Premier moteur combustion interne(ICE) a été inventé par l'ingénieur français Lenoir en 1860. Ce moteur était à bien des égards identique à une machine à vapeur, fonctionnant au gaz d'éclairage dans un cycle à deux temps sans compression. La puissance d'un tel moteur était d'environ 8 ch, le rendement était d'environ 5 %. Ce moteur Lenoir était très volumineux et n'a donc pas trouvé d'utilisation ultérieure.
7 ans plus tard, l'ingénieur allemand N. Otto (1867) crée un moteur à allumage par compression 4 temps. Ce moteur avait une puissance de 2 ch, avec une vitesse de rotation de 150 tr/min et était déjà produit en série.
moteur 10 ch avait un rendement de 17%, une masse de 4600 kg et était largement utilisé. Au total, plus de 6 000 de ces moteurs ont été produits.
En 1880, la puissance du moteur fut portée à 100 ch.
Fig 3. Moteur Lenoir : 1 – tiroir ; 2 – cavité de refroidissement du cylindre : 3 – bougie d'allumage : 4 – piston : 5 – tige de piston : 6 – bielle : 7 – plaques de contact d'allumage : 8 – tige de bobine : 9 – vilebrequin avec volants d'inertie : 10 – excentrique de tige de bobine.
En 1885, en Russie, le capitaine de la flotte balte I.S. Kostovich créa un moteur de 80 ch pour l'aéronautique. avec une masse de 240 kg. Au même moment, en Allemagne, G. Daimler et, indépendamment de lui, K. Benz créaient un moteur de faible puissance pour les véhicules automoteurs - les voitures. Cette année marque le début de l’ère de l’automobile.
Fin du 19ème siècle. L'ingénieur allemand Diesel a créé et breveté un moteur, qui a ensuite commencé à être appelé moteur Diesel en l'honneur de l'auteur. Le carburant du moteur diesel était fourni au cylindre air comprimé du compresseur et s'est enflammé par compression. Le rendement d'un tel moteur était d'environ 30 %.
Il est intéressant de noter que quelques années avant Diesel, l'ingénieur russe Trinkler a développé un moteur fonctionnant au pétrole brut selon cycle mixte- sur lequel fonctionnent tous les moteurs diesel modernes, mais il n'était pas breveté et peu de gens connaissent désormais le nom de Trinkler.
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Moteurs à combustion interne
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Le rôle et l'application des moteurs à combustion interne dans la construction
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25 à 35 % de la chaleur totale est évacuée par le système de refroidissement. L'efficacité et la fiabilité du système de refroidissement dépendent en grande partie de la qualité du liquide de refroidissement. Exigences de refroidissement
Avec possession
Introduction………………………………………………………………………………….2
1. Histoire de la création……………………………………………………………….…..3
2. Histoire de l'industrie automobile en Russie…………………………7
3. Moteurs à combustion interne à pistons………………………8
3.1 Classement CIE ………………………………………….8
3.2 Fondements de la conception des moteurs à combustion interne à pistons………………………9
3.3 Principe de fonctionnement………………………………………………………..10
3.4 Principe de fonctionnement d'un moteur à carburateur quatre temps………………………………………………………………10
3.5 Principe de fonctionnement d'un moteur diesel à quatre temps……………11
3.6 Principe de fonctionnement d'un moteur deux temps…………….12
3.7 Cycle de fonctionnement des moteurs à carburateur à quatre temps et des moteurs diesel………………………………………….………….13
3.8 Cycle de service d'un moteur à quatre temps………………14
3.9 Cycles de service de deux moteurs à course………………...15
Conclusion……………………………………………………………..16
Introduction.
Le 20ème siècle est un monde de technologie. De puissantes machines extraient des millions de tonnes de charbon, de minerai et de pétrole des profondeurs de la terre. Les centrales électriques puissantes génèrent des milliards de kilowattheures d’électricité. Des milliers d'usines et d'usines produisent des vêtements, des radios, des téléviseurs, des vélos, des voitures, des montres et d'autres produits nécessaires. Le télégraphe, le téléphone et la radio nous relient au monde entier. Trains, navires, avions avec grande vitesse nous transporte à travers les continents et les océans. Et bien au-dessus de nous, en dehors de l’atmosphère terrestre, volent des fusées et des satellites artificiels terrestres. Tout cela fonctionne à l'aide de l'électricité.
L’homme a commencé son développement par l’appropriation des produits finis de la nature. Dès la première étape de développement, il a commencé à utiliser des outils artificiels.
Avec le développement de la production, les conditions commencent à émerger pour l'émergence et le développement des machines. Au début, les machines, comme les outils, ne faisaient qu’aider l’homme dans son travail. Puis ils ont commencé à le remplacer progressivement.
À l’époque féodale de l’histoire, la force de l’écoulement de l’eau a été utilisée pour la première fois comme source d’énergie. Le mouvement de l’eau faisait tourner la roue hydraulique, qui à son tour alimentait divers mécanismes. Durant cette période, de nombreuses machines technologiques différentes sont apparues. Cependant, l'utilisation généralisée de ces machines était souvent entravée par le manque de débit d'eau à proximité. Il fallait rechercher de nouvelles sources d'énergie pour alimenter les machines partout sur la surface de la Terre. Ils ont essayé l’énergie éolienne, mais elle s’est révélée inefficace.
Ils ont commencé à chercher une autre source d'énergie. Les inventeurs ont travaillé longtemps, testé de nombreuses machines - et finalement, nouveau moteur a été construit. C'était une machine à vapeur. Elle mettait en mouvement de nombreuses machines et machines dans les usines et les usines. Au début du XIXe siècle, les premières machines à vapeur terrestres furent inventées. Véhicules- les locomotives à vapeur.
Mais les machines à vapeur étaient des installations complexes, encombrantes et coûteuses. Le transport mécanique en développement rapide avait besoin d'un moteur différent - petit et bon marché. En 1860, le Français Lenoir, utilisant éléments structurels machine à vapeur, Gaz Combustible et une étincelle électrique pour l'allumage, conçue par le premier chercheur utilisation pratique Moteur à combustion interne.
1. HISTOIRE DE LA CRÉATION
Utiliser l’énergie interne signifie effectuer un travail utile en l’utilisant, c’est-à-dire convertir l’énergie interne en énergie mécanique. Dans l'expérience la plus simple, qui consiste à verser de l'eau dans un tube à essai et à le porter à ébullition (le tube à essai est initialement fermé par un bouchon), le bouchon, sous la pression de la vapeur résultante, se soulève et ressort.
En d'autres termes, l'énergie du carburant est convertie en énergie interne de la vapeur, et la vapeur, en se dilatant, fonctionne en faisant tomber le bouchon. C'est ainsi que l'énergie interne de la vapeur est convertie en énergie cinétique du bouchon.
Si le tube à essai est remplacé par un cylindre métallique solide et le bouchon par un piston qui s'adapte étroitement aux parois du cylindre et peut se déplacer librement le long d'elles, vous obtiendrez alors le moteur thermique le plus simple.
Les moteurs thermiques sont des machines dans lesquelles l'énergie interne du carburant est convertie en énergie mécanique.
L'histoire des machines thermiques remonte à loin, dit-on, il y a plus de deux mille ans, au 3ème siècle avant JC, le grand mécanicien et mathématicien grec Archimède construisit un canon qui tirait à la vapeur. Un dessin du canon d'Archimède et sa description ont été retrouvés 18 siècles plus tard dans les manuscrits du grand scientifique, ingénieur et artiste italien Léonard de Vinci.
Comment cette arme a-t-elle tiré ? Une extrémité du canon était fortement chauffée au feu. Ensuite, de l'eau était versée dans la partie chauffée du baril. L'eau s'est instantanément évaporée et s'est transformée en vapeur. La vapeur, en expansion, éjecta le noyau avec force et rugissement. Ce qui nous intéresse ici, c'est que le canon du canon était un cylindre le long duquel le boulet de canon glissait comme un piston.
Environ trois siècles plus tard, à Alexandrie, ville culturelle et riche de la côte africaine de la mer Méditerranée, vivait et travaillait l'éminent scientifique Héron, que les historiens appellent Héron d'Alexandrie. Héron a laissé plusieurs ouvrages qui nous sont parvenus, dans lesquels il décrit diverses machines, appareils, mécanismes connus à l'époque.
Dans les écrits de Heron, il y a une description d'un appareil intéressant, qui s'appelle maintenant la balle de Heron. Il s’agit d’une boule de fer creuse fixée pour pouvoir tourner autour d’un axe horizontal. D'un chaudron fermé avec de l'eau bouillante, la vapeur pénètre dans le ballon par un tube, s'échappe du ballon par des tubes incurvés et le ballon commence à tourner. L'énergie interne de la vapeur est convertie en énergie mécanique de rotation de la bille. Le ballon Heron est un prototype de moteurs à réaction modernes.
A cette époque, l'invention de Heron n'était pas utilisée et restait seulement amusante. 15 siècles se sont écoulés. Au cours de la nouvelle floraison de la science et de la technologie qui a suivi le Moyen Âge, l'utilisation de énergie interne le couple contemple Léonard de Vinci. Ses manuscrits contiennent plusieurs dessins d'un cylindre et d'un piston. Il y a de l'eau dans le cylindre sous le piston et le cylindre lui-même est chauffé. Léonard de Vinci a supposé que la vapeur formée à la suite du chauffage de l'eau, se dilatant et augmentant en volume, chercherait une issue et pousserait le piston vers le haut. Lors de son mouvement ascendant, le piston pourrait effectuer un travail utile.
Giovanni Branca, qui a vécu au siècle du grand Léonard, a imaginé un moteur utilisant l'énergie de la vapeur d'une manière quelque peu différente. C'était une roue avec
pales, un jet de vapeur frappa la seconde avec force, provoquant la mise en rotation de la roue. Il s’agissait essentiellement de la première turbine à vapeur.
Aux XVIIe et XVIIIe siècles, les Anglais Thomas Savery (1650-1715) et Thomas Newcomen (1663-1729), le Français Denis Papin (1647-1714), le scientifique russe Ivan Ivanovitch Polzunov (1728-1766) et d'autres ont travaillé sur l'invention de la machine à vapeur.
Papin a construit un cylindre dans lequel un piston se déplaçait librement de haut en bas. Le piston était relié par un câble, lancé sur un bloc, à une charge qui, suivant le piston, montait et descendait également. Selon Papin, le piston pourrait être connecté à une machine, par exemple une pompe à eau, qui pomperait de l'eau. Du Popox a été versé dans la partie inférieure articulée du cylindre, qui a ensuite été incendiée. Les gaz résultants, essayant de se dilater, poussèrent le piston vers le haut. Après cela, le cylindre et le piston ont été aspergés d'eau de diode de l'extérieur. Les gaz dans le cylindre se sont refroidis et leur pression sur le piston a diminué. Le piston, sous l'influence de son propre poids et de la pression atmosphérique externe, descendit, soulevant la charge. Le moteur faisait un travail utile. D'un point de vue pratique, il était inadapté : le cycle technologique de son fonctionnement était trop compliqué (remplissage et allumage de la poudre, arrosage avec de l'eau, et ce pendant tout le fonctionnement du moteur !). De plus, l’utilisation d’un tel moteur était loin d’être sûre.
Cependant, on ne peut s’empêcher de voir les caractéristiques de la première voiture de Palen moteur moderne combustion interne.
Dans son nouveau moteur, Papin utilisait de l'eau au lieu de la poudre à canon. Il était versé dans le cylindre sous le piston et le cylindre lui-même était chauffé par le bas. La vapeur qui en résulte souleva le piston. Ensuite, le cylindre a été refroidi et la vapeur qu’il contenait s’est condensée et est redevenue de l’eau. Le piston, comme dans le cas d'un moteur à poudre, tombait sous l'influence de son poids et de la pression atmosphérique. Ce moteur fonctionnait mieux qu'un moteur à poudre, mais il était également de peu d'utilité pour une utilisation pratique sérieuse : il fallait appliquer et retirer le feu, fournir de l'eau refroidie, attendre que la vapeur se condense, couper l'eau, etc.
Tous ces inconvénients étaient dus au fait que la préparation de la vapeur nécessaire au fonctionnement du moteur avait lieu dans le cylindre lui-même. Mais que se passe-t-il si de la vapeur prête à l'emploi, obtenue par exemple dans une chaudière séparée, est introduite dans le cylindre ? Il suffirait alors d'admettre alternativement de la vapeur et de l'eau refroidie dans le cylindre, et le moteur fonctionnerait avec vitesse plus élevée et une consommation de carburant réduite.
Le contemporain de Denis Palen, l'Anglais Thomas Severi, l'a deviné et a construit une pompe à vapeur pour pomper l'eau de la mine. Dans sa machine, la vapeur était préparée à l'extérieur du cylindre, dans la chaudière.
À la suite de Severi, le forgeron anglais Thomas Newcomen a construit une machine à vapeur (également adaptée pour pomper l'eau d'une mine). Il a habilement utilisé une grande partie de ce qui avait été inventé avant lui. Newcomen a pris un cylindre avec un piston Papen, mais a reçu de la vapeur pour soulever le piston, comme Severi, dans une chaudière séparée.
La machine de Newcomen, comme tous ses prédécesseurs, fonctionnait par intermittence - il y avait une pause entre deux courses de travail du piston. C'était la hauteur d'un immeuble de quatre à cinq étages et, par conséquent, exclusivement<прожорлива>: une cinquantaine de chevaux ont à peine eu le temps de lui livrer du carburant. Le personnel de service était composé de deux personnes : le pompier jetait continuellement du charbon dans le<ненасытную пасть>les foyers, et le mécanicien actionnait les vannes qui permettaient à la vapeur et à l'eau froide d'entrer dans le cylindre.
Les gens fabriquent des voitures depuis plus d’un siècle et sous presque tous les capots se trouvent un moteur à combustion interne. Au cours des dernières années, le principe de son fonctionnement est resté inchangé : l'oxygène et le carburant pénètrent dans les cylindres du moteur, où se produit une explosion (allumage), entraînant Unité de puissance une force est générée qui fait avancer la voiture. Mais depuis l’apparition du moteur à combustion interne (ICE), chaque année, les ingénieurs l’ont perfectionné pour le rendre plus rapide, plus fiable, plus économique et plus efficace.
Grâce à cela aujourd'hui tout voitures modernes est devenu plus puissant et plus économique. Quelques voitures régulières Aujourd’hui, ils disposent d’une puissance que l’on ne trouvait jusqu’à récemment que dans les supercars puissantes et coûteuses. Mais sans d’énormes avancées, nous posséderions encore aujourd’hui des voitures de faible puissance et énergivores qui ne vous mèneront pas très loin de la station-service. Heureusement, de telles technologies révolutionnaires ont été découvertes à plusieurs reprises. nouvelle étape dans le développement des moteurs à combustion interne. Nous avons décidé de rappeler les dates les plus importantes dans l'évolution du développement des moteurs à combustion interne. Les voici.
1955 : injection de carburant
Avant l'avènement de l'injection de carburant, le processus d'entrée du carburant dans la chambre de combustion du moteur était imprécis et mal contrôlé, car il était alimenté via un carburateur qui nécessitait constamment un nettoyage et des réglages mécaniques complexes périodiques. Malheureusement, l'efficacité des carburateurs était affectée par les conditions météorologiques, la température, la pression de l'air dans l'atmosphère et même l'altitude au-dessus du niveau de la mer où se trouvait la voiture. Avec l'avènement de injection électronique carburant (injecteur), le processus d'approvisionnement en carburant est devenu plus contrôlé. De plus, avec l'avènement de l'injecteur, les propriétaires de voitures se sont débarrassés de la nécessité de contrôler manuellement le processus de réchauffement du moteur en ajustant la soupape d'étranglement en utilisant "l'aspiration". Pour ceux qui ne savent pas ce qu'est une aspiration :
Le starter est un bouton de commande pour le dispositif de démarrage du carburateur, à l'aide duquel voitures à carburateur il fallait réguler l'enrichissement du carburant en oxygène. Donc, si tu cours moteur froid, puis sur les voitures à carburateur, il est nécessaire d'ouvrir le "starter", enrichissant le carburant en oxygène plus que nécessaire sur un moteur chaud. Au fur et à mesure que le moteur se réchauffe, vous devez fermer progressivement le bouton de réglage du démarreur du carburateur, ramenant l'enrichissement en oxygène du carburant aux valeurs normales.
Aujourd’hui, une telle technologie semble naturellement antédiluvienne. Mais tout récemment, la plupart des voitures dans le monde étaient équipées systèmes de carburateur réserve de carburant. Ceci malgré le fait que la technologie d'injection de carburant à l'aide d'un injecteur est apparue dans le monde en 1955, lorsque l'injecteur a été utilisé pour la première fois sur une voiture (ce système d'alimentation en carburant était auparavant utilisé dans les avions).
Cette année, l'injecteur a été testé sur une voiture de sport Mercedes-Benz 300SLR, capable de parcourir près de 1 600 km sans tomber en panne. La voiture a parcouru cette distance en 10 heures, 7 minutes et 48 secondes. Le test a eu lieu dans le cadre de la course automobile régulière Thousand Mile. Cette voiture a établi un record du monde.
À propos, la Mercedes-Benz 300SLR n'était pas seulement la toute première voiture de série dotée injection carburant développé par Bosch, mais aussi le plus voiture rapide dans le monde à cette époque.
Deux ans plus tard, Chevrolet présente la voiture de sport Corvette à injection de carburant (système Rochester Ramjet). En conséquence, cette voiture est devenue plus rapide que la pionnière Mercedes-Benz 300SLR.
Mais malgré le succès de système unique Injection de carburant Rochester Ramjet, à savoir systèmes d'injection électronique Bosch (avec contrôlé électroniquement) ont commencé leur offensive à travers le monde. En conséquence, en peu de temps, l'injection de carburant développée par Bosch a commencé à apparaître sur de nombreux modèles. Voitures européennes. Dans les années 1980 systèmes électroniques l'injection de carburant (injecteur) a balayé le monde entier.
1962 : turbocompression
Le turbocompresseur est l’un des joyaux les plus précieux des moteurs à combustion interne. Le fait est que la turbine qui alimente plus d'air dans les cylindres du moteur, une fois autorisé
Pendant la Seconde Guerre mondiale, les avions de combat à 12 cylindres pouvaient voler plus haut, plus vite, plus loin et utiliser un carburant moins cher.
En conséquence, comme de nombreuses technologies, le système de turbine est passé de la technologie aéronautique à l’industrie automobile. Ainsi, en 1962, les premières voitures de série équipées d'un turbocompresseur ont été introduites dans le monde. Ils sont devenus, ou Saab 99.
Après quoi General Motors a essayé de développer davantage cette technologie pour suralimenter les moteurs à combustion interne en utilisant voitures particulières. Ainsi, l'Oldsmobile Jetfire était dotée de la technologie « Turbo Rocket Fluid », qui, en plus de la turbine, utilisait un réservoir d'essence et de l'eau distillée pour augmenter la puissance du moteur. C'était vraiment fantastique. Mais GM a ensuite abandonné cette technologie complexe, coûteuse et dangereuse. Le fait est qu'à la fin des années 1970, des sociétés telles que MW, Saab et Porsche, ayant remporté les premières places dans de nombreuses courses automobiles mondiales, ont prouvé la valeur des turbines dans le sport automobile. Aujourd'hui, les turbines sont arrivées sur les voitures ordinaires et dans un avenir proche, elles en enverront des ordinaires. moteurs atmosphériquesà la retraite.
1964 : moteur rotatif
Le seul moteur capable de véritablement briser le moule du moteur à combustion interne conventionnel était le moteur rotatif miracle de l'ingénieur Felix Wankel. La forme de son moteur à combustion interne n’avait rien de commun avec le moteur auquel nous sommes habitués. est un triangle à l’intérieur d’un ovale, tournant avec une force diabolique. De par sa conception, un moteur rotatif est plus léger, moins complexe et plus puissant qu’un moteur à combustion interne conventionnel doté de pistons et de soupapes.
Les moteurs rotatifs ont été les premiers à être utilisés dans les voitures de série Entreprise Mazda et le constructeur automobile allemand NSU, aujourd’hui disparu.
La toute première voiture de série équipée d'un moteur rotatif Wankel fut la NSU Spider, dont la production a commencé en 1964.
Mazda a ensuite commencé la production de ses voitures équipées d'un moteur rotatif. Mais en 2012, elle a arrêté de consommer moteurs rotatifs. Le dernier modèle équipé d'un moteur rotatif était le .
Mais récemment, en 2015, Mazda a présenté au Salon automobile de Tokyo le concept-car RX-Vision 2016, qui utilise un moteur rotatif. En conséquence, des rumeurs ont commencé à circuler dans le monde entier selon lesquelles les Japonais envisageaient de relancer les voitures rotatives dans les années à venir. On pense qu'une équipe spécialisée d'ingénieurs Mazda travaille actuellement à huis clos quelque part à Hiroshima pour créer la prochaine génération. moteurs rotatifs, qui devraient devenir les principaux moteurs de toutes les futures nouvelles Modèles Mazda, inaugurant une nouvelle ère de renouveau pour l’entreprise.
1981 : Technologie de désactivation des cylindres du moteur
L'idée est simple. Moins il y a de cylindres en marche dans le moteur, moins il y en a. Naturellement, le moteur V8 est bien plus gourmand que le quatre cylindres. On sait également que lorsqu’ils utilisent une voiture, la plupart du temps, les gens utilisent la voiture en ville. Il est logique que si une voiture est équipée de moteurs à 8 ou 6 cylindres, alors lors de la conduite en ville, tous les cylindres du moteur ne sont, en principe, pas nécessaires. Mais comment pouvez-vous simplement transformer un moteur 8 cylindres en moteur quatre cylindres alors que vous n'avez pas besoin d'utiliser tous les cylindres pour la puissance ? Cadillac a décidé de répondre à cette question en 1981, en introduisant un moteur doté d'un système de désactivation 8-6-4 cylindres. Ce moteur utilisait des solénoïdes à commande électromagnétique pour fermer les soupapes sur deux ou quatre cylindres du moteur.
Cette technologie était censée améliorer l'efficacité des moteurs, par ex. Mais le manque de fiabilité et la maladresse de ce moteur doté d'un système de désactivation des cylindres ont effrayé tous les constructeurs automobiles qui, pendant 20 ans, ont eu peur d'utiliser ce système dans leurs moteurs.
Mais aujourd’hui, ce système recommence à conquérir le monde de l’automobile. Aujourd'hui, plusieurs constructeurs automobiles utilisent déjà ce système sur leurs véhicules de série. De plus, la technologie a très, très bien fait ses preuves. Le plus intéressant est que ce système continue de se développer. Par exemple, cette technologie pourrait bientôt apparaître sur les moteurs quatre cylindres, voire trois cylindres. C'est fantastique!
2012 : moteur haute compression - allumage par compression essence
La science ne reste pas immobile. Si la science ne s'était pas développée, nous vivrions encore aujourd'hui au Moyen Âge et croirions aux sorciers, aux diseurs de bonne aventure et au fait que la terre est plate (même si aujourd'hui il y a encore beaucoup de gens qui croient à de telles absurdités).
La science ne reste pas immobile dans l’industrie automobile. Ainsi, en 2012, une autre technologie révolutionnaire est apparue dans le monde, qui changera peut-être très bientôt le monde entier.
Nous parlons de moteurs avec un taux de compression élevé.
Nous savons que moins nous comprimons l'air et le carburant à l'intérieur d'un moteur à combustion interne, moins nous obtenons d'énergie au moment où mélange de carburant s'enflamme (explose). Par conséquent, les constructeurs automobiles ont toujours essayé de fabriquer des moteurs avec un taux de compression assez élevé.
Mais il y a un problème : plus le taux de compression est élevé, plus le risque d'auto-inflammation du mélange carburé est grand.
Par conséquent, en règle générale, les moteurs à combustion interne ont certaines limites dans le taux de compression, qui est resté inchangé tout au long de l'histoire de l'industrie automobile. Oui, chaque moteur a son propre taux de compression. Mais elle ne change pas.
Dans les années 1970, l’essence sans plomb était répandue dans le monde entier et produisait d’énormes quantités de smog lorsqu’elle était brûlée. Pour faire face d'une manière ou d'une autre au terrible respect de l'environnement, les constructeurs automobiles ont commencé à utiliser des moteurs V8 à faible taux de compression. Cela réduit le risque d'auto-inflammation du carburant Basse qualité dans les moteurs, et améliorent également leur fiabilité. Le fait est que si le carburant s’enflamme spontanément, le moteur peut subir des dommages irréparables.
Le principal dispositif de tout véhicule, y compris les véhicules terrestres, est la centrale électrique, un moteur qui convertit divers types d'énergie en travail mécanique.
Au cours du développement historique des moteurs de transport, le travail mécanique du mouvement était réalisé grâce à l'utilisation de :
1) la force musculaire des humains et des animaux ;
2) les forces du vent et les débits d’eau ;
3) l'énergie thermique de la vapeur et divers types combustibles gazeux, liquides et solides;
4) énergie électrique et chimique ;
5) énergie solaire et nucléaire.
Les tentatives de construction de véhicules automoteurs remontent déjà aux XVe et XVIe siècles. Il est vrai que la puissance musculaire de ces « véhicules » était la force musculaire humaine. L'une des premières unités automotrices assez connues dotées d'un «moteur musculaire» est la voiture à entraînement manuel de l'horloger sans jambes de Nuremberg Stefan Farfler, qu'il a construite en 1655.
Le plus célèbre en Russie était la « calèche autonome », construite à Saint-Pétersbourg par le paysan L. L. Shamshurenkov en 1752.
Cette voiture, assez spacieuse pour transporter plusieurs personnes, était mue par la puissance musculaire de deux personnes. Le premier vélo à pédales en métal, de conception proche des vélos modernes, a été fabriqué par le paysan serf du district de Verkhotrussky de la province de Perm, Artamonov, au tournant des XVIIIe et XIXe siècles.
Les centrales électriques les plus anciennes, bien qu'elles ne soient pas des centrales de transport, sont des moteurs hydrauliques - des roues hydrauliques entraînées par le débit (poids) de l'eau qui tombe, ainsi que des moteurs éoliens. Depuis l’Antiquité, la puissance des vents a été utilisée pour propulser les voiliers, et bien plus tard, les bateaux rotatifs. L'utilisation du vent dans les navires rotatifs était réalisée à l'aide de colonnes rotatives verticales qui remplaçaient les voiles.
Apparition au XVIIe siècle. les moteurs à eau, puis à vapeur, ont joué un rôle important dans l’origine et le développement de la production manufacturière, puis dans la révolution industrielle. .Cependant, les grands espoirs des inventeurs équipages automoteurs l'utilisation des premières machines à vapeur pour les véhicules n'était pas justifiée. Le premier véhicule automoteur à vapeur d'une capacité de charge de 2,5 tonnes, construit en 1769 par l'ingénieur français Joseph Cagno, s'est avéré très volumineux, lent et nécessitant des arrêts obligatoires toutes les 15 minutes de mouvement.
Seulement à la fin du 19ème siècle. En France, des exemples très réussis de voitures automotrices équipées de moteurs à vapeur ont été créés. À partir de 1873, le designer français Ademé Bole a construit plusieurs machines à vapeur avec succès. En 1882 apparaissent les wagons à vapeur Dion-Bouton,
et en 1887 - les voitures de Léon Serpole, surnommé « l'apôtre de la vapeur ». La chaudière à tubes plats créée par Serpol était un générateur de vapeur très avancé avec une évaporation de l'eau quasi instantanée.
Les voitures à vapeur de Serpol rivalisaient avec voitures à essence dans de nombreuses courses et compétitions de vitesse jusqu'en 1907. Parallèlement, l'amélioration des moteurs à vapeur en tant que moteurs de transport se poursuit aujourd'hui dans le sens d'une réduction de leurs indicateurs de poids et de taille et d'une augmentation de l'efficacité.
Amélioration des machines à vapeur et développement des moteurs à combustion interne dans la seconde moitié du XIXe siècle. s'est accompagnée de tentatives d'un certain nombre d'inventeurs visant à utiliser l'énergie électrique pour les moteurs de transport. À la veille du troisième millénaire, la Russie a célébré le centenaire de l'utilisation du transport électrique terrestre urbain - le tramway. Il y a un peu plus de cent ans, dans les années 80 du XIXe siècle, apparaissaient les premières voitures électriques. Leur apparition est associée à la création dans les années 1860 batteries au plomb. Cependant, une densité trop élevée et une capacité insuffisante n'ont pas permis aux véhicules électriques de rivaliser avec les véhicules électriques. machines à vapeur et les moteurs gaz-essence. Les véhicules électriques équipés de batteries argent-zinc plus légères et plus denses en énergie ne sont pas non plus largement utilisés. En Russie, le talentueux designer I.V. Romanov a créé à la fin du 19ème siècle. plusieurs types de véhicules électriques avec des batteries assez légères.
Les voitures électriques présentent des avantages assez importants. Tout d'abord, ils sont respectueux de l'environnement, puisqu'ils n'ont pas les gaz d'échappement, ont de très bonnes caractéristiques de traction et des accélérations élevées en raison de l'augmentation du couple à mesure que la vitesse diminue ; ils utilisent de l'électricité bon marché, sont faciles à utiliser, fiables en fonctionnement », etc. Aujourd'hui, les voitures et trolleybus électriques ont de sérieuses perspectives pour leur développement et leur utilisation dans les transports urbains et suburbains en raison de la nécessité de résoudre radicalement les problèmes de réduction de la pollution de l'environnement.
Tentatives de création moteurs à pistons la combustion interne a été entreprise à la fin du XVIIIe siècle. Ainsi, en 1799, l'Anglais D. Barber proposa un moteur fonctionnant avec un mélange d'air et de gaz obtenu par distillation du bois. Un autre inventeur du moteur à gaz, Etienne Lenoir, utilisait le gaz d'éclairage comme combustible.
En 1801, le Français Philippe de Bonnet proposait un projet de moteur à gaz dans lequel l'air et le gaz étaient comprimés par des pompes indépendantes, introduits dans une chambre de mélange et de là dans le cylindre du moteur, où le mélange était enflammé par une étincelle électrique. L'apparition de ce projet est considérée comme la date de naissance de l'idée de l'allumage électrique du mélange air-carburant.
Le premier moteur stationnaire d'un nouveau type, fonctionnant sur un cycle à quatre temps avec compression préalable du mélange, a été conçu et construit en 1862 par le mécanicien de Cologne N. Otto.
Presque toute l'essence moderne et moteurs à gaz Jusqu'à présent, ils fonctionnent selon le cycle Otto (cycle avec apport de chaleur à volume constant).
L’utilisation pratique des moteurs à combustion interne pour les équipages de transport a commencé dans les années 70 et 80. XIXème siècle basé sur l'utilisation de mélanges de gaz et d'essence-air comme carburant et de précompression dans les cylindres. Trois designers allemands sont officiellement reconnus comme les inventeurs de moteurs de transport fonctionnant avec des fractions liquides de distillation du pétrole : Gottlieb Daimler, qui a construit une moto avec un moteur à essence sous un brevet du 29 août 1885 ;
Karl Benz, qui a construit une voiture à trois roues avec un moteur à essence sur la base d'un brevet daté du 25 mars 1886 ;
Rudolf Diesel, qui a reçu en 1892 un brevet pour un moteur avec auto-allumage d'un mélange d'air et de carburant liquide en raison de la chaleur dégagée lors de la compression.
Il convient de noter ici que les premiers moteurs à combustion interne fonctionnant sur des fractions légères de distillation du pétrole ont été créés en Russie. Ainsi, en 1879, le marin russe I. S. Kostovich a conçu et en 1885 un moteur à essence 8 cylindres de faible poids et de grande puissance a été testé avec succès. Ce moteur était destiné aux véhicules aéronautiques.
En 1899, le premier moteur à allumage par compression économique et efficace au monde a été créé à Saint-Pétersbourg. Le déroulement du cycle de travail dans ce moteur différait du moteur proposé par l'ingénieur allemand R. Diesel, qui proposait de mettre en œuvre le cycle de Carnot avec combustion isotherme. En Russie, en peu de temps, la conception d'un nouveau moteur, un moteur diesel sans compresseur, a été améliorée et déjà en 1901, des moteurs diesel sans compresseur conçus par G.V. Trinkler ont été construits en Russie et des conceptions de Ya.V ... Maman - en 1910.
Le designer russe E. A. Yakovlev a conçu et construit un wagon à moteur équipé d'un moteur au kérosène.
Les inventeurs et concepteurs russes ont travaillé avec succès sur la création d'équipages et de moteurs : F.A. Blinov, Khaidanov, Guryev, Makhchansky et bien d'autres.Autre.
Les principaux critères de conception et de production de moteurs jusque dans les années 70 du 20e siècle. Il restait une volonté d'augmenter la puissance en litres, et donc d'obtenir le moteur le plus compact. Après la crise pétrolière des années 70-80. la principale exigence était d’obtenir une efficacité maximale. Les 10 à 15 dernières années du 20e siècle. Les principaux critères pour tout moteur sont devenus les exigences et les normes sans cesse croissantes en matière de propreté environnementale des moteurs et, surtout, de réduction radicale de la toxicité des gaz d'échappement tout en garantissant un bon rendement et une puissance élevée.
Les moteurs à carburateur, qui pendant de nombreuses années n'avaient pas de concurrents en termes de compacité et de puissance en litres, ne répondent pas aujourd'hui aux exigences environnementales. Même les carburateurs à commande électronique ne peuvent pas répondre aux exigences modernes en matière d'émissions de gaz d'échappement dans la plupart des conditions de fonctionnement du moteur. Ces exigences et les conditions de concurrence difficiles sur le marché mondial ont rapidement modifié le type de centrales électriques pour véhicules et, surtout, pour les véhicules de tourisme. Aujourd'hui divers systèmes L'injection de carburant avec divers systèmes de commande, y compris électroniques, a presque complètement remplacé l'utilisation de carburateurs sur les moteurs de voitures particulières.
Une restructuration radicale de l'industrie des moteurs par les plus grands constructeurs automobiles mondiaux au cours de la dernière décennie du 20e siècle. a coïncidé avec la troisième période de ralentissement de l'industrie automobile russe. En raison de la crise économique du pays, la branche de production nationale n'a pas été en mesure d'assurer la transition rapide de la production de moteurs et de téléviseurs vers la production de nouveaux types de moteurs. Dans le même temps, la Russie dispose d'une bonne base de recherche pour la création de moteurs avancés et de spécialistes qualifiés capables de mettre rapidement en œuvre les bases scientifiques et de conception existantes en production. Au cours des 8 à 10 dernières années, des prototypes de moteurs fondamentalement nouveaux à cylindrée réglable ainsi qu'à taux de compression réglable ont été développés et fabriqués. En 1995, développé et mis en œuvre à Zavolzhsky usine de moteurs et à l'usine automobile de Nijni Novgorod système à microprocesseur alimentation en carburant et contrôle de l'allumage, garantissant le respect des normes environnementales EURO-1. Des échantillons de moteurs dotés d'un système de contrôle par microprocesseur pour l'alimentation en carburant et les neutralisants ont été développés et fabriqués, satisfaisant Exigences environnementales EURO-2. Au cours de cette période, les scientifiques et spécialistes de NAMI ont développé et créé : un moteur diesel turbocompressé prometteur, une série de moteurs diesel et essence respectueux de l'environnement moteurs propres disposition traditionnelle, moteurs à hydrogène, véhicules flottants grande capacité de cross-country avec un effet doux sur le sol, etc.
Le transport terrestre moderne doit son développement principalement à l'utilisation de moteurs à combustion interne à piston comme centrales électriques. Ce sont les moteurs à combustion interne à piston qui constituent encore le principal type de centrales électriques, principalement utilisés dans les voitures, les tracteurs, les engins agricoles, de transport routier et de construction. Cette tendance se poursuit aujourd’hui et se poursuivra dans un avenir proche. Les principaux concurrents des moteurs à pistons sont les turbines à gaz et les moteurs électriques, solaires et à réaction. centrales électriques- n'ont pas encore quitté le stade de la création d'échantillons expérimentaux et de petits lots pilotes, bien que les travaux sur leur développement et leur amélioration en tant que moteurs automobiles se poursuivent dans de nombreuses entreprises à travers le monde.
Les premières idées pour créer des moteurs à combustion interne remontent au XVIIe siècle : en 1680, Huygens proposa de construire un moteur alimenté par l'explosion d'une charge de poudre à canon dans un cylindre. À la fin du XVIIIe - début XIX Depuis des siècles, il existe un certain nombre de brevets liés à la conversion de la chaleur d'un carburant organique en travail dans le cylindre du moteur.
Moteur diesel
Cependant, le premier moteur de ce type adapté à une utilisation pratique a été construit et breveté par Lenoir (France) en 1860. Le moteur fonctionnait au gaz d'éclairage, sans précompression, et avait un rendement d'environ 3 %.
Dans les années 70 et 80 du XIXe siècle, une utilisation pratique généralisée a commencé. moteurs à essenceà allumage commandé, fonctionnant selon un cycle de combustion rapide. Depuis 1885, la construction de voitures équipées de moteurs à combustion interne à essence a commencé. Karl Benz, Robert Bosch (Allemagne) et Daimler (Autriche) ont largement contribué au développement de ce type de moteur. Ces moteurs ont également été développés en Russie - capitaine de la flotte russe I.S. Kostovich a construit en 1879 le moteur de dirigeable le plus léger de l'époque avec une puissance de 80 ch. avec une densité de 3 kg/ch, loin devant les ingénieurs allemands.
L'étape suivante dans le développement des moteurs à combustion interne fut la création de moteurs dits « calorifiques », dans lesquels le carburant n'était pas enflammé par une étincelle électrique, mais par une partie chaude du cylindre. De tels moteurs ont commencé à être construits au début des années 90 du 19e siècle.
En 1892, Rudolf Diesel, ingénieur chez MAN (Allemagne), obtient un brevet pour la conception d'un nouveau moteur à combustion interne (brevet n° 67207 du 28 février 1892). En 1893, il publie une brochure « La théorie et la conception d'un moteur thermique rationnel conçu pour remplacer la machine à vapeur et les autres moteurs actuellement existants ». Le moteur « rationnel » supposait une pression de compression de 250 atm, un rendement de 75 %, un fonctionnement selon le cycle de Carnot (apport de chaleur à T=const), sans refroidissement des cylindres, sans poussière de combustible-charbon.
Seul le 4ème moteur, qui avait une puissance d'environ 20 ch, une pression de compression de 30 atm et un rendement de 26 à 30 %, fut présenté aux essais officiels en février 1897. Un rendement aussi élevé n’a jamais été atteint auparavant. moteur thermique.
Kostovich à son moteur Le cycle du nouveau moteur était sensiblement différent de celui décrit dans le brevet et dans la brochure. Il a mis en œuvre des principes déjà connus et testés dans d'autres moteurs expérimentaux - pré-compression de l'air dans le cylindre, alimentation directe en carburant en fin de course de compression, auto-allumage du carburant, etc. Les différences entre le moteur construit et le premier brevet et l'utilisation d'idées d'autres inventeurs ont provoqué de nombreuses attaques contre R. Diesel, ses nombreux procès et ses difficultés financières.
Cela a probablement provoqué la mort tragique de R. Diesel avant le début de la Première Guerre mondiale. Cependant, en l'honneur des mérites de R. Diesel dans la création d'un nouveau moteur et de sa large diffusion dans l'industrie et les transports, le moteur à allumage par compression de carburant a été appelé « diesel ».
Les ingénieurs russes ont résolu de nombreux problèmes de conception liés à l'ingénierie diesel et ont donné aux pièces la conception qui est ensuite devenue généralement acceptée. Dans notre pays, les problèmes liés à l'utilisation de moteurs diesel sur les navires ont également été résolus. En 1903, le premier navire à moteur au monde "Vandal", un pétrolier de type lacustre d'une capacité de charge de 820 tonnes et de trois moteurs 4 temps non réversibles d'une puissance totale de 360 ch, est entré en service. En 1908, le premier bateau à moteur maritime au monde a été construit - le pétrolier "Delo" (plus tard "V. Chkalov") pour naviguer dans la mer Caspienne avec un déplacement de 6 000 tonnes avec deux moteurs diesel de 500 ch chacun. A la suite de la plante "L. Les usines Nobel" Kolomensky et Sormovsky ont commencé à produire des moteurs diesel.
L'homme qui a construit le premier moteur diesel En 1893, une tentative fut faite pour construire un tel moteur dans l'usine MAN d'Augsbourg. Le travail a été supervisé par l'auteur lui-même. Dans le même temps, il est devenu clair que l'idée était impossible à mettre en œuvre - le moteur ne pouvait pas fonctionner avec de la poussière de charbon, la combustion à T=const ne pouvait pas être effectuée. En 1894, un deuxième moteur fut construit, capable de fonctionner sans charge pendant une courte période. Le 3ème moteur construit en 1895 s'est avéré plus performant. Il a abandonné les principales propositions de R. Diesel - le moteur fonctionnait au kérosène, l'atomisation du carburant était réalisée à l'air comprimé, la combustion - à P = const, à condition eau froide cylindres
Grâce aux succès de la production de diesel en Russie, les moteurs diesel ont commencé à être appelés « moteurs russes ». La Russie a conservé une position de leader dans l’industrie du diesel marin jusqu’à la Première Guerre mondiale. Ainsi, avant 1912, 16 bateaux à moteur dotés d'un moteur diesel principal d'une puissance supérieure à 600 ch ont été construits dans le monde entier ; 14 d'entre eux ont été construits en Russie. Même dans les années 20, malgré de grandes destructions économie nationale Pendant la période de la 1ère Guerre mondiale et de la guerre civile, dans notre pays, des moteurs marins à traverse à basse vitesse des marques 6 DKRN 38/50, 4DKRN 41/50 et 6DKRN 65/86 d'une puissance globale de 750, 500 et 2400 ch , respectivement, ont été créés et produits.
Depuis le début de leur utilisation jusqu'au milieu des années 30, la distribution prédominante dans la pratique mondiale était celle des moteurs diesel à compresseur, dans lesquels le carburant était fourni au cylindre à l'aide de carburant comprimé. haute pression air. En règle générale, des moteurs diesel à 2 ou 4 temps à traverse à basse vitesse, souvent à double effet, étaient utilisés comme moteurs principaux. La purge des moteurs à combustion interne à 2 temps était réalisée par une pompe de purge à piston entraînée par le vilebrequin.
L'idée d'un moteur diesel sans compresseur, brevetée en 1898 par un étudiant de l'Institut technologique de Saint-Pétersbourg G.V. Trinkler (plus tard professeur à l'Institut Gorki des ingénieurs le transport de l'eau), ne s'est largement développé que dans les années 30, lorsque des équipements de carburant suffisamment fiables ont été créés pour injection directe carburant à l’aide de pompes haute pression.
Le premier moteur de Rudolf Diesel En 1898, l'usine mécanique de Saint-Pétersbourg de la société Ludwig Nobel (aujourd'hui l'usine
"Russe Diesel") a acheté une licence pour produire de nouveaux moteurs. L'objectif a été fixé de garantir que le moteur fonctionne avec un carburant bon marché - du pétrole brut (au lieu du kérosène coûteux utilisé en Occident). Ce problème a été résolu avec succès - en janvier 1899, le premier moteur diesel construit en Russie d'une puissance de 20 ch a été testé. à une vitesse de rotation de 200 tr/min.
Un développement particulièrement rapide de l’industrie diesel a été observé après la Seconde Guerre mondiale. Le moteur diesel simple effet, réversible, sans compresseur, à 2 temps et à traverse basse vitesse, fonctionnant directement sur l'hélice, est devenu principalement répandu en tant que moteur principal des navires de la flotte de transport. Comme moteurs auxiliaires Des moteurs diesel 4 temps montés dans le coffre à vitesse moyenne ont été utilisés et sont encore utilisés aujourd'hui.
Dans les années 50, les principales entreprises de fabrication de moteurs diesel ont commencé à travailler sur la suralimentation des moteurs par turbine à gaz, testée et brevetée par des ingénieurs. Buchi (Suisse) en 1925. Dans les moteurs 2 temps à bas régime, grâce à la suralimentation, la pression effective moyenne dans le cylindre Pe a été augmentée de 4-6 kg/cm2 (début des années 50) à 7-5-8,3 kg/cm2 dans les années 60 avec un rendement effectif valoriser les moteurs jusqu'à 38-40%. Dans les années 70, grâce à la suralimentation des moteurs, la pression effective moyenne dans le cylindre a été augmentée à 11-12 kg/cm2 ; les diamètres maximaux des cylindres atteignaient 1 050-1 060 mm avec une course de piston de 1 900 à 2 900 mm et une puissance de cylindre de 5 000 à 6 000 ch.
Actuellement, l'industrie fournit au marché mondial des moteurs marins à basse vitesse avec une pression effective moyenne des cylindres de 18 à 19,1 kg/cm2, un diamètre de cylindre allant jusqu'à 960 à 980 mm et une course de piston allant jusqu'à 3 150 à 3 420 mm. . Les capacités unitaires atteignent 82 000 à 93 000 els. avec une efficacité effective allant jusqu'à 48-52%. De tels indicateurs d’efficacité n’ont été atteints dans aucun moteur thermique.
Pour les moteurs 4 temps à régime moyen dans les années 50, la pression effective moyenne Pe était comprise entre 6,75 et 8,5 kg/cm2. Dans les années 60, Re a été augmenté à 14-15 kg/cm2. Dans les années 70 et 80, toutes les grandes entreprises de fabrication de diesel atteignaient le niveau de Pe de 17 à 20 kg/cm2 ; dans les moteurs expérimentaux, Pe 25-30 kg/cm2 a été obtenu. Le diamètre maximal du cylindre était Dc = 600-650 mm, la course du piston S = 600-650 mm, la puissance maximale du cylindre Nec = 1500-1650 ch, le rendement effectif 42-45 %. Environ les mêmes indicateurs sont aujourd'hui proposés sur le marché des moteurs 4 temps à régime moyen.
La tendance à une utilisation plus large des moteurs à vitesse moyenne comme moteurs principaux sur les navires de guerre est apparue dans les années 60. Dans une certaine mesure, cela était lié aux succès de la société Pilstik (France), qui a créé le moteur hautement compétitif RS-2, ainsi qu'aux besoins de développement de navires spécialisés, qui imposaient des restrictions sur la hauteur du moteur. chambre. Par la suite, des moteurs de ce type ont été créés par d'autres sociétés - V 65/65 Sulzer-MAN, 60M Mitsui, TM-620 Stork, Vyartsilya 46, etc. Poursuite de l'amélioration des navires à vitesse moyenne les moteurs arrivent sur la voie de l'augmentation de la course du piston, de l'augmentation de la suralimentation, de l'augmentation de l'efficacité des cycles de fonctionnement et de l'efficacité de fonctionnement grâce à l'utilisation de carburants résiduels de plus en plus lourds, de réduction des émissions nocives des gaz d'échappement dans environnement.
Moteur diesel marin Vyartsilya Le moteur diesel 2 temps à faible régime reste le moteur principal le plus courant sur les navires modernes. Dans le même temps, en raison d'une concurrence intense, seuls deux modèles sont restés sur le marché pour cette classe de moteurs : les sociétés Burmeister et Wein (Danemark) et Sulzer (Suisse). La production de moteurs à basse vitesse de conception similaire chez MAN (Allemagne), Doxford (Angleterre), Fiat (Italie), Getaverken (Suède) et Stork (Hollande) a été arrêtée.
La société Sulzer, ayant créé au début des années 80 une gamme de moteurs RTA assez performants, a néanmoins réduit leur production d'année en année. En 1996 et 1997 la société n'a reçu aucune commande de moteurs RTA. En conséquence, une participation majoritaire dans la société New Sulzer Diesel a été acquise par la société Värtsilä (Finlande).
La société Burmeister et Wein a créé en 1981 un certain nombre de moteurs MC à longue course très économiques. Cependant, l'entreprise n'a pas pu surmonter ses difficultés financières et a perdu une participation majoritaire au profit de MAN. L'association MAN-B&W continue d'améliorer les moteurs de la série MC, en proposant aux consommateurs des moteurs à traverse avec des diamètres de cylindre de 280 à 980 mm et avec un rapport course/diamètre de S/D = 2,8 ; 3.2 et 3.8.
En Russie, des moteurs diesel modernes à basse vitesse sont produits depuis 1959 à l'usine de construction de machines de Bryansk sous licence de Burmeister et Wein. Les moteurs sont installés à la fois sur des navires nationaux et sur des navires de construction étrangère.
L'amélioration ultérieure des moteurs à traverse à basse vitesse consiste à les renforcer par une suralimentation, à réduire leur poids spécifique, à augmenter la fiabilité, à augmenter la durée de vie entre les ouvertures, à utiliser les carburants résiduels les plus lourds et à réduire les émissions nocives dans l'environnement. Étant donné les réserves limitées de carburant liquide à base de pétrole sur terre, Documents de recherche sur l'utilisation de poussière de charbon comme carburant dans le cylindre d'un moteur diesel à basse vitesse.
