2. История создания и развития двигателей внутреннего сгорания. История появления двигателей


История появления современных двигателей внутреннего сгорания

Этапы проектирования и создания двигателя внутреннего сгорания

Попытки создания поршневых двигателей внутреннего сгора­ния предпринимались еще в конце XVIII века. В 1799 году англичанин Джон Барбер предложил двигатель, работавший на смеси из воз­духа и газа, получавшегося путем перегонки древесины. По пока­зателям мощности и экономичности такие двигатели не могли конкурировать с паровыми машинами того времени и практичес­кого применения не получили. В это же время, инженер из Франции Филипп Лебон зарегистрировал патент на конструкцию газового двигателя, который также  работал на светильном газе, но воплотить в жизнь задуманное не успел. Усовершенствовать идею двигателя на газу получилось французскому  механику бельгийского происхождения Жан Этьен Ленуару. Он додумался использовать электрическую искру в качестве воспламенителя смеси. И в 1860  году он построил первый двигатель, который можно было применять в практических целях. Двигатель работал на светильном газе без сжатия смеси в цилиндре, вслед­ствие чего имел низкий коэффициент полезного действия (0,5), но мог уже заменять паровую машину и пользовался спросом.

Широкое практическое применение двигатели внутреннего сгорания нашли лишь после того, как кельнский механик Август Отто в 1877 г. осуществил предварительное сжатие смеси в цилиндре, благодаря чему эффективность двигателей резко по­высилась. Им была создана фирма по производству моторов. Так, впервые, был изобретен двигатель с четырехтактным циклом и кривошипно-шатунной передачей, который лег в основу современных двигателей. Двигатели изобретателя получили широкую популярность, но один из работников фирмы Августа Отто, инженер Готлиб Даймлер задумался над применением другого вида топлива. Потому как светильный газ производился незначительным количеством предприятий в Европе, не говоря про другие страны. Однако, предложенный проект бензинового двигателя не заинтересовал главу компании и Даймлер покинул фирму Отто. Вместе со своим другом Майбахом они работали над ним в собственной мастерской.  В 1885 году у них получилось создать двигатель, работавший с небывалой по тому времени частотой вращения коленчатого вала 800 мин-1 и мощностью 1 л. с. (=0,7 кВт). Этот двигатель, относи­тельно небольшой по размерам, был использован для установки на самодвижущихся экипажах, созданных Даймлером совместно с Карлом Бенцем в 1887 г. в Германии. Так было положено начало производству самодвижущихся экипажей с двигателями внутрен­него сгорания, названных впоследствии автомобилями.

В 1892 году Рудольф Дизель получил патент на двигатель внутрен­него сгорания нового типа, рассчитанный на использование жид­кого топлива (керосина). Дизель предлагал нагревать воздух в ци­линдре путем сжатия до температуры, при которой мелко распы­ленное впрыскиваемое топливо могло бы самовоспламеняться и сгорать по мере поступления в цилиндр без изменения в нем температуры.

В 1893 году произошла настоящая революция в двигателестроении бензиновых моторов. Случилось это после изобретения венгерским инженером Донатаном Банки карбюратора с жиклером для образования смеси бензина с потоком воздуха и его непосредственного испарения уже в самом цилиндре. Этот карбюратор стал прототипом всех современных.

В последующее время в двигателях для увеличения их мощности увеличили количество цилиндров до двух, а позднее и четырех.

За более чем вековую историю развития автотех­ники, конструкция автомобиля существенно изменилась, стала сложнее по содержанию и применяемым материалам. Особенно заметные изменения произошли в их конструкции в 80—90-е гг. XX в. после появления относительно недорогой мик­роэлектронной техники, которая стала активно применяться в раз­личных узлах и агрегатах автомобилей.

В настоящее время двигатели внутреннего сгорания находят ши­рокое применение в автомобилестроении в связи с их относи­тельно невысокой ценой, экономичностью и долговечностью.

razvar.ru

История развития двиателя | Двигатель автомобиля

Чтобы понять сложность современных двигателей и систем управления, стоит обратиться к истории развития моторостроения. Две мировые войны, за которыми следовали годы кризиса и подъема, одновременно и стимулировали и в то же время тормозили технический прогресс. Многие системы, предлагаемые как «новые», зачастую были изобретены давно, но не находили практического воплощения и применения. Иногда разработки оказывались ненадежными из-за некачественных материалов или требовали слишком больших производственных издержек. Новые материалы и стремительный прогресс в электронике открыли для многих разработок новые перспективы. Внедрение новых технологий и систем теперь происходит через все более короткие промежутки времени. Так, к примеру, исчезновение распределительных валов из двигателей легковых автомобилей — всего лишь вопрос времени, работой клапанов совсем скоро станут управлять очень быстро переключающиеся гидравлические, электрогидравлические и электрические устройства. Это обеспечит полную регулируемость системы газораспределения. Различные способы наддува станут в малолитражных бензиновых двигателях таким же стандартом, как турбонаддув в дизелях. Понятие «downsizing» (англ. «уменьшение размеров») становится реальностью. Не исключено, что однажды между бензиновыми и дизельными двигателями останутся лишь незначительные различия, и способ сгорания будет определяться лишь залитым в бак топливом. В средне- и долгосрочной перспективе мир двигателей внутреннего сгорания завоюют совершенно новые, доселе считавшиеся нереальными способы организации процесса сгорания и виды топлива.

100 лет моторостроения — сравнительный анализ

Оценочный параметр Двигатель гоночного автомобиля 1913 Серийный двигатель 1992 Современный двигатель
Тип двигателя 4-цилиндровый, 4-тактный бензиновый 4-цилиндровый, 4-тактный бензиновый 4-цилиндровый, 4-тактный бензиновый
Смесеобразование Карбюратор Многоточечный впрыск Непосредственный впрыск
Число клапанов на цилиндр

4

4

4

Ход поршня/диаметр цилиндра, мм 160/94 86/86 94,6/86
Ход/диаметр

1,7

1

1,1

Рабочий объем, см3

4441

1998

2198

Степень сжатия е

5,1

10,5

12

Макс, мощность кВт/л.с. при частоте вращения, мин^-1 60/82, 2800 110/150, 6000 114/155, 6000
Макс, крутящий момент Нм при частоте вращения, мин^-1 240, 1700 196, 4800 220, 3800
Мин. удельный расход топлива, г/кВт*Ч

400

232

<220
Макс, расход топлива, л / 100 км 30-40 18-14 6,5-10,9
Эффективное среднее давление Ре, бар

7,2

13,4

13,7

Максимальное давление сгорания Р ,бар

16

77,1

80

Выполнение норм по ОГ Ненормировано Норма US 93, Евро-2 Евро-5
Масса двигателя (сухая), кг

220

120

115

Ускорение от 0 до 100 км/ч, с

20

8,5

9,8

Макс, скорость, км/ч

150

223 км/ч 210 км/ч

В таблице приведено сравнение параметров высокомощного двигателя гоночного автомобиля образца 1913 года и обычных серийных двигателей легковых автомобилей, выпускавшихся в 1992-м и 2005-м годах. Между этими двигателями — почти 100 лет развития моторостроения. Сравнение интересно тем, что все три двигателя изготовлены одним и тем же производителем, и все они работают по одному и тому же принципу.

Рис. Сравнение кривых мощности и давления в цилиндрах двигателей

Изображенные на рисунке характеристики мощности и степени сжатия двигателей делают прогресс в моторостроении очевидным. В ближайшие годы в моторостроении следует ожидать дальнейших инноваций. Особенно впечатляет сравнение расхода топлива и норм токсичности ОГ при увеличении мощности и крутящего момента. Так, например, современным приборам не удалось измерить токсичность выхлопных газов у двигателя образца 1913 года — просто не хватило диапазона измерения.

Мощность современных двигателей и их системы управления

Современные двигатели — это продукты высоких технологий в чистом виде. Под капотами автомобилей сегодня скрываются агрегаты поистине адской мощности. К примеру, у восьмицилиндрового двигателя при частоте вращения коленчатого вала 5800 мин^-1 через впускные каналы за минуту проходит 11 300 литров свежего воздуха со скоростью 325 км/ч. Насос охлаждающей жидкости за секунду прогоняет до 4,5 л ОЖ. Более 23000 воспламенений в минуту разгоняют поршни массой 535 г при температуре 3000°С и под давлением 5,7 т до скорости 100 км/ч за 0,0002 секунды. Каждый из 32 кулачков по 48 раз в секунду с усилием 140 кг воздействует на один из 32 толкателей, а отработавшие газы при температуре 960°С со скоростью звука устремляются в направлении катализатора.

И вся эта чудовищная, невероятная мощь укрощается, регулируется и контролируется скромным маленьким компьютером. Электроника управления двигателем регистрирует количество, плотность и температуру всасываемого воздуха, обеспечивая смешивание его с топливом, дозируемым с точностью до миллиграмма или тысячной доли миллилитра. Она регулирует момент появления искры зажигания напряжением в 30000 В с точностью до 0,000001 с. Для идеального выполнения своей задачи электроника управления двигателем получает по CAN-шине до тысячи сообщений в секунду от других электронных систем и многочисленных датчиков, которые она затем обрабатывает со скоростью 10-20 млн операций в секунду. Постоянная проверка измеренных значений, сравнение с запрограммированными номиналами и адаптивная подстройка к оптимальным условиям эксплуатации — обычная работа для автомобильной электроники. После базового программирования электронные системы сами могут оптимально адаптироваться к тому или иному двигателю и компенсировать изменения. Путем использования сотен характеристик, кривых и констант можно осуществить быструю и точную адаптацию ко всем режимам работы.

Без электроники сегодняшние двигатели потребляли бы на 25-30 % больше топлива, при этом о стабильности параметров их работы можно было бы забыть, как и о соблюдении предписанных норм токсичности. Ожидаемый срок службы агрегатов оказался бы заметно короче. Раньше электроника считалась дорогой, ненадежной и неремонтопригодной. Однако механика достигла пределов своих возможностей, и дальнейшее развитие концепций управления двигателями по традиционному пути оказалось невозможным. Двух- и трехкамерные карбюраторы для подготовки топливно-воздушной смеси оказались слишком дорогими и сложными, многие СТО были просто перегружены заказ-нарядами на их обслуживание и регулировку. Точно определить текущие условия эксплуатации было невозможно. Выход был найден только в применении электроники.

В моторном отсеке автомобиля электронике приходится работать при температурах от -40 °С до +150°С. Добавьте сюда грязь, пыль и влажность, а также удары и вибрацию при проезде неровностей, кратковременные ускорения, в сто раз превышающие ускорение свободного падения. Но, даже работая в таких условиях, последние поколения электронных систем управления двигателями могут совершать десятки миллионов операций в секунду. Однако применение технологий самообучения сделает данные системы еще сложнее. В то же время они смогут реагировать на условия окружающей среды так же быстро, как и на изменения в двигателе. В определенных пределах системы смогут самостоятельно реагировать на изменение условий эксплуатации и компенсировать возникающие неисправности. Станет возможной индивидуальная адаптация электронных систем к конкретному двигателю.

Оптимальные параметры работы новых двигателей определяются во время стендовых испытаний. При этом определяется, записывается и обрабатывается более 6500 значений с интервалом 0,1 с. Затем происходит адаптация полученных данных к реальным условиям эксплуатации двигателя и автомобиля. При этом учитывается и то, что в конечном итоге автомобилем будет управлять человек.

Основу современных систем бортовой диагностики (OBD) заложили электронные системы управления двигателями Motronic, которые традиционно делились на системы управления впрыском топлива и системы управления зажиганием. Отличие современных систем Motronic состоит в производительности электронного блока управления двигателем и использовании многочисленных характеристик, кривых и констант. В блоках управления помимо информации об управлении впрыском обрабатываются также все необходимые данные для управления зажиганием. Современные системы работают адаптивно, а потому не требуют постоянных регулировок и обслуживания. С ростом производительности модулей памяти и процессоров можно записывать все больше и больше характеристик, кривых, фиксированных значений, констант и дополнительных функций. Идеальные значения используются для сравнения с фактическими и для адаптивных процессов регулирования. Программы для движения в аварийном режиме и вспомогательные функции становятся все объемнее. Усложняется обмен данными с другими электронными системами автомобиля по CAN-шине — блоком управления КПП, системой управления динамикой и пр. Лишь с использованием этих систем стала возможной современная бортовая диагностика.

Рис. Производительность современной системы управления двигателем

Примечание. Приведенные величины являются ориентировочными и в отдельных системах могут оказаться выше или ниже. При этом в ближайшие годы следует ожидать дальнейшего роста производительности электронных модулей и процессоров. В среднем она удваивается через каждые полтора года.

ustroistvo-avtomobilya.ru

2. История создания и развития двигателей внутреннего сгорания. История создания и развития двигателей внутреннего сгорания

Похожие главы из других работ:

Анализ деятельности нефтяной компании ОАО "Самотлорнефтегаз"

1.1 История создания и развития ОАО "Самотлорнефтегаз"

ТНК-ВР является одной из ведущих нефтяных компаний России и входит в десятку крупнейших частных нефтяных компаний в мире по объемам добычи нефти...

Анализ деятельности унитарного муниципального предприятия "Нижнеудинский хлебозавод"

1. История создания, основные этапы развития предприятия

Унитарное муниципальное предприятие "Нижнеудинский ХЛЕБОЗАВОД" и его предшественники. Объединённый архивный фонд. В 1931 году 20-го столетия в г. Нижнеудинске между рекой Уда и ее протокой Застрянка была построена кустарная пекарня...

Анализ деятельности Уральского центра стандартизации, метрологии и сертификации (ФГУ "Уралтест")

1. История создания предприятия

В 1899 году Урал и Сибирь посетил великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907 гг.) Приехав на Урал в качестве главы экспедиции, задачей которой было изучение горнорудного дела...

Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания

2.1 Классификация двигателей внутреннего сгорания

Двигателем внутреннего сгорания называют поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно в цилиндре двигателя...

Исследование влияния концентрации щелочи на структуру диспергированных порошков и свойства керамических материалов, спеченных из них

1.5.1 Доокисление отработанных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Доокисление отработанных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является одной из наиболее сложных и актуальных проблем защиты окружающей среды от загрязнения токсичными веществами...

История возникновения современных бульдозеров

1. История создания

Слово "бульдозер" появилось в конце XIX века - оно относилось к любой силе, способной сдвинуть большую массу. В 1929 году появился именно первый бульдозер - огромная и шумная машина...

История создания и развития двигателей внутреннего сгорания

1.Общие сведения о двигателе внутреннего сгорания

В настоящее время наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания (ДВС) - тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо)...

Коррозийно-механическое изнашивание оборудования

Коррозионно-механическое изнашивание цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания

Поршневые кольца и цилиндровые втулки (гильзы) двигателей, изготовленные из литейных чугунов, при наличии электролита образуют гальванические пары как друг с другом, так и между структурными составляющими чугуна - перлитом, графитом...

Проект реконструкции моторного участка в условиях ООО "Автоэкспресс"

1.1 История создания и развития предприятия

ООО «Автоэкспресс» организовано в 1997 году с целью продвижения торговой марки Subaru на украинском рынке. Находится по адресу: г. Донецк, пр. Ильича, 65...

Проектирование рабочего органа скрепера

1.1 История создания скреперов

Первые землеройно-транспортные машины выполнялись на катках, позже -- на деревянных и металлических колесах . По мере увеличения мощности и массы машин давление на грунт возрастало...

Разработка и исследование автоматизированного устройства для лазерного термоупрочнения гильз цилиндров на базе двигателей с полым ротором

2.1.1 Классификация гильз двигателей внутреннего сгорания

Создание максимально легкого и мощного двигателя - первоочередная задача для инженеров всех автомобильных компаний, которою они с тем или иным успехом пытаются решить уже более ста лет. Гильза цилиндров -- это важная часть блока цилиндров...

Разработка и исследование автоматизированного устройства для лазерного термоупрочнения гильз цилиндров на базе двигателей с полым ротором

2.1.2 Конструкция гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания

Блок цилиндров или блок-картер является основой двигателя. На нем и внутри него расположены основные механизмы и детали систем двигателя. У большинства современных двигателей жидкостного охлаждения цилиндр, где перемещается поршень...

Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания Д-240

Глава I. Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания

Поршневым двигателем внутреннего сгорания называют такую тепловую машину, в которой превращение химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую энергию, происходит внутри рабочего цилиндра...

Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания Д-240

Глава II. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания Д-240

...

Технология переработки мясного сырья в ООО КМП "Мясная сказка" г. Тюмени

1.1 Место расположения, история создания и развития предприятия

Комбинат мясных полуфабрикатов «Мясная сказка» зарегистрирован по адресу город Тюмень, улица Бабарынка, 20а/2. Участок расположения производства находится в черте города, что обеспечивает эффективную реализацию готовой продукции...

prod.bobrodobro.ru

1. Появление первых паровых двигателей и их особенности. История развития паровых двигателей

Похожие главы из других работ:

Анализ деятельности Новомосковского авторемонтного завода

3.4 Сборка двигателей

ОАО «НАРЗ» в течении долгого времени собирает двигатели из новых запасных частей. Располагая высококвалифицированным рабочим персоналом и современным оборудованием...

История развития ВАЗ 2101

1. Появление «копейки»

2 апреля 1966 года в г. Турине (Италия) в общественном центре фирмы "ФИАТ" широкой публике был представлен новый автомобиль компании - ФИАТ-124...

История развития ВАЗ-2106

1. Появление «шестерки»

Не каждый автомобиль готов похвастаться своей тридцатилетней историей и миллионными тиражами, которые были у выпущенного в 1976 году Волжским автозаводом ВАЗ 2106. Эта легендарная модель...

История развития паровых двигателей

3. Создание паровых машин непрерывного действия Джеймсом Уаттом

Паровые машины конструкции Ньюкомена успешно использовалась для откачки воды в шахтах и на судоремонтных предприятиях более 50 лет. В то же время эта конструкция имела внушительные размеры и требовала постоянного пополнения запасов угля...

История развития паровых двигателей

4. Особенности использования паровых двигателей на транспорте

Изобретение Джеймсом Уаттом нового парового двигателя не только ускорило развитие существующих отраслей промышленности (например, текстильной), но и вызвало появление принципиально новых. В частности...

История развития паровых двигателей

5. Современные тенденции развития научных исследований и технологий создания паровых машин

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания...

Организация ремонта грузовых автомобилей марки КАМАЗ 5320

3.1 Обкатка двигателей

Автомобильный транспорт имеет широкий спектр применения в различных средах и различных климатических условиях и в связи с этим подвергаются нагрузкам. Поэтому техническое состояние автомобиля...

Особенности летно-технической эксплуатации экипажем противообледенительной системы ВС Ил-76ТД

1.4 ПОС воздухозаборников двигателей

Противообледенительная система воздухозаборников двигателей является составной частью ПОС силовой установки. Кроме воздухозаборника на двигателе от обледенения защищены кок и входной направляющий аппарат [3], [4]...

Проектирование пассажирского дальнемагистрального самолета на 300 пассажиров с дальностью полета 9000 км

2.7 Выбор двигателей

Для выбора двигателей самолета необходимо назначить тип двигателей, их количество, размещение и основные параметры двигателя. Тип двигателя: Турбореактивный двигатель двухконтурный (ТРДД) - воздушно-реактивный двигатель...

Развитие систем автономной навигации для беспилотных летательных аппаратов

3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ПЕРВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Для пояснения идеи инерциальной навигации рассмотрим задачу о движении материальной точки в неинерциальной системе координат...

Разработка программы мероприятий по безопасности движения на участках концентрации ДТП на дорогах общего пользования Архангельской области

1.1 Появление потребности в системе контроля дорожной безопасности

Вопросы обеспечения безопасности движения приобретают все большую актуальность для дорожных организаций по мере роста интенсивности движения на дорожной сети. Расширение сети дорог, рост темпов автомобилизации...

Разработка программы мероприятий по безопасности движения на участках концентрации ДТП на дорогах общего пользования Архангельской области

1.2 Появление и распространение систем контроля качества как условия выживания в конкурентной среде

Мир стал стремительно меняться во второй половине XX века, когда конкуренция на мировом рынке заставила мировых производителей искать пути для снижения производственных затрат при одновременном повышении качества своей продукции...

Разработка технического процесса ремонта двигателя ВАЗ-2114

2.3 Особенности обслуживания и профилактики двигателей

В процессе эксплуатации автомобиля происходит ухудшение его технического состояния вследствие изнашивания трущихся поверхностей деталей, нарушения регулировочных параметров, старения резинотехнических изделий и других явлений...

Судовой двигатель внутреннего сгорания L21/31

6.4.4 Особенности конструкции форсунки двигателей MAN&BW L-MC

Конструкцию распылителя форсунки судовых дизелей Бурмейстер и Вайн (рис. 6.4.5., а) с незначительными изменениями применяли до тех пор, пока не была создана принципиально новая форсунка с другим распылителем (рис. 6.4.5., б). В конструкции...

Технология технического осмотра и ремонта автомобиля КамАЗ-5460 с восстановлением коленчатого вала

1.2 Конструктивные особенности и характеристика двигателей КамАЗ

Конструкция дизельного двигателя КамАЗ-740 по сравнению с существующими дизельными двигателями обладает рядом преимуществ. Он имеет малую массу, небольшие габаритные размеры (почти в два раза меньше, чем у двигателя ЯМЗ-238), большую мощность...

tran.bobrodobro.ru