Традиційні двигуни внутрішнього згорання

Значне зростання всіх галузей народного господарства вимагає переміщення великої кількості вантажів і пасажирів. Висока маневреність, прохідність і пристосованість для роботи в різних умовах робить автомобіль одним з основних засобів перевезення вантажів і пасажирів. Важливу роль відіграє автомобільний транспорт в освоєнні східних і нечорноземних районів нашої країни. Відсутність розвиненої мережі залізниць і обмеження можливостей використання річок для судноплавства роблять автомобіль головним засобом пересування в цих районах. Автомобільний транспорт в Росії обслуговує всі галузі народного господарства і займає одне з провідних місць у єдиній транспортній системі країни. На долю автомобільного транспорту припадає понад 80% вантажів, що перевозяться всіма видами транспорту разом взятих, і понад 70% пасажирських перевезень. Автомобільний транспорт створений в результаті розвитку нової галузі народного господарства — автомобільній промисловості, яка на сучасному етапі є одним з основних ланок вітчизняного машинобудування. Початок створення автомобіля було покладено більше двохсот років тому (назву «автомобіль» походить від грецького слова autos — «сам» і латинського mobilis — «рухливий»), коли стали виготовляти «саморушні» вози. Вперше вони з’явилися в Росії. У 1752 р. російський механік-самоук селянин Л. Шамшуренков створив досить досконалу для свого часу «самобеглую коляску», що приводиться в рух силою двох осіб. Пізніше російський винахідник В. П. Кулібін створив «самокатную візок» з педальним приводом. З появою парової машини створення саморушних возів швидко просунулася вперед. У 1869-1870 рр. Ж. Кюньо у Франції, а через кілька років і в Англії були побудовані парові автомобілі. Широке поширення автомобіля як транспортного засобу розпочинається з появою швидкохідного двигуна внутрішнього згоряння. У 1885 р. Р. Даймлер (Німеччина) побудував мотоцикл з бензиновим двигуном, а в 1886 р. К. Бенц — триколісний візок. Приблизно в цей же час в індустріально розвинених країнах (Франція, Великобританія, США) створюються автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння. В кінці XIX століття в ряді країн виникла автомобільна промисловість. У царській Росії неодноразово робилися спроби організувати власне машинобудування. У 1908 р. виробництво автомобілів було організовано на Російсько-Балтійському вагонобудівному заводі в Ризі. Протягом шести років тут випускалися автомобілі, зібрані в основному з імпортних частин. Всього завод побудував 451 легковий автомобіль і невелика кількість вантажних автомобілів. У 1913 р. автомобільний парк в Росії становив близько 9000 автомобілів, з них більша частина — зарубіжного виробництва. Після Великої Жовтневої соціалістичної революції практично заново довелося створювати вітчизняну автомобільну промисловість. Початок розвитку російського автомобілебудування відноситься до 1924 року, коли у Москві на заводі АМО були побудовані перші вантажні автомобілі АМО-Ф-15. У період 1931-1941 рр. створюється великосерійне та масове виробництво автомобілів. У 1931 р. на заводі АМО почалося масове виробництво вантажних автомобілів. У 1932 р. вступив у дію завод ГАЗ. У 1940 р. почав виробництво малолітражних автомобілів Московський завод малолітражних автомобілів. Дещо пізніше був створений Уральський автомобільний завод. За роки післявоєнних п’ятирічок вступили в дію Кутаїський, Кременчуцький, Ульяновський, Мінський автомобільні заводи. Починаючи з кінця 60-х рр. розвиток автомобілебудування характеризується особливо швидкими темпами. У 1971 р. вступив в дію Волзький автомобільний завод ім. 50-річчя СРСР. За останні роки заводами автомобільної промисловості освоєно багато зразки модернізованої та нової автомобільної техніки, в тому числі для сільського господарства, будівництва, торгівлі, нафтогазової та лісової промисловості.

В даний час існує велика кількість пристроїв, що використовують теплове розширення газів. До таких пристроїв відноситься карбюраторний двигун, дизелі, турбореактивні двигуни і т. д. Теплові двигуни можуть бути розділені на дві основні групи. 1. Двигуни з зовнішнім згорянням — парові машини, парові турбіни, двигуни Стірлінга і т. д. 2. Двигуни внутрішнього згоряння. В якості енергетичних установок автомобілів найбільше поширення отримали двигуни внутрішнього згорання, в яких процес згоряння палива з виділенням теплоти і перетворення її в механічну роботу відбувається безпосередньо в циліндрах. На більшості сучасних автомобілів встановлені двигуни внутрішнього згоряння. Найбільш економічними є поршневі і комбіновані двигуни внутрішнього згоряння. Вони мають достатньо великий термін служби, порівняно невеликі габаритні розміри і масу. Основним недоліком цих двигунів слід вважати зворотно-поступальний рух поршня, пов’язане з наявністю криво шатунного механізму, утрудняє конструкцію і обмежує можливість підвищення частоти обертання, особливо при значних розмірах двигуна. А тепер трохи про перших ДВЗ. Перший двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) був створений в 1860 р. французьким інженером Этвеном Ленуаром, але ця машина була ще досить недосконалою. У 1862 р. французький винахідник Бо де Роша запропонував використовувати в двигуні внутрішнього згоряння чотиритактний цикл: 1)всмоктування; 2) стиснення; 3) горіння і розширення; 4) вихлоп. Ця ідея була використана німецьким винахідником Н.Отто, що побудували в 1878 р. перший чотиритактний двигун внутрішнього згоряння. ККД такого двигуна досягав 22%, що перевищувало значення, отримані при використанні двигунів всіх попередніх типів. Швидке поширення ДВЗ в промисловості, на транспорті, в сільському господарстві та стаціонарній енергетиці була обумовлена низкою їхніх позитивних особливостей. Здійснення робочого циклу ДВЗ в одному циліндрі з малими втратами значним перепадом температур між джерелом теплоти і холодильником забезпечує високу економічність цих двигунів. Висока економічність — одне з позитивних якостей ДВС. Серед ДВЗ дизель в даний час є таким двигуном, який перетворює хімічну енергію палива в механічну роботу з найбільш високим ККД у широкому діапазоні зміни потужності. Це якість дизелів особливо важливо, якщо врахувати, що запаси нафтових палив обмежені. До позитивних особливостей ДВЗ варто віднести також те, що вони можуть бути з’єднані практично з будь-яким споживачем енергії. Це пояснюється широкими можливостями одержання відповідних характеристик зміни потужності та крутного моменту цих двигунів. Розглянуті двигуни успішно використовуються на автомобілях і тракторах. сільськогосподарських машинах, тепловозах, судах,електростанціях і т. д. тобто ДВЗ відрізняються хорошою пристосовністю до споживача. Порівняно невисока початкова вартість, компактність і мала маса ДВЗ дозволили широко використовувати їх на силових установках, що знаходять широке застосування і мають невеликі розміри моторного відділення. Установки з ДВЗ володіють великою автономністю. Навіть літаки з ДВЗ можуть літати десятки годин без поповнення пального. Важливою позитивною якістю ДВЗ є можливість їх швидкого пуску в звичайних умовах. Двигуни, що працюють при низьких температурах, забезпечуються спеціальними пристроями для полегшення і прискорення пуску. Після пуску двигуни порівняно швидко можуть брати повну навантаження. ДВЗ володіють значним гальмівним моментом, що дуже важливо при використанні їх на транспортних установках. Позитивною якістю дизелів є здатність одного двигуна працювати на багатьох паливах. Так відомі конструкції автомобільних багатопаливних двигунів, а також суднових двигунів великої потужності, які працюють на різних паливах від дизельного до котельного мазуту. Але поряд з позитивними якостями ДВЗ володіють рядом недоліків. Серед них обмежене, порівняно, наприклад з паровими і газовими турбінами агрегатна потужність. Високий рівень шуму, відносно велика частота обертання колінчастого вала при пуску і неможливість безпосереднього з’єднання його з ведучими колесами споживача, Токсичність вихлопних газів, зворотно-поступальний рух поршня, що обмежують частоту обертання і є причиною появи не врівноважених сил інерції і моментів від них. Але неможливо було б створення двигунів внутрішнього згоряння, їх розвитку і застосування, якщо б не ефект теплового розширення. Адже в процесі теплового розширення нагріті до високої температури гази здійснюють корисну роботу. Внаслідок швидкого згоряння суміші в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння, різко підвищується тиск, під впливом якого відбувається переміщення поршня в циліндрі. А це-то і є та сама потрібна технологічна функція, тобто силовий вплив, створення великих тисків, яку виконує теплове розширення, і заради якої це явище застосовують у різних технологіях і зокрема в ДВЗ.