Характеристика двигателей внутреннего сгорания (стр. 2 из 3)

Самым распространённым, получившим господствующее применение сегодня, является поршневой двигатель внутреннего сгорания. Он предпочтителен из-за высокой экономичности, что обусловлено высокими степенями сжатия и высокими температурами рабочего тела в цилиндрах ДВС.[5]

Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохраняться в ближайшей перспективе. Основные конкуренты поршневых двигателей — газотурбинные и электрические, солнечные и реактивные силовые установки — пока еще не вышли из этапа создания экспериментальных образцов и небольших опытных партий, хотя работы по их доводке и совершенствованию в качестве автотракторных двигателей продолжаются во многих компаниях и фирмах всего мира.

Современному ДВС присущи высокая мощность, быстроходность, надежность. Эти достоинства обеспечиваются при проектировании конструктором, тепловыми, гидродинамическими и прочностными расчетами ДВС. Расчетами также определяется срок службы каждой детали ДВС в конкретных условиях работы, которые могут оказаться тяжелыми. Достаточно сказать, что температура рабочего тела в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания может достигать 2600° K, а давление при этом нередко превышает 10 Мн/м2. Детали и механизмы ДВС испытывают тепловые и механические нагрузки, характеризующиеся значительным размахом и частотой колебаний.

Над совершенствованием и созданием новых схем и типов двигателей внутреннего сгорания работают многие ученые, конструкторы и инженеры. Ведутся работы по созданию всеядных (многотопливных) двигателей внутреннего сгорания, двигателей внутреннего сгорания, способных работать на газообразном, жидком и даже твердом топливе. Повышается актуальность работ по изысканию и созданию новых видов топлива для ДВС.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания

Создание автомобилей с учетом требований экологии—одна из серьезных задач, которые стоят сегодня перед конструкторами.

Совершенствование процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, применение электронной системы зажигания приводит к уменьшению в выхлопе вредных веществ.

Для экономии топлива создаются различные типы зажигания. Инженеры югославского объединения «Электронска индустрия» создали электронную систему со сроком службы 30 тыс. ч. Кроме прочего, она регулирует расход горючего. А одна из английских фирм использовала плазменный вариант, обеспечивающий легкое воспламенение бедной горючей смеси. Автомобиль, оборудованный такой системой, расходует всего 2 л на 100 км пробега.

Разработаны и другие методы экономии. Французская фирма «Рено» экспериментирует с автомобильными газогенераторами. Сырьем для них служат древесина, солома, стебли кукурузы и другие растительные остатки. При сжигании полученного газа в смеси с дизельным топливом последнего нужно в 3—4 раза меньше.

Чистота «дыхания» машины во многом зависит от карбюратора. Около 75% этих приборов, устанавливаемых на отечественных легковых автомобилях, производят в Димитровграде.[6]

Перед создателями карбюратора «Озон» стояла задача: добиться более оптимальных смесей на различных режимах работы двигателя. Это значило сократить расход топлива, а следовательно, снизить токсичность выхлопных газов.

С 1979 г. все автомобили, сходящие с ВАЗа, оснащаются карбюраторами «Озон». Такие карбюраторы обеспечивают действующие и перспективные нормы токсичности выхлопных газов и дают 10—15% экономии топлива по ездовому циклу. Производственное объединение «ГАЗ» (Горьковский автозавод) выпускает новую модель легковых автомобилей «Волга» ГАЗ-3102. Эта машина элегантнее, комфортабельнее и мощнее своей предшественницы, но главное в том, что у нее двигатель с принципиально новой системой воспламенения рабочей смеси. Эта система — форкамерное зажигание — разработана советскими специалистами на основе явления высокой химической активности продуктов неполного сгорания богатой углеводородами смеси.

Новый способ зажигания называется процессом лавинной активизации горения или сокращенно ЛАГ-процессом. Суть его в том, что в основную камеру сгорания бензино-воздушной смеси выбрасывается из вспомогательной форкамеры факел химически активных продуктов неполного сгорания этой смеси.

Форкамерный двигатель при высокой своей мощности обеспечивает высокую экономичность в потреблении топлива и исключительно низкую токсичность отработавших газов.

Нейтрализаторы. Большое внимание придается разработке устройства снижения токсичности—нейтрализаторов, которыми можно оснастить современные автомобили. Способ каталитического преобразования продуктов сгорания заключается в том, что отработавшие газы очищаются, вступая в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомобилей.

Катализатором служат либо гранулы размером от 2 до 5 мм, на поверхности которых нанесен активный слой с добавками благородных металлов—платины, палладия и т. п., либо керамический блок сотового типа с подобной активной поверхностью. Конструкция нейтрализатора весьма проста. В металлическую оболочку с патрубками для подвода и отвода газа заключена реакторная камера, которая заполняется гранулами или керамическим блоком. Нейтрализатор крепят к выхлопной трубе, и газы, прошедшие через него, выбрасываются в атмосферу очищенными. Одновременно устройство может выполнять функции глушителя шума.[7]

В СССР налажено производство нейтрализатора для дизельных двигателей. В 1979 г. на городские трассы вышли первые «Волги», оборудованные необычной «ловушкой для дыма» — каталитическими нейтрализаторами, которые резко снижают токсичность выхлопных газов автомобиля. Эффект от использования нейтрализаторов достигается внушительный: при оптимальном режиме выброс в атмосферу оксида углерода уменьшается на 70—80%, а углеводородов—на 50—70%.

Большое количество машин в Москве работает с нейтрализаторами, позволяющими очищать отработанные газы автомобилей от окиси углерода и углеводорода.

Специалистами Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института разработано устройство, которое значительно снижает содержание токсичных веществ в выхлопных газах,— «Каскад». В условиях городского движения «Каскад» обеспечивает снижение расхода топлива на 4—7% и уменьшает выброс окиси углерода на 20—40%. «Каскад» может быть установлен как на находящихся в эксплуатации автомобилях, так и на вновь выпускаемых.[8]

Самый важный показатель качества автомобильного бензина—детонационная стойкость. Для повышения октанового числа в топливо вводят добавки. Самый простой метод повышения детонационной стойкости—добавление тетраэтилсвинца. В большинстве стран уже приняты или - разрабатываются законодательные меры, ограничивающие и дозы этилирования, и объем потребления этилированных бензинов. В СССР применение этилированных бензинов запрещено в Москве, Ленинграде, Киеве и в некоторых курортных центрах. Ограничена и величина добавки тетраэтилсвинца.

Перед учеными и инженерами возникла задача — погасить детонацию иными способами. Это можно сделать, скажем, обеднив топливно-воздушную смесь, но тогда на полных мощностях двигатель работал плохо. Добавляли к бензовоздушным смесям водород—получалось неплохо. Но пока широкое применение водорода требует большой подготовительной работы. Оставался один путь—найти иные, менее токсичные антидетонаторы. В поисках их ученые опробовали почти все элементы таблицы Менделеева и вынуждены были признать, что немногие из них могут быть использованы для этих целей. По многим причинам в числе основных претендентов оказались соединения марганца.

В нашей стране работы, связанные с созданием антидетонаторов на основе элементоорганических соединений марганца (ЦТМ), ведутся под руководством академика А. Н. Несмеянова. Уже выполнен обширный комплекс моторных и эксплуатационных испытаний, а общий пробег автомобилей различных марок на топливах с присадками ТЦМ составил около 30 млн. км. Оказалось, что бензин с этими присадками обеспечивает нормальную эксплуатацию автомобилей в диапазоне пробега 60—100 тыс. км. Каталитические нейтрализаторы отработавших газов при этом работают безотказно. А токсичность выхода остается на уровне обычных бензинов.

Значительно улучшить состав выхлопных газов можно с помощью различных добавок к топливу. Ученые разработали присадку, которая снижает содержание сажи в выхлопных газах на 60—90% и канцерогенных веществ—на 40%.

В последнее время на нефтеперерабатывающих предприятиях страны широко внедряется процесс каталитического риформинга низкооктановых бензинов. Отличие данной установки от действующих на других заводах заключается в том, что она позволяет эффективнее облагораживать горючее. В результате можно выпускать неэтилированные, малотоксичные бензины. Поэтому они считаются относительно чистыми. Использование их снижает загрязненность атмосферного воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей, сокращает расход топлива.

Заключение

Итак, мы видим, что двигатели внутреннего сгорания - очень сложный механизм. И Функция, выполняемая тепловым расширением в двигателях внутреннего сгорания не так проста, как это кажется на первый взгляд. Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расширения газов. И в этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подробно принцип работы ДВС, их рабочие циклы - вся их работа основана на использовании теплового расширении газов. Но ДВС - это только одно из конкретных применений теплового расширения. И судя по тому, какую пользу приносит тепловое расширение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно судить о пользе данного явления в других областях человеческой деятельности.