РОЛЬ АВТОМОБИЛЯ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Хронология изобретений
тепловых двигателей

Хронология изобретений тепловых двигателей
1690 – пароатмосферная машина Д.Папена
1705 - пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты
1763-1766 – паровой двигатель И.И.Ползунова
1784 – паровой двигатель Дж.Уатта
1865 – двигатель внутреннего сгорания Н.Отто
1871 – холодильная машина К.Линде
1897 – двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (с самовоспламенением)

Пароатмосферная машина Д.Папена
Создатель первой поршневой паровой машины - 1690 год

Пароатмосферная машина Д.Папена

Пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты
В 1711-1712 гг. английский изобретатель кузнечный мастер Томас Ньюкомен построил первую паровую (пароатмосферную) машину поршневого типа.

Пароатмосферная машина Т.Ньюкомена для подъема воды из шахты

Паровой двигатель И.И.Ползунова
В апреле 1763 г. Ползунов демонстрировал работу огнедействующей машины"
для заводских нужд»

Паровой двигатель Дж.Уатта
В 1781 г. Джеймс Уатт получил патент на изобретение второй модели своей машины.
В 1782 г. эта замечательная машина, первая универсальная паровая машина «двойного действия», была построена.

Паровой двигатель Дж. Уатта

Двигатель внутреннего сгорания Н.Отто
К 1863 году был готов первый образец атмосферного газового двигателя с поршнем от авиационного мотора и ручным стартером, работавшим на смеси бензина и воздуха.

Двигатель внутреннего сгорания Н. Отто

Холодильная машина К.Линде
Назначение премии за изобретение холодильной машины по выкристаллизации парафина побудило профессора в 1870 году вплотную заняться теорией тогда еще не существовавшей холодильной отрасли. Тремя годами позже в аугсбургской пивоварне была опробована первая опытная паровая машина фон Линде, в которой в качестве хладагента использовался метилэфир. Тогда же профессор получил в земле Бавария патент на свое изобретение, а 9 августа 1877 года — уже имперский патент на машину «второй конструкции», работавшую на аммиаке.

Холодильная машина К. Линде

Двигатель внутреннего сгорания Р.Дизеля (с самовоспламенением)
1878 – 1888 гг. Рудольф Дизель работает над созданием двигателя принципиально новой конструкции. В голову ему приходит создание абсорбционного двигателя, работавшего на аммиаке, а в роли топлива должна был выступать специальная пудра, полученная из каменного угля.

Двигатель внутреннего сгорания
Первый четырехтактный ДВС работал на газе. Изобрел его в 1878 году немецкий физик самоучка Николай Отто.

Позже его коллеги Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах
в 1885 году построили карбюраторный ДВС, работавший на бензине.

Карбюраторный ДВС имеет карбюратор-устройство, в которое поступают бензин и воздух, при этом получается горючая смесь.

4 такта двигателя
1 такт-в результате движения поршня вниз происходит всасывания через впускной клапан горючей смеси, выпускной клапан закрыт.
2 такт-поршень сжимает горючую смесь, она нагревается и поджигается электрической искрой от свечи.

3 такт-раскаленные газы-продукты сгорания горючей смеси-давят на поршень и толкают его вниз.Движение поршня с помощью шатуна передается коленчатому валу.
4 такт-поршень поднимается вверх и выталкивает отработанные газы через выпускной клапан,который в это время открывается

График изменения состояния газа в цилиндре ДВС на р,V-диаграмме.
1,2-Впуск
2,3-Сжатие
3,4-Рабочий ход
4,5,6,7-выпуск
р

Малая масса, компактность, сравнительно высокий кпд (25—30%) обусловили широкое применение карбюраторных двигателей. Они приводят в движение автомобили, мотоциклы, моторные лодки, применяются в бензопилах.
Но есть и недостатки: работают на дорогом высококачественном топливе, довольно сложны по конструкции, имеют большую скорость вращения вала двигателя, их выхлопные газы загрязняют атмосферу.

Четырёхтактный дизельный двигатель
Изобретён немецким инженером Рудольфом ДИЗЕЛЕМ(1858 – 1913) в 1897году.

Принципиальное устройство

Первый такт
При ходе поршня вниз через впускной клапан в цилиндр поступает атмосферный воздух.

Второй такт
При ходе поршня вверх воздух адиабатно сжимается до давления примерно 1,2*106 Па, что ведёт к повышению его температуры в конце такта до 500-700 0С.

В сжатый раскалённый воздух впрыскивается с помощью топливного насоса и форсунки дизельное топливо. Из-за высокой температуры оно воспламеняется (причём горит дольше бензина).

Образующиеся при горении газы давят на поршень и производят полезную работу во время движения поршня вниз. Давление расширяющегося газа поддерживается приблизительно постоянным. По окончании горения впрыснутой порции топлива происходит адиабатное расширение газа. В конце такта происходит открытие выпускного клапана, давление падает.
Третий такт

Четвёртый такт
Поршень движется вверх и выталкивает продукты сгорания в атмосферу.

График изменения состояния газа в цилиндре ДД на р,V-диаграмме.
Изобара 1-2 - 1 такт
Изобара 2-3 - 2 такт
Изобара 3-4, изотерма 4-5, изохора5-6 - 3 такт
Изобара 6-7 - 4 такт

Большой КПД (35-40%).
Преимущества дизельного двигателя:
Низкий расход топлива
Дешёвое топливо
Большой крутящий момент
Недостатки дизельного двигателя:
Более низкая мощность, по сравнению с бензиновыми двигателями
Более высокая масса

Перегонка нефти

Крекинг
С16Н34 ------ С8Н18 + С8Н16
С8Н18 ------ С4Н10 + С4Н8
С4Н10 ------ С2Н6 + С2Н4
Бензин 45-55%
Крекинг газы 20- 25%
Газойль 15-25%
Кокс 3-7%
Масла :
цилиндровое, машинное, веретенное, гудрон

Сравнение термического и каталитического крекингов

Нагреватель Т1
Рабочее тело (газ)
Холодильник Т2
Схема теплового двигателя
Q 1
Q 2
A = Q 1 - Q 2

Работа теплового двигателя
характеризуется КПД
КПД=А/Q1*100%=(Q1-Q2)/Q1*100%
Обычно КПД = от 15 до 40%

Ученые
Карно Никола Леонард Сади (1796-1832 г.)- французский физик и инженер. Свои исследования он изложил в сочинении «размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Он предложил идеальную тепловую машину. Суть её проста:
КПД=(Т1-Т2)/Т1*100%, где Т2=0о.К, то КПД=100%=1. Но это невозможно, так как максимальное КПД=62%, при Т1=800о.К, Т2=300о.К.

Участок авс – расширение
Работа А = площади Sabcef
Участок adc- сжатие
А’= Sadcef
Аполез.= А-А’= S abcef

Токсичность соединений свинца
Рb(С2Н5)4
Действует на нервную систему
Вызывает умственную отсталость
Заболевания мозга
Дезактивирует ферменты
Pb(C2H5)4 + 4KI ------ 4 C2H5K + PbI4
Pb4+ + 4I- ------ PbI 4
желтого цвета
Безопасный уровень в крови
0,2- 0,8×10-4 %

Состав отработанных газов автомобильных двигателей

Альтернативные виды топлива
Газовое топливо
2С4Н10 + 13О2 = 8СО2 + 10Н2О
Этиловый спирт
С2Н5ОН + 3О2 = 2СО2 + 3Н2О
Водород
2Н2 + О2 = 2Н2О
Биогаз
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

Меры по снижению вредных выбросов автомобилей
Равномерное движение машин, ликвидация заторов
Установление предельной скорости движения в городе 60 км/ч
Вывод из городской черты грузовых потоков
Своевременное устранение неисправности двигателей