – das sogenannte „Verdichtungsverhältnis“. Je größer dieser Wert, desto mehr Kraftstoffeffizienz Motor. Ein Motor mit einem höheren Verdichtungsverhältnis benötigt mehr Kraftstoff ́ höhere Oktanzahl, was teurer ist.

Verbrennung und Expansion (oder Kolbenhub).

Kurz vor Ende des Kompressionszyklus wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch einen Funken der Zündkerze gezündet. Während der Bewegung des Kolbens von oben nach unten verbrennt der Kraftstoff und unter dem Einfluss von Hitze dehnt sich das Arbeitsgemisch aus und drückt den Kolben.

Nach dem unteren Totpunkt des Arbeitszyklus öffnet sich das Auslassventil und der sich nach oben bewegende Kolben drückt die Abgase aus dem Motorzylinder. Wenn der Kolben die Spitze erreicht, schließt das Auslassventil und der Zyklus beginnt von neuem.

Um mit dem nächsten Schritt zu beginnen, müssen Sie nicht auf das Ende des vorherigen warten – in Wirklichkeit sind beide Ventile (Einlass und Auslass) am Motor geöffnet. Dies ist der Unterschied zu einem Zweitaktmotor, bei dem der gesamte Arbeitszyklus während einer Umdrehung der Kurbelwelle abläuft. Es ist klar, dass ein Zweitaktmotor bei gleichem Zylindervolumen leistungsstärker sein wird – im Durchschnitt um das Eineinhalbfache.

Allerdings weder größere Leistung noch das Fehlen eines sperrigen Ventilsystems und Nockenwelle, noch die niedrigen Herstellungskosten können die Vorteile von Viertaktmotoren decken – eine längere Ressource, mehr ́ höhere Effizienz, sauberere Abgase und weniger Lärm.

Das Betriebsdiagramm von Verbrennungsmotoren (Zweitakt- und Viertaktmotoren) ist in Anhang 1 aufgeführt.

Das Funktionsprinzip des Verbrennungsmotors ist also einfach, verständlich und hat sich seit mehr als einem Jahrhundert nicht verändert. Der Hauptvorteil von Verbrennungsmotoren ist die Unabhängigkeit von konstanten Energiequellen (Wasserressourcen, Kraftwerke usw.), und daher können sich mit Verbrennungsmotoren ausgestattete Anlagen frei bewegen und überall aufgestellt werden. Und trotz der Tatsache, dass Verbrennungsmotoren eine unvollkommene Art von Wärmekraftmaschine sind ( lautes Geräusch, giftige Emissionen, kürzere Ressourcen) Aufgrund ihrer Autonomie sind Verbrennungsmotoren sehr weit verbreitet.

Die Verbesserung von Verbrennungsmotoren geht dahin, ihre Leistung, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu steigern, Gewicht und Abmessungen zu reduzieren und neue Designs zu schaffen. So waren die ersten Verbrennungsmotoren Einzylindermotoren, und um die Motorleistung zu steigern, wurde üblicherweise das Zylindervolumen vergrößert. Dann begannen sie, dies zu erreichen, indem sie die Anzahl der Zylinder erhöhten. Ende des 19. Jahrhunderts kamen Zweizylindermotoren auf den Markt und ab Anfang des 20. Jahrhunderts verbreiteten sich Vierzylindermotoren.

Moderne Hightech-Motoren ähneln in keiner Weise mehr ihren jahrhundertealten Vorbildern. Es wurden sehr beeindruckende Leistungskennzahlen hinsichtlich Leistung, Effizienz und Umweltfreundlichkeit erreicht. Ein moderner Verbrennungsmotor erfordert ein Minimum an Aufmerksamkeit und ist für Ressourcen von Hunderttausenden, manchmal Millionen Kilometern ausgelegt.

2. Geschichte der Entstehung und Entwicklung von Verbrennungsmotoren

Seit rund 120 Jahren ist ein Leben ohne Auto für die Menschen nicht mehr vorstellbar. Versuchen wir, einen Blick in die Vergangenheit zu werfen – bis zur Entstehung der Grundlagen der modernen Automobilindustrie.

Die ersten Versuche, einen Verbrennungsmotor zu entwickeln, gehen auf das 17. Jahrhundert zurück. Die Experimente von E. Toricelli, B. Pascal und O. Guericke veranlassten Erfinder, Luftdruck als Antriebskraft in atmosphärischen Maschinen zu nutzen. Abt Ottefel (1678-1682) und H. Huygens (1681) gehörten zu den ersten, die solche Maschinen vorschlugen. Sie schlugen vor, den Kolben im Zylinder durch Schießpulverexplosionen zu bewegen. Daher können Ottefel und Huygens als Pioniere auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren gelten.

Der französische Wissenschaftler Denis Papin, der Erfinder einer Kreiselpumpe und eines Dampfkessels Sicherheitsventil, die erste mit Dampf betriebene Kolbenmaschine. Der erste, der versuchte, das Prinzip von Verbrennungsmotoren umzusetzen, war der Engländer Robert Street (Patent Nr. 1983, 1794). Der Motor bestand aus einem Zylinder und einem beweglichen Kolben. Zu Beginn der Kolbenbewegung gelangte eine Mischung aus flüchtiger Flüssigkeit (Alkohol) und Luft in den Zylinder; die Flüssigkeit und der Flüssigkeitsdampf wurden mit Luft vermischt. Auf halbem Weg des Kolbenhubs entzündete sich das Gemisch und schleuderte den Kolben nach oben.

Im Jahr 1799 entdeckte der französische Ingenieur Philippe Lebon das Leuchtgas und erhielt ein Patent für die Verwendung und Methode zur Herstellung von Leuchtgas durch Trockendestillation von Holz oder Kohle. Diese Entdeckung war vor allem für die Entwicklung der Lichttechnik von großer Bedeutung, die schon bald erfolgreich mit teuren Kerzen konkurrierte. Leuchtgas eignete sich jedoch nicht nur zur Beleuchtung. Im Jahr 1801 meldete Le Bon ein Patent für die Konstruktion eines Gasmotors an. Das Funktionsprinzip dieser Maschine basierte auf der bekannten Eigenschaft des von ihm entdeckten Gases: Seine Mischung mit Luft explodierte beim Zünden und setzte dabei große Mengen Wärme frei. Die Verbrennungsprodukte dehnten sich schnell aus und übten starken Druck aus Umfeld. Durch die Schaffung geeigneter Bedingungen kann die freigesetzte Energie zum Wohle des Menschen genutzt werden. Lebons Motor hatte zwei Kompressoren und eine Mischkammer. Ein Kompressor sollte Druckluft in die Kammer pumpen, der andere komprimiertes Beleuchtungsgas aus einem Gasgenerator. Anschließend gelangte das Gas-Luft-Gemisch in den Arbeitszylinder und entzündete sich dort. Der Motor war doppeltwirkend, das heißt, die abwechselnd arbeitenden Arbeitskammern befanden sich auf beiden Seiten des Kolbens. Im Wesentlichen entwickelte Le Bon die Idee eines Verbrennungsmotors, aber R. Street und F. Le Bon versuchten nicht, ihre Ideen umzusetzen.

Auch in den Folgejahren (bis 1860) scheiterten einige Versuche, einen Verbrennungsmotor zu entwickeln. Die Hauptschwierigkeiten bei der Entwicklung eines Verbrennungsmotors waren auf den Mangel an geeignetem Kraftstoff, die Schwierigkeiten bei der Organisation von Gasaustauschprozessen, der Kraftstoffversorgung und der Kraftstoffzündung zurückzuführen. Robert Stirling, der zwischen 1816 und 1840 schuf, gelang es, diese Schwierigkeiten weitgehend zu überwinden. Motor mit externer Verbrennung und Regenerator. Beim Stirlingmotor erfolgte die Umwandlung der Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung über einen rhombischen Mechanismus, als Arbeitsmedium wurde Luft verwendet.

Einer der ersten, der auf die reale Möglichkeit der Entwicklung eines Verbrennungsmotors aufmerksam machte, war der französische Ingenieur Sadi Carnot (1796-1832), der sich mit der Theorie der Wärme und der Theorie der Wärmekraftmaschinen beschäftigte. In seinem Aufsatz „Betrachtungen über die treibende Kraft des Feuers und über Maschinen, die diese Kraft entwickeln können“ (1824) schrieb er: „Es scheint uns vorteilhafter zu sein, die Luft zunächst mit einer Pumpe zu komprimieren und sie dann vollständig durch eine Pumpe zu leiten.“ geschlossener Feuerraum, Brennstoffzufuhr in kleinen Portionen durch einfach zu implementierende Anpassungen; Dann wird die Luft gezwungen, in einem Kolbenzylinder oder einem anderen expandierenden Gefäß Arbeit zu verrichten, und schließlich wird sie in die Atmosphäre abgegeben oder gezwungen, zu einem Dampfkessel zu strömen, um die verbleibende Temperatur zu nutzen. Die Hauptschwierigkeiten, die bei dieser Art von Betrieb auftreten, sind: den Feuerraum in einem Raum mit ausreichender Festigkeit einzuschließen und die Verbrennung in ordnungsgemäßem Zustand aufrechtzuerhalten, verschiedene Teile des Geräts auf einer mäßigen Temperatur zu halten und eine schnelle Verschlechterung des Zylinders und des Kolbens zu verhindern; Wir glauben nicht, dass diese Schwierigkeiten unüberwindbar wären.“ Die Ideen von S. Carnot wurden jedoch von seinen Zeitgenossen nicht geschätzt. Nur 20 Jahre später machte der französische Ingenieur E. Clapeyron (1799-1864), der Autor der berühmten Zustandsgleichung, erstmals auf sie aufmerksam. Dank Clapeyron, der die Carnot-Methode anwendete, begann Carnots Popularität schnell zu wachsen. Derzeit gilt Sadi Carnot allgemein als Begründer der Wärmetechnik.

Lenoir hatte keinen sofortigen Erfolg. Nachdem alle Teile hergestellt und die Maschine zusammengebaut werden konnten, funktionierte sie nur sehr kurze Zeit und blieb stehen, da sich der Kolben aufgrund der Erwärmung ausdehnte und im Zylinder verklemmte. Lenoir verbesserte seinen Motor durch die Entwicklung eines Wasserkühlsystems. Allerdings scheiterte auch der zweite Startversuch an der schlechten Kolbenbewegung. Lenoir ergänzte sein Design durch ein Schmiersystem. Erst dann fing der Motor an zu arbeiten. Bereits die ersten unvollkommenen Konstruktionen zeigten die erheblichen Vorteile des Verbrennungsmotors gegenüber der Dampfmaschine. Die Nachfrage nach Motoren wuchs schnell und innerhalb weniger Jahre baute J. Lenoir über 300 Motoren. Er war der erste, der den Verbrennungsmotor als Antrieb nutzte Kraftwerk für verschiedene Zwecke. Dieses Modell war jedoch unvollkommen; der Wirkungsgrad überstieg nicht 4 %.

Im Jahr 1862 gründete der französische Ingenieur A.Yu. Beau de Rochas reichte beim französischen Patentamt einen Patentantrag ein (Prioritätsdatum: 1. Januar 1862), in dem er die von Sadi Carnot zum Ausdruck gebrachte Idee in Bezug auf das Motorendesign und seine Arbeitsprozesse erläuterte. (Diese Petition wurde nur bei Patentstreitigkeiten über die Priorität der Erfindung von N. Otto in Erinnerung gerufen). Beau de Rocha schlug vor, das brennbare Gemisch während des ersten Kolbenhubs einzuspritzen, das Gemisch während des zweiten Kolbenhubs zu komprimieren, das Gemisch in der äußersten oberen Position des Kolbens zu verbrennen und die Verbrennungsprodukte während des dritten Kolbenhubs auszudehnen Kolben; Freisetzung von Verbrennungsprodukten - während des vierten Hubs des Kolbens. Aufgrund fehlender Mittel konnte es jedoch nicht umgesetzt werden.

Dieser Zyklus wurde 18 Jahre später vom deutschen Erfinder Otto Nikolaus August in einem Verbrennungsmotor umgesetzt, der nach einem Viertakt-Kreislauf arbeitete: Ansaugung, Verdichtung, Arbeitstakt, Abgase. Am weitesten verbreitet sind die Modifikationen dieses Motors. Im Laufe von mehr als hundert Jahren, die zu Recht als „Automobilzeitalter“ bezeichnet werden, hat sich alles verändert – Formen, Technologien, Lösungen. Einige Marken verschwanden und andere traten an ihre Stelle. Automobilmode hat mehrere Entwicklungsstufen durchlaufen. Eines bleibt unverändert – die Anzahl der Zyklen, in denen der Motor arbeitet. Und in der Geschichte der Automobilindustrie ist diese Zahl für immer mit dem Namen des deutschen Autodidakten Otto verbunden. Zusammen mit dem prominenten Industriellen Eugen Langen gründete der Erfinder die Firma Otto & Co in Köln und konzentrierte sich auf die Suche nach der besten Lösung. Am 21. April 1876 erhielt er ein Patent für die nächste Version des Motors, das ein Jahr später auf der Pariser Weltausstellung 1867 vorgestellt wurde, wo ihm die Große Goldmedaille verliehen wurde. Ende 1875 schloss Otto die Entwicklung eines Projekts für einen grundlegend neuen, ersten Viertaktmotor der Welt ab. Die Vorteile des Viertaktmotors lagen auf der Hand und am 13. März 1878 erhielt N. Otto das deutsche Patent Nr. 532 für einen Viertakt-Verbrennungsmotor (Anhang 3). Das Otto-Werk baute 6.000 Motoren.

Experimente zur Schaffung einer solchen Einheit wurden bereits zuvor durchgeführt, die Autoren stießen jedoch auf eine Reihe von Problemen, vor allem auf die Tatsache, dass Blitze des brennbaren Gemisches in den Zylindern in so unerwarteten Abfolgen auftraten, dass eine reibungslose und konstante Leistungsübertragung nicht gewährleistet werden konnte. Aber er war es, der es schaffte, die einzig richtige Lösung zu finden. Er stellte empirisch fest, dass die Misserfolge aller bisherigen Versuche sowohl mit der falschen Zusammensetzung des Gemisches (Verhältnisse von Kraftstoff und Oxidationsmittel) als auch mit einem falschen Algorithmus zur Synchronisierung des Kraftstoffeinspritzsystems und seiner Verbrennung verbunden waren.

Einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung von Verbrennungsmotoren leistete auch der amerikanische Ingenieur Brayton, der einen Kompressormotor mit konstantem Verbrennungsdruck und Vergaser vorschlug.

Daher ist die Priorität von J. Lenoir und N. Otto bei der Entwicklung der ersten effizienten Verbrennungsmotoren unbestreitbar.

Die Produktion von Verbrennungsmotoren hat stetig zugenommen und ihr Design wurde verbessert. 1878-1880 Die Produktion von Zweitaktmotoren begann, vorgeschlagen von den deutschen Erfindern Wittig und Hess, dem englischen Unternehmer und Ingenieur D. Clerk, und ab 1890 von Zweitaktmotoren mit Kurbelkammerspülung (England-Patent Nr. 6410, 1890). Die Verwendung einer Kurbelkammer als Spülpumpe wurde etwas früher vom deutschen Erfinder und Unternehmer G. Daimler vorgeschlagen. Im Jahr 1878 rüstete Karl Benz aus Dreirad 3-PS-Motor, der Geschwindigkeiten von über 11 km/h erreichte. Er schuf auch die ersten Autos mit Ein- und Zweizylindermotoren. Die Zylinder waren horizontal angeordnet und das Drehmoment wurde über einen Riemenantrieb auf die Räder übertragen. Im Jahr 1886 erhielt K. Benz das deutsche Patent Nr. 37435 für einen Wagen mit Priorität vom 29. Januar 1886. Auf der Pariser Weltausstellung 1889 war Benz‘ Wagen der einzige. Mit diesem Auto begann die intensive Entwicklung der Automobilindustrie.

Ein weiteres herausragendes Ereignis in der Geschichte der Verbrennungsmotoren war die Entwicklung eines Verbrennungsmotors mit Kompressionszündung des Kraftstoffs. 1892 patentierte der deutsche Ingenieur Rudolf Diesel (1858-1913) und beschrieb es 1893 in der Broschüre „The Theory and Design of Rational Wärmekraftmaschine um Dampfmaschinen und derzeit bekannte Wärmekraftmaschinen zu ersetzen“, eine Maschine, die nach dem Carnot-Zyklus arbeitet. Im deutschen Patent Nr. 67207 mit Priorität vom 28. Februar 1892 „Arbeitsverfahren und Ausführungsweise eines Einzylinder- und Mehrzylindermotors“ wurde das Funktionsprinzip des Motors wie folgt dargelegt:

Der Arbeitsvorgang in Verbrennungsmotoren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben im Zylinder Luft oder ein mit Luft indifferentes Gas (Dampf) so stark verdichtet, dass die resultierende Verdichtungstemperatur deutlich über der Zündtemperatur des Kraftstoffs liegt. In diesem Fall erfolgt die Verbrennung des nach dem Totpunkt allmählich eingebrachten Kraftstoffs so, dass es zu keinem nennenswerten Druck- und Temperaturanstieg im Motorzylinder kommt. Anschließend kommt es nach Stoppen der Kraftstoffzufuhr zu einer weiteren Expansion des Gasgemisches im Zylinder.

Zur Durchführung des in Absatz 1 beschriebenen Arbeitsvorgangs wird an den Arbeitszylinder ein mehrstufiger Kompressor mit Sammler angeschlossen. Es ist auch möglich, mehrere Arbeitszylinder miteinander oder mit Zylindern zur Vorverdichtung und anschließenden Expansion zu verbinden.

R. Diesel baute im Juli 1893 den ersten Motor. Man ging davon aus, dass die Verdichtung auf einen Druck von 3 MPa erfolgen würde, die Lufttemperatur am Ende der Verdichtung 800 °C erreichen würde und Kraftstoff (Kohlepulver) direkt eingespritzt würde in den Zylinder. Beim Starten des ersten Motors kam es zu einer Explosion (als Treibstoff wurde Benzin verwendet). Im Jahr 1893 wurden drei Motoren gebaut. Ausfälle bei den ersten Motoren zwangen R. Diesel, die isotherme Verbrennung aufzugeben und auf einen Zyklus mit Verbrennung bei konstantem Druck umzusteigen.

Anfang 1895 wurde der erste Kompressormotor mit Selbstzündung, der mit flüssigem Kraftstoff (Kerosin) betrieben wurde, erfolgreich getestet, und 1897 begann eine Phase umfangreicher Tests des neuen Motors. Wirksam Motoreffizienz betrug 0,25, mechanischer Wirkungsgrad - 0,75. Der erste Verbrennungsmotor mit Selbstzündung für industrielle Zwecke wurde 1897 von der Stadt Augsburg gebaut Maschinenbaubetrieb. Auf der Ausstellung in München 1899 wurden bereits 5 R.-Dieselmotoren der Maschinenfabriken Otto-Deitz, Krupp und Augsburg präsentiert. R. Auch auf der Weltausstellung in Paris (1900) wurden Dieselmotoren erfolgreich vorgeführt. Später fanden sie breite Anwendung und wurden nach dem Namen des Erfinders „Dieselmotoren“ oder einfach „Diesel“ genannt.

In Russland begann der Bau der ersten Kerosinmotoren im Jahr 1890 bei E.Ya. Bromley (Viertaktkalorisator) und seit 1892 im mechanischen Werk von E. Nobel. Im Jahr 1899 erhielt Nobel das Recht zur Herstellung von R.-Dieselmotoren und im selben Jahr begann das Werk mit deren Produktion. Das Motorendesign wurde von Anlagenspezialisten entwickelt. Der Motor entwickelte eine Leistung von 20–26 PS und wurde mit Rohöl, Dieselöl und Kerosin betrieben. Die Spezialisten des Werks entwickelten auch Selbstzündungsmotoren. Sie bauten die ersten kreuzkopflosen Motoren, die ersten Motoren mit V-förmiger Zylinderanordnung, Zweitaktmotoren mit Direktventil- und Schleifenspülsystemen, Zweitaktmotoren, bei denen die Spülung aufgrund gasdynamischer Phänomene in durchgeführt wurde Abgaskanal. Die Produktion von Motoren mit Selbstzündung des Kraftstoffs begann zwischen 1903 und 1911. in den Lokomotivenwerken Kolomensky, Sormovsky, Kharkov, in den Felser-Werken in Riga und Nobel in St. Petersburg, auf der Nikolaev-Werft. 1903-1908. Der russische Erfinder und Unternehmer Ya.V. Mamin schuf mehrere effiziente Hochgeschwindigkeitsmotoren mit mechanischer Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder und Selbstzündung, deren Leistung 1911 bereits 25 PS betrug. Der Brennstoff wurde in eine Vorkammer aus Gusseisen mit Kupfereinlage eingespritzt, was eine hohe Oberflächentemperatur der Vorkammer und eine zuverlässige Selbstzündung ermöglichte. Es war der erste kompressorlose Dieselmotor der Welt. Im Jahr 1906 gründete MVTU-Professor V.I. Grinevetsky schlug den Entwurf eines Motors mit doppelter Kompression und Expansion vor – einen Prototyp eines kombinierten Motors. Er entwickelte auch eine Methode zur thermischen Berechnung von Arbeitsprozessen, die später von N.R. weiterentwickelt wurde. Briling und E.K. Masing und hat bis heute nicht an Bedeutung verloren. Wie wir sehen können, haben Spezialisten aus dem vorrevolutionären Russland zweifellos bedeutende unabhängige Entwicklungen auf dem Gebiet der Motoren mit Kompressionszündung des Kraftstoffs durchgeführt. Die erfolgreiche Entwicklung der Dieselindustrie in Russland erklärt sich aus der Tatsache, dass Russland über ein eigenes Öl verfügte und Dieselmotoren den Bedürfnissen kleiner Unternehmen am besten entsprachen, sodass die Produktion von Dieselmotoren in Russland fast zeitgleich mit den Ländern Westeuropas begann.

Die heimische Motorenindustrie entwickelte sich in der nachrevolutionären Zeit erfolgreich. Bis 1928 wurden im Land bereits über 45 Motorentypen mit einer Gesamtleistung von etwa 110.000 kW hergestellt. In den Jahren der ersten Fünfjahrespläne wurde die Produktion von Automobil- und Traktorenmotoren, Schiffs- und Stationärmotoren mit einer Leistung von bis zu 1500 kW beherrscht, Flugdiesel und Tankdiesel V-2 entstanden, die das Hoch weitgehend vorgaben taktische und technische Eigenschaften der gepanzerten Fahrzeuge des Landes. Herausragende sowjetische Wissenschaftler leisteten einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung des heimischen Motorenbaus: N.R. Briling, E.K. Masing, V.T. Tsvetkov, A.S. Orlin, V.A. Vanscheidt, N.M. Glagolev, M.G. Kruglov und andere.

Von den Entwicklungen auf dem Gebiet der Wärmekraftmaschinen in den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts sind drei die wichtigsten hervorzuheben: die Entwicklung eines funktionsfähigen Entwurfs eines Rotationskolbenmotors, eines kombinierten Hochverstärkungsmotors und eines kombinierten Hochlademotors durch den deutschen Ingenieur Felix Wankel ein externer Verbrennungsmotor, der mit schnelllaufenden Dieselmotoren konkurrenzfähig ist. Der Auftritt des Wankelmotors wurde mit Begeisterung aufgenommen. Aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts und ihrer Abmessungen sowie ihrer hohen Zuverlässigkeit verbreiteten sich RPDs schnell vor allem in Personenkraftwagen, der Luftfahrt, Schiffen und stationären Anlagen. Die Lizenz zur Herstellung des F. Wankelmotors wurde von mehr als 20 Unternehmen erworben, darunter General Motors und Ford. Bis zum Jahr 2000 wurden mehr als zwei Millionen Fahrzeuge mit RPD hergestellt.

IN letzten Jahren Der Prozess der Verbesserung und Verbesserung der Leistung von Benzinmotoren und Dieselmotoren geht weiter. Die Entwicklung von Benzinmotoren geht auf den Weg, ihre Umwelteigenschaften, Effizienz und Leistungsindikatoren durch eine breitere Nutzung und Verbesserung des Benzineinspritzsystems in die Zylinder zu verbessern; Anwendungen elektronische Systeme Einspritzsteuerung, Ladungsschichtung im Brennraum mit Gemischverarmung im Teillastbereich; Erhöhung der Energie des elektrischen Funkens während der Zündung usw. Dadurch nähert sich der Arbeitszykluswirkungsgrad von Benzinmotoren dem Wirkungsgrad von Dieselmotoren an.

Zur Verbesserung der technischen und wirtschaftlichen Kennzahlen von Dieselmotoren nutzen sie eine Erhöhung des Kraftstoffeinspritzdrucks, den Einsatz gesteuerter Düsen, die Erhöhung des durchschnittlichen Wirkdrucks durch Aufladung und Kühlung der Ladeluft sowie Maßnahmen zur Reduzierung der Abgasgiftigkeit.

So sicherte die kontinuierliche Verbesserung der Verbrennungsmotoren ihre beherrschende Stellung, und erst in der Luftfahrt verlor der Verbrennungsmotor seine Stellung Gasturbinentriebwerk. Für andere Sektoren der Volkswirtschaft wurden bisher keine alternativen Kraftwerke mit geringer Leistung vorgeschlagen, die so vielseitig und wirtschaftlich sind wie ein Verbrennungsmotor. Daher gilt der Verbrennungsmotor langfristig als der wichtigste Kraftwerkstyp mittlerer und geringer Leistung für den Verkehr und andere Sektoren der Volkswirtschaft.

Abschluss

Verbrennungsmotor

Liste der verwendeten Quellen

1.Dyachenko V.G. Theorie der Verbrennungsmotoren / V.G. Djatschenko. - Charkow: KhNADU, 2009. - 500 S.

.Dyatchin N.I. Geschichte der Technologieentwicklung: Anleitung/ N.I. Dyatchin. - Rostow o. J.: Phoenix, 2001. - 320 S.

.Raikov I.Ya. Verbrennungsmotoren / I.Ya. Raikov, G. N. Rytwinski. - M.: Höhere Schule, 1971. - 431 S.

.Sharoglazov B.A. Verbrennungsmotoren: Theorie, Modellierung und Berechnung von Prozessen: Lehrbuch / B.A. Sharoglazov, M.F. Farafontov, V.V. Klementjew. - Tscheljabinsk: Verlag. SUSU, 2004. - 344 S.

Anwendung

Anhang 1

Funktionsschema eines Zweitaktmotors

Betriebsdiagramm des Viertaktmotors

Anhang 2

Lenoir-Motor (Schnittansicht)

Anhang 3

Ottomotor

Propellerkolbenmotoren

Es brauchte einen ernsthaften Anfang, der zum Jahrhundert der Schaffung, Entwicklung und Modernisierung von Propellermotoren wurde.
Ein Schraubenmotor (Kolbenmotor) ist ein Verbrennungsmotor, bei dem die Wärmeenergie expandierender Gase, die in... erzeugt werden, genutzt wird.

Mit Besitz

Einleitung…………………………………………………………………………….2

1. Schöpfungsgeschichte…………………………………………………………….…..3

2. Geschichte der Automobilindustrie in Russland…………………………7

3. Kolben-Verbrennungsmotoren………………………8

3.1 Klassifizierung von Verbrennungsmotoren…………………………………….8

3.2 Grundlagen der Konstruktion von Kolben-Verbrennungsmotoren………………………9

3.3 Funktionsprinzip………………………………………………………..10

3.4 Funktionsprinzip eines Viertakt-Vergasermotors………………………………………………………………10

3.5 Funktionsprinzip eines Viertakt-Dieselmotors……………11

3.6 Funktionsprinzip eines Zweitaktmotors…………….12

3.7 Betriebszyklus von Viertakt-Vergaser- und Dieselmotoren………………………………………….………….13

3.8 Einschaltdauer eines Viertaktmotors………………14

3.9 Einschaltdauer von Zweitaktmotoren………………...15

Fazit…………………………………………………………..16

Einführung.

Das 20. Jahrhundert ist eine Welt der Technologie. Mächtige Maschinen fördern Millionen Tonnen Kohle, Erz und Öl aus den Tiefen der Erde. Leistungsstarke Kraftwerke erzeugen Milliarden Kilowattstunden Strom. Tausende Fabriken und Fabriken produzieren Kleidung, Radios, Fernseher, Fahrräder, Autos, Uhren und andere notwendige Produkte. Telegraph, Telefon und Radio verbinden uns mit der ganzen Welt. Züge, Schiffe und Flugzeuge befördern uns mit hoher Geschwindigkeit über Kontinente und Ozeane. Und hoch über uns, außerhalb der Erdatmosphäre, fliegen Raketen und künstliche Erdsatelliten. Das alles funktioniert mit Hilfe von Strom.

Der Mensch begann seine Entwicklung mit der Aneignung fertiger Produkte der Natur. Bereits in der ersten Entwicklungsphase begann er, künstliche Werkzeuge einzusetzen.

Mit der Entwicklung der Produktion beginnen sich Bedingungen für die Entstehung und Entwicklung von Maschinen zu entwickeln. Zunächst unterstützten Maschinen wie Werkzeuge den Menschen nur bei seiner Arbeit. Dann begannen sie, es nach und nach zu ersetzen.

In der Feudalzeit wurde erstmals die Kraft des Wasserflusses als Energiequelle genutzt. Die Bewegung des Wassers drehte das Wasserrad, das wiederum verschiedene Mechanismen antreibte. In dieser Zeit erschienen viele verschiedene technologische Maschinen. Der weitverbreitete Einsatz dieser Maschinen wurde jedoch oft durch den Mangel an nahegelegenem Wasserfluss behindert. Es war notwendig, nach neuen Energiequellen zu suchen, um Maschinen überall auf der Erdoberfläche anzutreiben. Sie versuchten es mit Windenergie, aber sie erwies sich als wirkungslos.

Sie begannen, nach einer anderen Energiequelle zu suchen. Die Erfinder arbeiteten lange, testeten viele Maschinen – und schließlich wurde ein neuer Motor gebaut. Es war eine Dampfmaschine. Er setzte zahlreiche Maschinen und Maschinen in Fabriken und Fabriken in Bewegung. Anfang des 19. Jahrhunderts Jahrhundert wurden die ersten Landdampffahrzeuge – Dampflokomotiven – erfunden.

Doch Dampfmaschinen waren komplexe, sperrige und teure Anlagen. Das sich schnell entwickelnde mechanische Transportmittel benötigte einen anderen Motor – klein und günstig. Im Jahr 1860 entwarf der Franzose Lenoir den ersten Fund, indem er die Strukturelemente einer Dampfmaschine, Gaskraftstoff und einen elektrischen Funken zur Zündung nutzte praktische Anwendung Verbrennungsmotor.

1. SCHÖPFUNGSGESCHICHTE

Die Nutzung der inneren Energie bedeutet, auf deren Kosten etwas zu erreichen nützliche Arbeit, das heißt, innere Energie in mechanische Energie umwandeln. Beim einfachsten Experiment, bei dem man etwas Wasser in ein Reagenzglas gießt und zum Kochen bringt (das Reagenzglas ist zunächst mit einem Stopfen verschlossen), steigt der Stopfen unter dem Druck des entstehenden Dampfes nach oben und springt heraus.

Mit anderen Worten, die Energie des Brennstoffs wird in die innere Energie des Dampfes umgewandelt, und der sich ausdehnende Dampf verrichtet Arbeit und schlägt den Stopfen heraus. Dadurch wird die innere Energie des Dampfes in die kinetische Energie des Pfropfens umgewandelt.

Wenn das Reagenzglas durch einen starken Metallzylinder und der Stopfen durch einen Kolben ersetzt wird, der eng an den Wänden des Zylinders anliegt und sich frei entlang dieser bewegen kann, erhalten Sie die einfachste Wärmekraftmaschine.

Wärmekraftmaschinen sind Maschinen, bei denen die innere Energie des Kraftstoffs in mechanische Energie umgewandelt wird.

Die Geschichte der Wärmekraftmaschinen reicht weit zurück, heißt es: Vor mehr als zweitausend Jahren, im 3. Jahrhundert v. Chr., baute der große griechische Mechaniker und Mathematiker Archimedes eine Kanone, die mit Dampf feuerte. Eine Zeichnung der Kanone des Archimedes und ihre Beschreibung wurden 18 Jahrhunderte später in den Manuskripten des großen italienischen Wissenschaftlers, Ingenieurs und Künstlers Leonardo da Vinci gefunden.

Wie wurde diese Waffe abgefeuert? Ein Ende des Fasses wurde über einem Feuer stark erhitzt. Dann wurde Wasser in den erhitzten Teil des Fasses gegossen. Das Wasser verdampfte sofort und verwandelte sich in Dampf. Der sich ausdehnende Dampf schleuderte den Kern mit Wucht und Brüllen heraus. Interessant für uns ist hier, dass das Kanonenrohr ein Zylinder war, entlang dem die Kanonenkugel wie ein Kolben glitt.

Ungefähr drei Jahrhunderte später lebte und arbeitete in Alexandria, einer kulturellen und wohlhabenden Stadt an der afrikanischen Mittelmeerküste, der herausragende Wissenschaftler Heron, den Historiker Heron von Alexandria nennen. Heron hinterließ mehrere uns überlieferte Werke, in denen er beschrieb verschiedene Maschinen, Geräte, Mechanismen, die damals bekannt waren.

In den Schriften von Heron gibt es eine Beschreibung eines interessanten Geräts, das heute Herons Ball genannt wird. Es handelt sich um eine hohle Eisenkugel, die so befestigt ist, dass sie sich um eine horizontale Achse drehen kann. Aus einem geschlossenen Kessel mit kochendem Wasser dringt Dampf durch ein Rohr in die Kugel ein, entweicht durch gebogene Rohre aus der Kugel und die Kugel beginnt sich zu drehen. Die innere Energie des Dampfes wird in mechanische Rotationsenergie der Kugel umgewandelt. Der Heron-Ball ist ein Prototyp moderner Strahltriebwerke.

Zu dieser Zeit wurde Herons Erfindung nicht genutzt und blieb nur Spaß. 15 Jahrhunderte sind vergangen. Während der neuen Blüte von Wissenschaft und Technologie nach dem Mittelalter dachte Leonardo da Vinci darüber nach, die innere Energie eines Paares zu nutzen. Seine Manuskripte enthalten mehrere Zeichnungen eines Zylinders und eines Kolbens. Im Zylinder unter dem Kolben befindet sich Wasser und der Zylinder selbst ist erhitzt. Leonardo da Vinci ging davon aus, dass der beim Erhitzen von Wasser entstehende Dampf, der sich ausdehnt und an Volumen zunimmt, einen Ausweg suchen und den Kolben nach oben drücken würde. Bei seiner Aufwärtsbewegung könnte der Kolben nützliche Arbeit leisten.

Giovanni Branca, der im Jahrhundert des großen Leonardo lebte, stellte sich eine Maschine, die Dampfenergie nutzte, etwas anders vor. Es war ein Rad mit
Schaufeln traf ein Dampfstrahl mit Wucht auf die zweite, wodurch das Rad zu rotieren begann. Im Wesentlichen war dies die erste Dampfturbine.

Im 17.-18. Jahrhundert arbeiteten die Engländer Thomas Savery (1650-1715) und Thomas Newcomen (1663-1729), der Franzose Denis Papin (1647-1714), der russische Wissenschaftler Ivan Ivanovich Polzunov (1728-1766) und andere die Erfindung der Dampfmaschine.

Papin baute einen Zylinder, in dem sich ein Kolben frei auf und ab bewegte. Der Kolben war durch ein über einen Block geworfenes Kabel mit einer Last verbunden, die sich, dem Kolben folgend, ebenfalls hob und senkte. Laut Papin könnte der Kolben mit einer Maschine verbunden sein, beispielsweise einer Wasserpumpe, die Wasser pumpen würde. Popox wurde in den unteren aufklappbaren Teil des Zylinders gegossen, der dann in Brand gesteckt wurde. Die entstehenden Gase versuchten sich auszudehnen und drückten den Kolben nach oben. Anschließend wurden Zylinder und Kolben von außen mit Diodenwasser übergossen. Die Gase im Zylinder kühlten ab und ihr Druck auf den Kolben nahm ab. Der Kolben bewegte sich unter dem Einfluss seines Eigengewichts und des äußeren Atmosphärendrucks nach unten und hob die Last an. Der Motor leistete nützliche Arbeit. Für praktische Zwecke war es ungeeignet: Der technologische Zyklus seines Betriebs war zu kompliziert (Einfüllen und Anzünden von Schießpulver, Übergießen mit Wasser, und das während des gesamten Betriebs des Motors!). Darüber hinaus war der Einsatz eines solchen Motors alles andere als sicher.

Allerdings kann man nicht umhin, Merkmale in Palens erstem Auto zu erkennen moderner Motor interne Verbrennung.

In seinem neuen Motor verwendete Papin Wasser anstelle von Schießpulver. Es wurde in den Zylinder unter dem Kolben gegossen und der Zylinder selbst von unten erhitzt. Der entstehende Dampf hob den Kolben an. Dann wurde der Zylinder abgekühlt, der Dampf darin kondensierte und wieder in Wasser umgewandelt. Der Kolben fiel, wie bei einem Pulvermotor, unter dem Einfluss seines Gewichts und des Atmosphärendrucks nach unten. Dieser Motor funktionierte besser als ein Schießpulvermotor, war aber auch für den ernsthaften praktischen Einsatz von geringem Nutzen: Es war notwendig, Feuer zu legen und zu löschen, gekühltes Wasser bereitzustellen, auf die Kondensation des Dampfes zu warten, das Wasser abzustellen usw.

All diese Nachteile waren darauf zurückzuführen, dass die Aufbereitung des für den Betrieb des Motors notwendigen Dampfes im Zylinder selbst erfolgte. Was aber, wenn fertiger Dampf, der beispielsweise in einem separaten Kessel gewonnen wird, in den Zylinder eingeleitet wird? Dann würde es genügen, abwechselnd Dampf und gekühltes Wasser in den Zylinder einzuleiten, und der Motor würde mit höheren Drehzahlen und weniger Kraftstoffverbrauch arbeiten.

Denis Palens Zeitgenosse, der Engländer Thomas Severi, ahnte dies und baute eine Dampfpumpe, um Wasser aus der Mine zu pumpen. In seiner Maschine wurde der Dampf außerhalb des Zylinders – im Kessel – bereitet.

Nach Severi konstruierte der englische Schmied Thomas Newcomen eine Dampfmaschine (die auch zum Pumpen von Wasser aus einer Mine geeignet war). Vieles von dem, was vor ihm erfunden worden war, nutzte er geschickt. Newcomen nahm einen Zylinder mit einem Papen-Kolben, erhielt aber wie Severi Dampf, um den Kolben in einem separaten Kessel anzuheben.

Newcomens Maschine arbeitete wie alle ihre Vorgänger intermittierend – zwischen zwei Arbeitshüben des Kolbens gab es eine Pause. Es hatte die Höhe eines vier- bis fünfstöckigen Gebäudes und war daher exklusiv<прожорлива>: Fünfzig Pferde hatten kaum Zeit, ihr Treibstoff zu liefern. Das Servicepersonal bestand aus zwei Personen: Der Feuerwehrmann warf ständig Kohle in die<ненасытную пасть>Feuerstellen, und der Mechaniker bediente die Ventile, die Dampf und kaltes Wasser in den Zylinder einströmten.

Es dauerte weitere 50 Jahre, bis eine universelle Dampfmaschine gebaut wurde. Dies geschah in Russland, in einem seiner abgelegenen Außenbezirke – im Altai, wo zu dieser Zeit der brillante russische Erfinder, der Soldatensohn Ivan Polzunov, arbeitete.

Polzunov baute seins<огнедействующую машину>in einer der Barnaul-Fabriken. Diese Erfindung war sein Lebenswerk und kostete ihn sozusagen das Leben. Im April 1763 schloss Polzunov seine Berechnungen ab und legte das Projekt zur Prüfung vor. Im Gegensatz zu den Severi- und Newcomen-Dampfpumpen, die Polzunov kannte und deren Mängel er klar erkannte, handelte es sich hier um ein Projekt für eine universelle kontinuierlich arbeitende Maschine. Die Maschine war zum Blasen von Bälgen und zum Pumpen von Luft in Schmelzöfen bestimmt. Sein Hauptmerkmal war, dass die Arbeitswelle ohne Leerlaufpausen kontinuierlich schwenkte. Dies wurde dadurch erreicht, dass Polzunov statt eines Zylinders, wie es bei Newcomens Maschine der Fall war, zwei abwechselnd arbeitende Zylinder vorsah. Während in einem Zylinder der Kolben unter dem Einfluss von Dampf nach oben stieg, kondensierte im anderen der Dampf und der Kolben sank nach unten. Beide Kolben waren durch eine Arbeitswelle verbunden, die sie abwechselnd in die eine oder andere Richtung drehten. Der Arbeitstakt der Maschine erfolgte nicht wie bei Newcomen durch den atmosphärischen Druck, sondern durch die Arbeit des Dampfes in den Zylindern.

Im Frühjahr 1766 testeten Polzunovs Schüler eine Woche nach seinem Tod (er starb im Alter von 38 Jahren) die Maschine. Es arbeitete 43 Tage lang und setzte die Blasebälge von drei Schmelzöfen in Bewegung. Dann fing der Kessel an zu lecken; Das Leder, mit dem die Kolben bedeckt waren (um den Spalt zwischen Zylinderwand und Kolben zu verringern), nutzte sich ab und das Auto blieb für immer stehen. Niemand sonst arbeitete daran.

Der Schöpfer eines anderen Universellen Dampfmaschine weit verbreitet war der englische Mechaniker James Watt (1736-1819). Er arbeitete an der Verbesserung von Newcomens Maschine und baute 1784 einen Motor, der für jeden Bedarf geeignet war. Watts Erfindung wurde mit großem Erfolg aufgenommen. In den am weitesten entwickelten Ländern Europas wurde die Handarbeit in Fabriken und Fabriken zunehmend durch Maschinenarbeit ersetzt. Universalmotor wurde für die Produktion notwendig und es entstand.

Watts Motor nutzt den sogenannten Kurbelmechanismus, der die Hin- und Herbewegung des Kolbens in umwandelt
Drehbewegung des Rades.

Erst später wurde es erfunden<двойное действие>Maschinen: Indem Watt abwechselnd Dampf unter den Kolben und dann auf die Oberseite des Kolbens leitete, verwandelte er beide Hübe (auf und ab) in Arbeitshübe. Das Auto ist leistungsstärker geworden. Der Dampf wurde durch einen speziellen Dampfverteilungsmechanismus, der später verbessert und benannt wurde, in den oberen und unteren Teil des Zylinders geleitet<золотником>.

Watt kam dann zu dem Schluss, dass es überhaupt nicht notwendig sei, dem Zylinder ständig Dampf zuzuführen, während sich der Kolben bewegte. Es reicht aus, etwas Dampf in den Zylinder zu lassen und den Kolben in Bewegung zu versetzen. Dann beginnt sich dieser Dampf auszudehnen und den Kolben in seine äußerste Position zu bewegen. Dadurch wurde das Auto sparsamer: Es wurde weniger Dampf benötigt, es wurde weniger Treibstoff verbraucht.

Heutzutage ist der Verbrennungsmotor (ICE) eine der am weitesten verbreiteten Wärmekraftmaschinen. Es wird in Autos, Schiffen, Traktoren, Motorbooten usw. eingebaut, es gibt Hunderte Millionen solcher Motoren auf der ganzen Welt.

Um eine Wärmekraftmaschine zu bewerten, ist es wichtig zu wissen, wie viel der vom Brennstoff freigesetzten Energie sie in nutzbare Arbeit umwandelt. Je größer dieser Energieanteil ist, desto sparsamer ist der Motor.

Zur Charakterisierung der Effizienz wird der Begriff des Effizienzfaktors (Effizienz) eingeführt.

Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine ist das Verhältnis des Teils der Energie, der für die Ausführung der Nutzarbeit des Motors aufgewendet wurde, zur Gesamtenergie, die bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzt wird.

Der erste Dieselmotor (1897) hatte einen Wirkungsgrad von 22 %. Watts Dampfmaschine (1768) – 3–4 %, moderner stationärer Diesel hat einen Wirkungsgrad von 34–44 %.

2. GESCHICHTE DES AUTOMOBILBAUES IN RUSSLAND

Der Straßentransport in Russland bedient alle Sektoren der Volkswirtschaft und nimmt einen der führenden Plätze in der Einheit ein Transportsystem Länder. Auf den Straßenverkehr entfallen über 80 % der von allen Verkehrsträgern zusammen transportierten Güter und über 70 % des Personenverkehrs.

Der Straßenverkehr entstand als Ergebnis der Entwicklung eines neuen Zweigs der Volkswirtschaft – der Automobilindustrie, die derzeit eine der wichtigsten Verbindungen im heimischen Maschinenbau darstellt.

Die Entwicklung eines Autos begann vor mehr als zweihundert Jahren (der Name „Auto“ kommt vom griechischen Wort autos – „selbst“ und dem lateinischen mobilis – „mobil“), als man begann, „selbstfahrende“ Karren herzustellen. Sie erschienen erstmals in Russland. Im Jahr 1752 schuf ein autodidaktischer russischer Mechaniker, der Bauer L. Schamschurenkow, einen „selbstfahrenden Kinderwagen“, der für seine Zeit vollkommen perfekt war und von der Kraft zweier Menschen angetrieben wurde. Später entwickelte der russische Erfinder I.P. Kulibin einen „Rollerwagen“ mit Pedalantrieb. Mit dem Aufkommen der Dampfmaschine schritt die Entwicklung selbstfahrender Kutschen rasch voran. 1869-1870 J. Cugnot in Frankreich und einige Jahre später in England wurden Dampfwagen gebaut. Die weite Verbreitung des Automobils als Fortbewegungsmittel begann mit dem Aufkommen des schnelllaufenden Verbrennungsmotors. Im Jahr 1885 baute G. Daimler (Deutschland) ein Motorrad mit Benzinmotor und 1886 K. Benz - ein dreirädriger Karren. Etwa zur gleichen Zeit entstanden in Industrieländern (Frankreich, Großbritannien, USA) Autos mit Verbrennungsmotor.

Ende des 19. Jahrhunderts entstand in mehreren Ländern die Automobilindustrie. Im zaristischen Russland wurde immer wieder versucht, einen eigenen Maschinenbau zu organisieren. Im Jahr 1908 wurde die Automobilproduktion im Russisch-Baltischen Wagenwerk in Riga organisiert. Sechs Jahre lang wurden hier Autos produziert, die hauptsächlich aus importierten Teilen zusammengebaut wurden. Insgesamt wurden im Werk 451 Exemplare gebaut Auto und eine kleine Menge LKWs. Im Jahr 1913 umfasste die Automobilflotte in Russland etwa 9.000 Autos, die meisten davon aus ausländischer Produktion.

Nach der Großen Sozialistischen Oktoberrevolution musste die heimische Automobilindustrie nahezu neu aufgebaut werden. Der Beginn der Entwicklung der russischen Automobilindustrie geht auf das Jahr 1924 zurück, als in Moskau im AMO-Werk die ersten AMO-F-15-Lkw gebaut wurden.

Im Zeitraum 1931-1941. Es entsteht eine Groß- und Massenproduktion von Autos. 1931 begann im AMO-Werk die Massenproduktion von Lastkraftwagen. 1932 ging das GAZ-Werk in Betrieb.

1940 begann das Moskauer Kleinwagenwerk mit der Produktion von Kleinwagen. Etwas später der Ural Automobilwerk. In den Jahren der Fünfjahrespläne der Nachkriegszeit wurden Automobilwerke in Kutaissi, Krementschug, Uljanowsk und Minsk in Betrieb genommen. Seit Ende der 60er Jahre zeichnet sich die Entwicklung der Automobilindustrie durch ein besonders rasantes Tempo aus. 1971 wurde das Wolga-Automobilwerk nach ihm benannt. 50. Jahrestag der UdSSR.

Wie oben erwähnt, wird die Wärmeausdehnung in Verbrennungsmotoren genutzt. Doch wie es eingesetzt wird und welche Funktion es erfüllt, schauen wir uns am Beispiel des Betriebs eines Kolben-Verbrennungsmotors an. Ein Motor ist eine Energiemaschine, die jede Energie in mechanische Arbeit umwandelt. Motoren, bei denen durch die Umwandlung thermischer Energie mechanische Arbeit entsteht, werden als thermisch bezeichnet. Wärmeenergie wird durch die Verbrennung eines beliebigen Brennstoffs gewonnen. Eine Wärmekraftmaschine in welchem ​​Teil chemische Energie Der im Arbeitshohlraum verbrannte Kraftstoff wird in mechanische Energie umgewandelt, die als Kolben-Verbrennungsmotor bezeichnet wird. (Sowjetisches enzyklopädisches Wörterbuch)

Wie oben erwähnt, sind Verbrennungsmotoren die am weitesten verbreiteten Kraftwerke für Autos, bei denen der Prozess der Kraftstoffverbrennung unter Freisetzung von Wärme und deren Umwandlung in mechanische Arbeit direkt in den Zylindern stattfindet. Aber in den meisten moderne Autos Es werden Verbrennungsmotoren eingebaut, die nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden: Nach der Art der Gemischbildung – Motoren mit äußerer Gemischbildung, bei denen das brennbare Gemisch außerhalb der Zylinder (Vergaser und Gas) hergestellt wird, und Motoren mit innere Gemischbildung(das Arbeitsgemisch entsteht in den Zylindern) - Dieselmotoren; Je nach Art der Umsetzung des Arbeitszyklus - Viertakt und Zweitakt; Nach Anzahl der Zylinder – Einzylinder, Doppelzylinder und Mehrzylinder; Entsprechend der Anordnung der Zylinder - Motoren mit vertikaler oder geneigter Anordnung der Zylinder in einer Reihe, V-förmig mit Anordnung der Zylinder in einem Winkel (bei Anordnung der Zylinder in einem Winkel von 180 wird der Motor genannt). ein Motor mit gegenüberliegenden Zylindern oder gegenläufigen Zylindern); Je nach Kühlmethode - für Motoren mit Flüssigkeits- oder Luftkühlung; Nach Art des verwendeten Kraftstoffs – Benzin, Diesel, Gas und Mehrstoff; Nach Verdichtungsverhältnis. Abhängig vom Grad der Komprimierung gibt es

Motoren mit hoher (E=12...18) und niedriger (E=4...9) Komprimierung; Je nach Art der Befüllung des Zylinders mit frischer Ladung: a) Saugmotoren, bei denen das Ansaugen von Luft oder einem brennbaren Gemisch aufgrund des Unterdrucks im Zylinder während des Saughubs des Kolbens erfolgt;) aufgeladene Motoren , bei dem das Ansaugen von Luft oder einem brennbaren Gemisch in den Arbeitszylinder unter dem vom Kompressor erzeugten Druck erfolgt, um die Ladung zu erhöhen und eine höhere Motorleistung zu erzielen; Nach Drehzahl: Niedriggeschwindigkeit, Hochgeschwindigkeit, Hochgeschwindigkeit; Nach Zweck werden Motoren zwischen stationären Motoren, Autotraktoren, Schiffsmotoren, Diesellokomotiven, Luftfahrtmotoren usw. unterschieden.

Kolben-Verbrennungsmotoren bestehen aus Mechanismen und Systemen, die ihre zugewiesenen Funktionen erfüllen und miteinander interagieren. Die Hauptbestandteile eines solchen Motors sind der Kurbelmechanismus und der Gasverteilungsmechanismus sowie Antriebs-, Kühl-, Zünd- und Schmiersysteme.

Der Kurbelmechanismus wandelt die lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um.

Der Gasverteilungsmechanismus sorgt dafür, dass das brennbare Gemisch rechtzeitig in den Zylinder gelangt und Verbrennungsprodukte daraus entfernt werden.

Das Antriebssystem dient dazu, ein brennbares Gemisch vorzubereiten und dem Zylinder zuzuführen sowie Verbrennungsprodukte zu entfernen.

Das Schmiersystem dient dazu, die zusammenwirkenden Teile mit Öl zu versorgen, um die Reibung zu verringern und sie teilweise zu kühlen. Gleichzeitig führt die Ölzirkulation zum Abwaschen von Kohlenstoffablagerungen und zum Entfernen von Verschleißprodukten.

Das Kühlsystem hält die normalen Temperaturbedingungen des Motors aufrecht und gewährleistet die Wärmeabfuhr von den Zylinderteilen, die bei der Verbrennung des Arbeitsgemisches sehr heiß werden. Kolbengruppe und Ventilmechanismus.

Das Zündsystem dient dazu, das Arbeitsgemisch im Motorzylinder zu zünden.

Ein Viertakt-Kolbenmotor besteht also aus einem Zylinder und einem Kurbelgehäuse, das unten mit einer Ölwanne abgedeckt ist. Im Inneren des Zylinders bewegt sich ein Kolben mit Kompressionsringen (Dichtungsringen), der die Form eines Glases mit einem Boden im oberen Teil hat. Der Kolben ist über den Kolbenbolzen und die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden, die sich in den Hauptlagern im Kurbelgehäuse dreht. Die Kurbelwelle besteht aus Hauptzapfen, Wangen und einem Pleuelzapfen. Zylinder, Kolben, Pleuel und Kurbelwelle bilden den sogenannten Kurbeltrieb. Die Oberseite des Zylinders ist mit einem Kopf mit Ventilen bedeckt, deren Öffnen und Schließen streng auf die Drehung der Kurbelwelle und damit auf die Bewegung des Kolbens abgestimmt ist.

Die Bewegung des Kolbens ist auf zwei Extrempositionen begrenzt, in denen seine Geschwindigkeit Null ist. Die höchste Position des Kolbens wird als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet, seine niedrigste Position wird als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet.

Die ununterbrochene Bewegung des Kolbens durch Toträume wird durch ein Schwungrad in Form einer Scheibe mit massivem Rand gewährleistet. Die vom Kolben vom oberen Totpunkt bis zum unteren Totpunkt zurückgelegte Strecke wird als Kolbenhub S bezeichnet, der dem doppelten Radius R der Kurbel entspricht: S=2R.

Der Raum über der Unterseite des Kolbens, wenn dieser sich am oberen Totpunkt befindet, wird Brennraum genannt; sein Volumen wird mit Vc bezeichnet; Der Raum des Zylinders zwischen den beiden Totpunkten (BDC und TDC) wird als Hubraum bezeichnet und mit Vh bezeichnet. Die Summe des Brennkammervolumens Vс und des Arbeitsvolumens Vh ist das Gesamtvolumen des Zylinders Va: Va=Vс+Vh. Das Arbeitsvolumen des Zylinders (gemessen in Kubikzentimetern oder Metern): Vh=pÄ^3*S/4, wobei D der Durchmesser des Zylinders ist. Die Summe aller Arbeitsvolumina der Zylinder eines Mehrzylindermotors wird als Motorarbeitsvolumen bezeichnet und wird durch die Formel Vð=(ÎÄ^2*S)/4*i bestimmt, wobei i die Anzahl von ist Zylinder. Das Verhältnis des Gesamtvolumens des Zylinders Va zum Volumen der Brennkammer Vc wird als Verdichtungsverhältnis bezeichnet: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Das Kompressionsverhältnis beträgt wichtiger Parameter Verbrennungsmotoren, weil wirkt sich stark auf seine Effizienz und Leistung aus.

Der Betrieb eines Kolben-Verbrennungsmotors basiert auf der Nutzung der Wärmeausdehnungsarbeit erhitzter Gase während der Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt zum oberen Totpunkt. Die Erwärmung der Gase in der OT-Position wird durch die Verbrennung von mit Luft vermischtem Kraftstoff im Zylinder erreicht. Dadurch erhöhen sich die Temperatur und der Druck des Gases. Da der Druck unter dem Kolben dem Atmosphärendruck entspricht und im Zylinder viel höher ist, bewegt sich der Kolben unter dem Einfluss der Druckdifferenz nach unten, während sich die Gase ausdehnen und nützliche Arbeit leisten. Hier macht sich die thermische Ausdehnung von Gasen bemerkbar und hier liegt ihre technologische Funktion: der Druck auf den Kolben. Damit der Motor ständig mechanische Energie erzeugen kann, muss der Zylinder regelmäßig über das Einlassventil mit neuen Luftportionen und über die Einspritzdüse mit Kraftstoff gefüllt werden oder über das Einlassventil ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zugeführt werden. Die Produkte der Kraftstoffverbrennung werden nach ihrer Expansion durch das Einlassventil aus dem Zylinder entfernt. Diese Aufgaben werden vom Gasverteilungsmechanismus, der das Öffnen und Schließen der Ventile steuert, und dem Kraftstoffversorgungssystem übernommen.

Der Motorbetriebszyklus ist eine sich periodisch wiederholende Reihe aufeinanderfolgender Prozesse, die in jedem Zylinder des Motors ablaufen und die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit bewirken. Wird der Arbeitszyklus in zwei Kolbenhüben abgeschlossen, d.h. pro Umdrehung der Kurbelwelle, dann wird ein solcher Motor als Zweitaktmotor bezeichnet.

Automotoren arbeiten typischerweise in einem Viertaktzyklus, der in zwei Umdrehungen der Kurbelwelle oder vier Hüben des Kolbens abgeschlossen wird und aus Ansaug-, Kompressions-, Expansions- (Arbeitstakt) und Auslasstakten besteht.

Bei einem Vergaser-Viertakt-Einzylindermotor läuft der Arbeitszyklus wie folgt ab:

1. Ansaugtakt Während die Motorkurbelwelle ihre erste halbe Umdrehung macht, bewegt sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt, das Einlassventil ist geöffnet, das Auslassventil ist geschlossen. Im Zylinder entsteht ein Vakuum von 0,07 - 0,095 MPa, wodurch eine frische Ladung des brennbaren Gemisches, bestehend aus Benzindampf und Luft, durch die Einlassgasleitung in den Zylinder gesaugt und mit den restlichen Abgasen vermischt wird , bildet eine Arbeitsmischung.

2. Kompressionshub. Nach dem Befüllen des Zylinders mit dem brennbaren Gemisch bewegt sich der Kolben bei weiterer Drehung der Kurbelwelle (zweite Halbumdrehung) bei geschlossenen Ventilen vom UT zum OT. Mit abnehmendem Volumen steigen Temperatur und Druck des Arbeitsgemisches.

3. Expansionshub oder Krafthub. Am Ende des Kompressionshubs wird das Arbeitsgemisch durch einen elektrischen Funken gezündet und verbrennt schnell, wodurch Temperatur und Druck der entstehenden Gase stark ansteigen, während sich der Kolben während des Expansionshubs vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt , führt die schwenkbar mit dem Kolben verbundene Pleuelstange eine komplexe Bewegung aus und treibt sie über die Kurbel in Rotation der Kurbelwelle. Wenn sich Gase ausdehnen, leisten sie nützliche Arbeit, daher wird der Kolbenhub während der dritten halben Umdrehung der Kurbelwelle als Arbeitshub bezeichnet. Am Ende des Arbeitshubs des Kolbens, wenn er sich in der Nähe des UT befindet, öffnet das Auslassventil, der Druck im Zylinder sinkt auf 0,3–0,75 MPa und die Temperatur auf 950–1200 °C. 4. Auslasshub. Während der vierten halben Umdrehung der Kurbelwelle bewegt sich der Kolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt. In diesem Fall ist das Auslassventil geöffnet und Verbrennungsprodukte werden durch die Abgasleitung aus dem Zylinder in die Atmosphäre gedrückt.

Bei einem Viertaktmotor laufen die Arbeitsvorgänge wie folgt ab:

1. Ansaughub. Wenn sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt, gelangt aufgrund des entstehenden Vakuums atmosphärische Luft durch das geöffnete Einlassventil in den Zylinderhohlraum. Der Luftdruck im Zylinder beträgt 0,08 – 0,095 MPa und die Temperatur beträgt 40 – 60 °C.

2. Kompressionshub. Der Kolben bewegt sich vom UT zum OT; Die Einlass- und Auslassventile sind geschlossen, wodurch der sich nach oben bewegende Kolben die einströmende Luft komprimiert. Damit sich Kraftstoff entzünden kann, muss die Temperatur der Druckluft höher sein als die Selbstentzündungstemperatur des Kraftstoffs. Wenn sich der Kolben zum oberen Totpunkt bewegt, wird der Zylinder durch die Düse eingespritzt Dieselkraftstoff von der Kraftstoffpumpe versorgt.

3. Expansionshub oder Krafthub. Der am Ende des Verdichtungstakts eingespritzte Kraftstoff, vermischt mit erhitzter Luft, entzündet sich und der Verbrennungsprozess beginnt, der durch einen schnellen Temperatur- und Druckanstieg gekennzeichnet ist. Gleichzeitig das Maximum

der Gasdruck erreicht 6 - 9 MPa und die Temperatur 1800 - 2000 C. Unter dem Einfluss des Gasdrucks bewegt sich Kolben 2 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt - es entsteht ein Arbeitshub. Um den BDC herum sinkt der Druck auf 0,3 – 0,5 MPa und die Temperatur auf 700 – 900 °C.

4. Hub loslassen. Der Kolben bewegt sich vom UT zum OT und durch das geöffnete Auslassventil 6 werden die Abgase aus dem Zylinder gedrückt. Der Gasdruck sinkt auf 0,11 - 0,12 MPa und die Temperatur auf 500 - 700 °C. Nach Ende des Ausstoßhubs wiederholt sich bei weiterer Drehung der Kurbelwelle der Arbeitszyklus in der gleichen Reihenfolge. Zur Verallgemeinerung werden Diagramme des Betriebszyklus von Vergasermotoren und Dieselmotoren gezeigt.

Zweitaktmotoren unterscheiden sich von Viertaktmotoren dadurch, dass ihre Zylinder zu Beginn des Kompressionstakts mit einem brennbaren Gemisch oder Luft gefüllt werden und die Zylinder am Ende des Expansionstakts von Abgasen gereinigt werden, d. h. Der Auslass- und Ansaugvorgang erfolgt ohne unabhängige Kolbenhübe. Allgemeiner Prozess für alle Arten von Zweitaktmotoren

Motoren - Spülen, d.h. Der Prozess, bei dem Abgase mithilfe eines Stroms aus brennbarem Gemisch oder Luft aus dem Zylinder entfernt werden. Daher verfügt dieser Motortyp über einen Kompressor (Spülpumpe). Betrachten wir den Betrieb eines Zweitakt-Vergasermotors mit Kurbelkammerspülung. Dieser Motortyp hat keine Ventile; ihre Rolle übernimmt ein Kolben, der bei Bewegung die Einlass-, Auslass- und Spülfenster schließt. Durch diese Fenster kommuniziert der Zylinder zu bestimmten Zeitpunkten mit den Einlass- und Auslassleitungen und der Kurbelkammer (Kurbelgehäuse), die keine direkte Verbindung mit der Atmosphäre hat. Der Zylinder im mittleren Teil hat drei Fenster: Einlass, Auslass 6 und Spülung, die über ein Ventil mit der Kurbelkammer des Motors verbunden ist.

Der Arbeitszyklus im Motor erfolgt in zwei Takten:

1. Kompressionshub. Der Kolben bewegt sich vom UT zum OT und blockiert zunächst die Spülung und dann das Auslassfenster 6. Nachdem der Kolben das Auslassfenster im Zylinder schließt, beginnt die Verdichtung des zuvor in den Zylinder gelangten brennbaren Gemisches. Gleichzeitig entsteht aufgrund seiner Dichtheit im Kurbelraum ein Vakuum, unter dessen Einfluss ein brennbares Gemisch vom Vergaser durch das offene Einlassfenster in den Kurbelraum gelangt.

2. Kraftschlag. Befindet sich der Kolben nahe dem oberen Totpunkt, wird das komprimierte Arbeitsgemisch durch einen elektrischen Funken der Zündkerze gezündet, wodurch Temperatur und Druck der Gase stark ansteigen. Unter dem Einfluss der thermischen Ausdehnung von Gasen bewegt sich der Kolben zum UT, während die expandierenden Gase nützliche Arbeit leisten. Gleichzeitig schließt der absteigende Kolben das Einlassfenster und komprimiert das brennbare Gemisch in der Kurbelkammer.

Wenn der Kolben das Auslassfenster erreicht, öffnet es sich und Abgase beginnen in die Atmosphäre auszuströmen, der Druck im Zylinder sinkt. Bei weiterer Bewegung öffnet der Kolben das Spülfenster und das im Kurbelraum komprimierte brennbare Gemisch strömt durch den Kanal, füllt den Zylinder und reinigt ihn von Abgasresten.

Einschaltdauer des Zweitakters Dieselmotor Der Unterschied zum Arbeitszyklus eines Zweitakt-Vergasermotors besteht darin, dass bei einem Dieselmotor Luft und kein brennbares Gemisch in den Zylinder gelangt und am Ende des Verdichtungsvorgangs fein zerstäubter Kraftstoff eingespritzt wird.

Die Leistung eines Zweitaktmotors ist bei gleichen Zylinderabmessungen und gleicher Wellendrehzahl aufgrund der größeren Anzahl an Arbeitszyklen theoretisch doppelt so hoch wie die eines Viertaktmotors. Eine unvollständige Nutzung des Kolbenhubs zur Expansion, eine schlechtere Entgasung des Zylinders von Restgasen und die Aufwendung eines Teils der erzeugten Leistung für den Antrieb des Spülkompressors führen jedoch nur zu einer Leistungssteigerung von 60...70 %.

Der Arbeitszyklus eines Viertaktmotors besteht aus fünf Prozessen: Einlass, Kompression, Verbrennung, Expansion und Auslass, die in vier Takten oder zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ablaufen.

Eine grafische Darstellung des Gasdrucks, wenn sich das Volumen im Motorzylinder während jedes der vier Zyklen ändert Indikatordiagramm. Es kann nach thermischen Berechnungsdaten gebaut oder bei laufendem Motor mit einem speziellen Gerät – einem Indikator – entfernt werden.

Aufnahmevorgang. Das brennbare Gemisch wird eingelassen, nachdem die Abgase des vorherigen Zyklus aus den Zylindern freigesetzt wurden. Das Einlassventil öffnet etwas vor dem oberen Totpunkt, um einen größeren Strömungsquerschnitt am Ventil zu erreichen, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Die Aufnahme des brennbaren Gemisches erfolgt in zwei Zeiträumen. In der ersten Periode tritt das Gemisch ein, wenn sich der Kolben aufgrund des im Zylinder erzeugten Vakuums vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt. In der zweiten Periode wird das Gemisch eingespritzt, wenn sich der Kolben aufgrund der Druckdifferenz und des Geschwindigkeitsdrucks des Gemisches für einige Zeit vom UT zum OT bewegt, was 40–70 Umdrehungen der Kurbelwelle entspricht. Das Ansaugen des brennbaren Gemisches endet mit dem Schließen Einlassventil.Das in den Zylinder eintretende brennbare Gemisch vermischt sich mit Restgasen aus dem vorherigen Zyklus und bildet ein brennbares Gemisch. Der Gemischdruck im Zylinder beträgt beim Ansaugvorgang 70 – 90 kPa und ist abhängig von den hydraulischen Verlusten im Ansaugsystem des Motors. Durch den Kontakt mit erhitzten Motorteilen und die Vermischung mit diesen steigt die Temperatur des Gemisches am Ende des Ansaugvorgangs auf 340 - 350 K an

Restgase mit einer Temperatur von 900 - 1000 K.

Komprimierungsprozess. Die Kompression des Arbeitsgemisches im Motorzylinder erfolgt, wenn die Ventile geschlossen sind und sich der Kolben bewegt. Der Kompressionsprozess erfolgt unter Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsgemisch und den Wänden (Zylinder, Kopf und Kolbenboden). Zu Beginn der Kompression ist die Temperatur des Arbeitsgemisches niedriger als die Temperatur der Wände, sodass Wärme von den Wänden auf das Gemisch übertragen wird. Mit fortschreitender Kompression steigt die Temperatur der Mischung und wird höher als die Temperatur der Wände, sodass Wärme aus der Mischung auf die Wände übertragen wird. Somit wird der Komprimierungsprozess unter Verwendung eines Polytrops durchgeführt, dessen Durchschnitt n=1,33...1,38 beträgt. Der Kompressionsvorgang endet in dem Moment, in dem sich das Arbeitsgemisch entzündet. Der Druck des Arbeitsgemisches im Zylinder beträgt am Ende der Kompression 0,8 - 1,5 MPa und die Temperatur 600 - 750 K.

Verbrennungsprozess. Die Verbrennung des Arbeitsgemisches beginnt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, d. h. wenn ein komprimiertes Gemisch durch einen elektrischen Funken entzündet wird. Nach der Zündung breitet sich die Flammenfront einer brennenden Kerze von der Kerze aus mit einer Geschwindigkeit von 40 – 50 m/s über das gesamte Volumen der Brennkammer aus. Trotz einer so hohen Verbrennungsgeschwindigkeit gelingt es dem Gemisch, in der Zeit bis zur Kurbelwellenumdrehung 30 – 35 auszubrennen. Beim Verbrennen des Arbeitsgemisches wird im Bereich 10 – 15 vor OT und 15 – eine große Wärmemenge freigesetzt. 20 nach BDC, wodurch Druck und Temperatur der im Zylinder gebildeten Gase schnell ansteigen. Am Ende der Verbrennung erreicht der Gasdruck 3 - 5 MPa und die Temperatur 2500 - 2800 K.

Expansionsprozess. Nach dem Ende des Verbrennungsprozesses, wenn sich der Kolben auf den UT bewegt, kommt es zu einer thermischen Ausdehnung der im Motorzylinder befindlichen Gase. Wenn sich Gase ausdehnen, leisten sie nützliche Arbeit. Der Prozess der Wärmeausdehnung erfolgt durch intensiven Wärmeaustausch zwischen Gasen und Wänden (Zylinder, Kopf und Kolbenboden). Zu Beginn der Expansion brennt das Arbeitsgemisch aus, wodurch die entstehenden Gase Wärme erhalten. Während des gesamten Prozesses der Wärmeausdehnung geben Gase Wärme an die Wände ab. Während des Expansionsprozesses sinkt die Temperatur der Gase, daher verändert sich der Temperaturunterschied zwischen den Gasen und den Wänden. Der Prozess der Wärmeausdehnung, der mit dem Öffnen des Auslassventils endet. Der Prozess der Wärmeausdehnung findet entlang eines Polymeters statt, dessen Durchschnitt n2 = 1,23...1,31 beträgt. Der Gasdruck im Zylinder am Ende der Expansion beträgt 0,35–0,5 MPa und die Temperatur beträgt 1200–1500 K.

Freigabeprozess. Die Freisetzung von Abgasen beginnt mit dem Öffnen des Auslassventils, d. h. 40 - 60, bevor der Kolben den UT erreicht. Die Freisetzung von Gasen aus der Flasche erfolgt in zwei Zeiträumen. In der ersten Periode werden Gase freigesetzt, wenn sich der Kolben zum UT bewegt, da der Gasdruck im Zylinder deutlich höher als der Atmosphärendruck ist. In diesem Zeitraum werden etwa 60 % der Abgase mit einer Geschwindigkeit von 500 – 600 m/s aus dem Zylinder entfernt. In der zweiten Periode werden Gase freigesetzt, wenn sich der Kolben aufgrund der Schubwirkung des Kolbens und der Trägheit der sich bewegenden Gase vom UT zum Schließen des Auslassventils bewegt. Die Freisetzung der Abgase endet in dem Moment, in dem das Auslassventil schließt, d. h. 10 – 20 Minuten nachdem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat. Der Gasdruck im Zylinder während des Ausstoßvorgangs beträgt 0,11 – 0,12 MPa, die Gastemperatur am Ende des Ausstoßvorgangs beträgt 90 – 1100 K.

Der Arbeitszyklus eines Dieselmotors unterscheidet sich erheblich vom Arbeitszyklus eines Vergasermotors in der Art und Weise, wie das Arbeitsgemisch gebildet und gezündet wird.

Aufnahmevorgang. Der Lufteinlass beginnt, wenn der Einlass geöffnet ist

Ventil und endet, wenn es schließt. Der Luftansaugvorgang erfolgt auf die gleiche Weise wie das Ansaugen eines brennbaren Gemisches bei einem Vergasermotor. Der Luftdruck im Zylinder beträgt beim Ansaugvorgang 80 - 95 kPa und ist von den hydraulischen Verlusten im Ansaugsystem des Motors abhängig. Durch den Kontakt mit erhitzten Motorteilen und die Vermischung mit Restgasen steigt die Lufttemperatur am Ende des Abgasprozesses auf 320 – 350 K an.

Komprimierungsprozess. Die Kompression der Luft im Zylinder beginnt nach dem Schließen des Einlassventils und endet mit der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum. Der Luftdruck im Zylinder beträgt am Ende der Kompression 3,5 – 6 MPa und die Temperatur beträgt 820 – 980 K.

Verbrennungsprozess. Die Kraftstoffverbrennung beginnt in dem Moment, in dem Kraftstoff dem Zylinder zugeführt wird, d. h. 15 - 30, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. In diesem Moment ist die Temperatur der Druckluft 150 – 200 °C höher als die Selbstentzündungstemperatur. Kraftstoff, der in fein zerstäubtem Zustand in den Zylinder gelangt, entzündet sich nicht sofort, sondern mit einer Verzögerung von einiger Zeit (0,001 - 0,003 s), der sogenannten Zündverzögerungszeit. Während dieser Zeit erwärmt sich der Kraftstoff, vermischt sich mit Luft und verdampft, d. h. Es entsteht eine Arbeitsmischung. Der vorbereitete Brennstoff entzündet und verbrennt. Am Ende der Verbrennung erreicht der Gasdruck 5,5 – 11 MPa und die Temperatur 1800 – 2400 K.

Expansionsprozess. Die thermische Ausdehnung der Gase im Zylinder beginnt nach Beendigung des Verbrennungsprozesses und endet mit dem Schließen des Auslassventils. Zu Beginn der Expansion brennt der Brennstoff aus. Der Prozess der thermischen Expansion verläuft ähnlich wie der Prozess der thermischen Expansion von Gasen in einem Vergasermotor. Der Gasdruck im Zylinder beträgt am Ende der Expansion 0,3 – 0,5 MPa und die Temperatur beträgt 1000 – 1300 K.

Freigabeprozess. Die Freisetzung von Abgasen beginnt mit dem Öffnen des Auslassventils und endet mit dem Schließen des Auslassventils. Der Prozess der Abgasfreisetzung erfolgt auf die gleiche Weise wie der Prozess der Gasfreisetzung in einem Vergasermotor. Der Gasdruck im Zylinder während des Ausstoßvorgangs beträgt 0,11 – 0,12 MPa, die Gastemperatur am Ende des Ausstoßvorgangs beträgt 700 – 900 K.

Der Arbeitszyklus eines Zweitaktmotors erfolgt in zwei Takten bzw. einer Umdrehung der Kurbelwelle. Betrachten wir den Arbeitszyklus eines Zweitakt-Vergasermotors mit Kurbelkammerspülung.

Der Kompressionsprozess des im Zylinder befindlichen brennbaren Gemisches beginnt in dem Moment, in dem der Kolben die Zylinderfenster schließt, wenn sich der Kolben vom UT zum OT bewegt. Der Kompressionsvorgang läuft auf die gleiche Weise ab wie bei einem Viertakt-Vergasermotor,

Der Verbrennungsprozess ähnelt dem Verbrennungsprozess in einem Viertakt-Vergasermotor.

Der Prozess der thermischen Ausdehnung der Gase im Zylinder beginnt nach dem Ende des Verbrennungsprozesses und endet mit dem Öffnen der Abgasfenster. Der Prozess der Wärmeausdehnung erfolgt ähnlich wie der Prozess der Gasausdehnung in einem Viertakt-Vergasermotor. Der Prozess der Abgase beginnt, wenn die Auslassöffnungen geöffnet werden, d. h. 60–65, bevor der Kolben den UT erreicht, und endet 60–65, nachdem der Kolben den UT erreicht hat, im Diagramm durch Linie 462 dargestellt. Wenn sich das Auslassfenster öffnet, nimmt der Druck im Zylinder stark ab und 50–55, bevor der Kolben den UT erreicht BDC, Spülfenster öffnen sich und das brennbare Gemisch, das zuvor in die Kurbelkammer gelangte und vom absteigenden Kolben komprimiert wurde, beginnt in den Zylinder einzudringen. Der Zeitraum, in dem

zwei Prozesse laufen gleichzeitig ab – das Ansaugen des brennbaren Gemisches und die Freisetzung von Abgasen – Spülung genannt. Beim Spülen verdrängt das brennbare Gemisch die Abgase und wird teilweise mitgerissen. Bei der weiteren Bewegung zum oberen Totpunkt blockiert der Kolben zunächst die Spülfenster, wodurch der Zutritt des brennbaren Gemischs aus der Kurbelkammer in den Zylinder verhindert wird, und dann die Auslassfenster, und der Kompressionsprozess beginnt im Zylinder.

Wir sehen also, dass Verbrennungsmotoren ein sehr komplexer Mechanismus sind. Und die Funktion der Wärmeausdehnung in Verbrennungsmotoren ist nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick scheint. Und Verbrennungsmotoren gäbe es ohne die Nutzung der Wärmeausdehnung von Gasen nicht. Und davon können wir uns leicht überzeugen, wenn wir das Funktionsprinzip von Verbrennungsmotoren und ihre Betriebszyklen im Detail untersuchen – alle ihre Arbeiten basieren auf der Nutzung der Wärmeausdehnung von Gasen. Verbrennungsmotoren sind jedoch nur eine spezifische Anwendung der Wärmeausdehnung. Und gemessen an den Vorteilen, die die Wärmeausdehnung für den Menschen durch einen Verbrennungsmotor bringt, kann man die Vorteile dieses Phänomens in anderen Bereichen der menschlichen Tätigkeit beurteilen.

Und lassen Sie die Ära des Verbrennungsmotors vergehen, lassen Sie sie viele Mängel aufweisen, lassen Sie neue Motoren auftauchen, die die innere Umgebung nicht verschmutzen und die Wärmeausdehnungsfunktion nicht nutzen, aber die ersten werden den Menschen noch lange zugute kommen, und Die Menschen werden nach vielen hundert Jahren freundlich auf sie reagieren, weil sie die Menschheit auf eine neue Entwicklungsstufe gebracht haben und die Menschheit, nachdem sie diese bestanden hat, noch höher gestiegen ist.

› Verbrennungsmotor…

Die Erfindung des Verbrennungsmotors (ICE) war ein Wendepunkt in der Automobilindustrie. Was ist ICE? (Ja, ja, ich weiß, dass viele Leute wissen, was es ist, aber wenn man die Frage direkt stellt, wird man keine genaue Definition erhalten ;-)
Verbrennungsmotor Dies ist zunächst einmal eine Art Motor (Es gibt Dampf-, Elektro- und andere Motoren). Dabei handelt es sich um einen Mechanismus, der die thermische Energie des brennenden Brennstoffs in mechanische Energie umwandelt, dessen Betrieb durch viele Systeme, Komponenten und Baugruppen sichergestellt wird.
Ich werde das Funktionsprinzip eines solchen Motors nicht beschreiben, weil... und ich selbst weiß nicht 100%ig, wie es dort läuft, sondern nur allgemein... Darüber hinaus beziehen sich diese Informationen nicht auf das Thema Community.

Mehr im 17. Jahrhundert Der niederländische Physiker Christian Huygens begann Experimente mit Verbrennungsmotoren und im Jahr 1680 Im Jahr 2010 wurde ein theoretischer Motor entwickelt, dessen Treibstoff Schwarzpulver war. Die Ideen des Autors wurden jedoch nie verwirklicht.

Der erste Mensch, der den weltweit ersten funktionierenden Verbrennungsmotor entwickelte, war Nisefor Neps.

Er wurde vor 240 Jahren in eine alte Adelsfamilie hineingeboren. Genau wie sein älterer Bruder Claude studierte er am College der Oratorianer. Es ist klar, dass er dort keine naturwissenschaftliche Ausbildung erhielt. Aber offenbar unterrichtete er auch die Geisteswissenschaften schlecht, da er dort die Abschlussprüfung nicht bestand. Im Alter von 23 Jahren entschloss er sich, Jura zu studieren, doch ein Jahr später im Jahr 1789 Die Große Französische Revolution brach aus. Die Brüder Niepce wurden bald Offiziere der Revolutionsarmee. Die Brüder ließen sich nicht entmutigen. Im Jahr 1806 sie unterwarfen sich dem Nationalinstitut (so hieß damals die Französische Akademie der Wissenschaften) berichten über neues Auto , die „in der Leistung mit Dampf vergleichbar wäre, aber weniger Treibstoff verbrauchen würde.“" Die Brüder gaben ihr einen Namen „Pyräolophor“. Aus dem Griechischen kann es mit „vom feurigen Wind gezogen“ übersetzt werden. Es wurde mit Kohlenstaub betrieben, nicht mit Benzin oder Gas. Diese Erfindung erregte großes Interesse. Zwei Kommissare wurden mit der Untersuchung der Erfindung beauftragt. Einer der Kommissare war Lazare Carnot. Carnot gab eine positive Rezension ab, die es sogar in die Zeitungen schaffte. Obwohl der Motor eine Reihe von Mängeln aufwies, konnten viele von ihnen zu diesem Zeitpunkt aufgrund des Mangels nicht behoben werden notwendige Technologien: Die Zündung von Staub beispielsweise erfolgte bei Atmosphärendruck, die Verteilung der brennbaren Substanz in der Kammer war ungleichmäßig und die Passung des Kolbens an den Zylinderwänden musste verbessert werden. Man ging damals davon aus, dass der Kolben einer Dampfmaschine an den Wänden des Zylinders befestigt war, wenn eine Münze kaum zwischen ihnen hindurchpassen konnte. Es war keine Präzision erforderlich =)
Die Brüder bauten den Motor und rüsteten ihn damit aus im Jahr 1806 Jahr drei Meter langes Boot mit einem Gewicht von 450 kg. Das Boot fuhr mit einer Geschwindigkeit den Sonya-Fluss hinauf, die doppelt so hoch war wie die Strömung.

Später las Nicéphore Niepce in den Werken des Chemikers Lavoisier, dass „flüchtige Erdöle“ mit Luft explosive Gemische ergeben, und erkannte diese Tatsache sofort. Aber in Frankreich lief das Patent für Pyreolophor aus im Jahr 1817 Der ältere Bruder Claude geht nach England, in der Hoffnung, dort das Patent zu verkaufen. Nachdem er sich von Nicephore getrennt hat, arbeitet Claude alleine weiter an der Engine und lenkt seine erfinderischen Gedanken in eine andere Richtung. Welches ist für Nicephorus schwer zu verstehen: Aus Angst vor der Offenlegung von Geheimnissen sagt sein Bruder in seinen Briefen nichts offen, sondern bittet nur endlos um Geld und verspricht, dass es bald ein Ergebnis geben wird. Und später erfährt Nicephore aus Briefen, dass Claude mit einem Motor zu kämpfen hat, der keinen Strom verbraucht, d.h. über ein Perpetuum Mobile!

Der Verbrennungsmotor wird nur angezeigt im Jahr 1858 Jahr vom belgischen Ingenieur Jean Joseph Étienne Lenoir. Zweitakter elektrisch Vergasermotor, ein mit Kohlegas betriebener Ottomotor, wäre der erste kommerziell erfolgreiche Motor seiner Art. Der erste Motor funktionierte aufgrund des Fehlens eines Schmiersystems und eines Kühlsystems nur wenige Sekunden, was bei späteren Exemplaren erfolgreich eingesetzt wurde. Im Jahr 1863 Im Jahr 2007 verbesserte Lenoir das Design seines Motors durch die Verwendung von Kerosin anstelle von Gaskraftstoff. Auf ihm fuhr ein dreirädriger Prototyp moderner historischer Autos 50 Meilen.

Im Jahr 1862 Der französische Wissenschaftler Alphonse Beau de Rochas schlug den ersten Vierzylindermotor der Welt vor und patentierte ihn. Aber es kam nie zu seiner Entstehung, geschweige denn zu einer kommerziellen Produktion.
1864- Der österreichische Ingenieur Siegfried Marcus entwickelte den weltweit ersten Einzylinder-Vergasermotor, der durch die Verbrennung von Rohöl angetrieben wird. Einige Jahre später entwarf derselbe Wissenschaftler ein Fahrzeug, das mit 10 Meilen pro Stunde fährt.
1873– George Brayton schlug ein neues Design für einen Zweizylinder-Vergaser-Kerosinmotor vor, der später zu einem Benzinmotor wurde. Es war das erste sichere Modell, aber für den kommerziellen Einsatz war es zu massiv und zu langsam.
1876- Nikolas August Otto entwickelte 14 Jahre, nachdem Rojas die Theorie des 4-Zylinder-Motors aufgestellt hatte, ein Arbeitsmodell namens „Otto-Zyklus“, einen Funkenzündungszyklus. Ottos Verbrennungsmotor hatte einen vertikalen Zylinder, die rotierende Welle befand sich auf der Seite und eine spezielle Zahnstange war mit der Welle verbunden. Die Welle hob den Kolben an, wodurch ein Vakuum entstand, das Luft-Kraftstoff-Gemisch angesaugt und anschließend gezündet wurde. Nach der Explosion des Gemisches stieg der Druck, unter dessen Einfluss der Kolben angehoben wurde (zuerst unter dem Einfluss von Gas und dann durch Trägheit) und ein spezieller Mechanismus die Zahnstange von der Welle trennte, wodurch wieder ein Vakuum und Kraftstoff erzeugt wurde wurde in die Brennkammer gesaugt und der Vorgang wiederholte sich erneut. Der Wirkungsgrad dieser Maschine überstieg 15 %, was deutlich höher war als der Wirkungsgrad aller Dampfmaschinen dieser Zeit.
Im Jahr 1877 Im Jahr 2010 patentierte Otto einen neuartigen Verbrennungsmotor mit Viertaktzyklus, der den meisten modernen Verbrennungsmotoren zugrunde liegt.
Otto und sein Partner eröffnen die weltweit erste Motorenfabrik, N.A. Otto & Cie. Im Jahr 1867 Das Paar erhält auf der Pariser Ausstellung eine Goldmedaille für den Gasmotor.
1885- Gottlieb Daimler schuf den heutigen Prototyp des modernen Gasmotors – ein Gerät mit vertikal angeordneten Zylindern und einem Vergaser.
Im Jahr 1872 Daimler bringt zusammen mit Nicholas Otto die besten Spezialisten zusammen, mit denen er je zusammengearbeitet hat, angeführt von Maybach. Die Aufgabe wurde wie folgt formuliert: einen funktionsfähigen und effizienten Gasmotor zu schaffen. Und zwei Jahre später war diese Aufgabe abgeschlossen und die Motorenproduktion wurde in Betrieb genommen. Zwei Motoren pro Tag sind für diese Verhältnisse eine enorme Geschwindigkeit. Doch hier beginnen die Positionen von Daimler und Otto zur weiteren Entwicklung des Unternehmens auseinander zu gehen. Der erste hält es für notwendig, das Design zu verbessern und eine Reihe von Studien durchzuführen, der zweite spricht von der Notwendigkeit, die Produktion bereits entwickelter Motoren zu steigern. Aufgrund dieser Widersprüche verlässt Daimler das Unternehmen, gefolgt von Maybach.
Im Jahr 1889 Sie gründen die Daimler Motoren Gesellschaft, das erste Auto rollt vom Band. Und zwölf Jahre später baute Maybach das erste Mercedes-Auto, benannt nach seiner Tochter, das später zur Legende werden sollte.
1886– Am 29. Januar patentierte Karl Benz das Design des weltweit ersten dreirädrigen Benzinautos mit elektrischer Zündung, Differenzial und Wasserkühlung. Die Energieversorgung der Räder erfolgte über eine spezielle Riemenscheibe und einen Riemen, die an der Getriebewelle befestigt waren. Im Jahr 1891 Er baute auch ein vierrädriges Fahrzeug. Es war Karl Benz, dem es als erster gelang, Fahrwerk und Motor miteinander zu verbinden.
Das Studium der Verbrennungsmotoren, so glaubte Benz, würde ihm eine zusätzliche Einnahmequelle bringen. UND im Jahr 1883 Er gründete Benz & Company, ein Unternehmen, das Industriemotoren in Mannheim herstellte. Ursprünglich produzierte das Unternehmen Motoren nach dem Patent von Nicholas Otto, aber im Jahr 1885 Benz entwickelte ein eigenes Verbrennungsmotor-Design.
Schon drin 1893 Benz-Autos werden die ersten Billigautos der Welt Fahrzeuge Massenproduktion. Im Jahr 1926 Benz & Company fusionierte mit Daimler zu Daimler-Benz und später zu Mercedes-Benz, und Benz selbst wurde bis zu seinem Tod Mitglied des Aufsichtsrats im Jahr 1929.
1889– Daimler verbesserte seinen Viertaktmotor durch die Einführung einer V-förmigen Zylinderanordnung und den Einsatz von Ventilen, wodurch sich das Leistungsgewicht des Motors deutlich verbesserte.

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