Проектная работа "Двигатель внутреннего сгорания"

Слайд 1

г. Приморско-Ахтарск Краснодарского края Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №22 им. Героя России В.Е.Едаменко Индивидуальный проект «Двигатель внутреннего сгорания» Выполнил: Ф И О Ученик _____ класса Руководитель: Жавнер Ольга Владимировна, учитель физики 2024-2025 учебный год

Слайд 2

Актуальность: двигатель внутреннего сгорания – неотъемлемая часть не только промышленности, но и нашей повседневной жизни. Цель: изучить строение двигателя внутреннего сгорания и принцип его работы. Задачи: 1. Объяснить, как работает данный вид двигателя. 2 . Рассказать, как двигатель внутреннего сгорания взаимодействует с автомобилем. 3. Узнать о вреде и пользе двигателя внутреннего сгорания. 4. Обобщить знания о тепловых двигателях. Гипотеза: ДВС негативно влияет на окружающую среду, так как углеводороды, которые должны разделяться на воду и углекислый газ, полностью не сгорают и выбрасываются в атмосферу вместе с вредными веществами. Проблема: Значительные выбросы углекислого газа в атмосферу, что влечёт за собой экологические проблемы. Из-за потерь тепла КПД тепловых двигателей составляет менее 40%, что усиливает парниковый эффект. Практическая значимость , заключается в том, что полученная в ходе исследования информация способна углубить знания обучающихся о тепловом двигателе. Методы исследования: эксперимент, моделирование, анализ и обобщение. Объект исследования: двигатель внутреннего сгорания. Предмет исследования : строение, виды, принцип работы - двигателя внутреннего сгорания.

Слайд 3

Глава I. Теория 1.1. Понятие о двигателе внутреннего сгорания . ДВС (двигатель внутреннего сгорания) — один из самых распространенных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает прямо внутри него – во внутренней камере. ДВС работает, благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения расширяется, и высвобождается энергия. 1.2 . Первый двигатель внутреннего сгорания. Первый двигатель внутреннего сгорания создал французский ученый де Ривас. Это произошло в 1807 году. В рабочем цилиндре устройства присутствовала смесь на основе воздуха и водорода. Она зажигалась электрической искрой от батареи Вольта. После подрыва состав расширялся, создавал в цилиндре высокое давление и подбрасывал поршень. (после отработки газ выпускался.) При этом под поршнем появлялся вакуум. Под влиянием атмосферного давления и собственного веса поршень падал. После чего он возвращался в первоначальную позицию 1.3 . Труды Жан Ленура . Первый двухтактный газовый ДВС был сконструирован Жан Ленуаром в 1860 году. Его мощность составляла 8,8 киловатта, что эквивалентно 11,97 лошадиных сил. Устройство представляло собой горизонтальную машину двойного действия, которая работала на одном цилиндре. В основе ее функционирования находилась смесь воздуха и светильного газа. Конструкция двигателя базировалась на применении кривошипно-шатунного механизма. При этом КПД достигал не более 4,65 %. Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара все же обрел широкое применение. Его использовали для лодок.

Слайд 4

1.4 . Устройство двигателя внутреннего сгорания . Корпус двигателя объединяет в единый организм: блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни , кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал , газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов; система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси; система удаления продуктов горения (выхлопных газов). 1.5 . Принцип работы двухтактного двигателя. При запуске двигателя в цилиндры через впускные клапаны подается горючая смесь, которая поджигается искрой свечи. В результате сгорания и расширения газов поршень перемещается, передавая механическую энергию коленвалу. Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания циклична, циклы повторяются сотни раз в минуту. 1.6 . Принцип механизма работы четырёхтактного двигателя. При помощи газораспределительного обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов. Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. Такт первый – впуск в цилиндр топливно-воздушной смеси. Такт второй – сжатие топливно-воздушной смеси . Такт третий – рабочий ход , топливо воспламеняется , давление газов возрастает и толкает поршень вниз. Такт четвёртый – выпуск , отработавшие газы вытесняются из цилиндра через выпускной клапан.

Слайд 5

1.7. Недостатки двигателя внутреннего сгорания. К недостаткам ДВС можно отнести следующее: 1. Значительные выбросы углекислого газа в атмосферу , лишь 15% топлива используется для движения автомобиля , остальное выбрасывается в окружающую среду. 2. Низкий КПД (коэффициент полезного действия). По сравнению с электродвигателями КПД которых достигает 90-95% , КПД ДВС составляет 20-25% у бензиновых , до 45% у дизельных. Связано это с тем , что большую часть энергии ДВС преобразовывает в тепло. Также неполное сгорание топливно-воздушной смеси (-25% КПД) , порядка 20% тратятся на трение внутренних частей автомобиля. 3. Высокая стоимость топлива. Множество бензиновых двигателей потребляет бензин с октановым числом 92 , 95 , - цены на которые постоянно растут. 1.8. Применение двигателей внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания устанавливают чаще всего на автомобили , мотоциклы , тепловозы , теплоходы , самолёты и на вертолёты. Также двигатели внутреннего сгорания широко распространены в военной технике: танки , истребители , бомбардировщики , а также подводные лодки. ДВС также используется в бензокосилках , бензопилах и т.п.)

Слайд 6

Глава II. Практическая часть. 2.1. Опыт. Работа газа при расширении. Нальём в пробирку немного воды, затем плотно закроем её пробкой и доведём воду до кипения. В последующие секунды видно, как под действием давления пара пробка выскочила. В этом случае, энергия пара, а пар расширяясь, совершил работу – вытеснил пробку. Внутренняя энергия пара превратилась в кинетическую энергию пробки. Если заменить пробирку металлическим цилиндром, а пробку – плотно пригнанным поршнем, который может двигаться вдоль цилиндра, то мы получим простейший тепловой двигатель, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Слайд 7

2.2. Такты двигателя внутреннего сгорания. Такт первый. Впуск. Поршень движется вниз от верхней мёртвой точки (ВМТ) к нижней мёртвой точке (НМТ). Впускной клапан открыт, выпускной закрыт. В цилиндр засасывается топливно-воздушная смесь (в бензиновых двигателях) или воздух (в дизельных двигателях). Такт второй. Сжатие. Поршень движется вверх от НМТ к ВМТ. Оба клапана закрыты. Топливно-воздушная смесь сжимается, что повышает её температуру и давление. Такт третий. Рабочий ход. (расширение) В конце такта сжатия происходит воспламенение смеси (искра в бензиновом двигателе или самовоспламенение в дизеле). Давление газов резко возрастает и толкает поршень вниз от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Оба клапана закрыты. Такт четвёртый. Выпуск. Поршень движется вверх от НМТ к ВМТ. Выпускной клапан открыт, впускной закрыт. Отработавшие газы вытесняются из цилиндра через выпускной клапан. Таким образом, за четыре такта поршень совершает два полных хода (вниз и вверх), а двигатель выполняет полный цикл работы, обеспечивая преобразование химической энергии топлива в механическую работу.

Слайд 8

2.3. Результат исследования. Исходя из проведенного опыта , я доказал , что газ при изменении объема совершает работу. Например , при нагревании расширяясь и передвигая поршень. Заключение . Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) преобразует химическую энергию топлива в механическую работу, обеспечивая движение автомобилей, самолетов и других механизмов. Однако у ДВС есть недостатки: 1. Выбросы углекислого газа и загрязняющих веществ ухудшают климат и качество воздуха. 2. Эффективность составляет лишь 30-40%, что приводит к потерям энергии. 3. Зависимость от бензина и дизельного топлива делает их уязвимыми к колебаниям цен на нефть. В последние годы растет интерес к альтернативным источникам энергии, таким как электрические двигатели и водородные топливные элементы, которые предлагают более чистые и эффективные решения.

Слайд 9

Благодарю за внимание!