Цикл аткинсона описание работы двс: Цикл ОТТО. АТКИНСОНА. МИЛЛЕРА. Что это, какие есть различия в работе ДВС

Содержание

Цикл Аткинсона на практике. Двигатель по циклу Аткинсона

ДВС применяются на автомобилях уже целое столетие. В целом принцип работы их не претерпел серьезных изменений с начала выпуска. Но так как этот двигатель имеет большое количество недостатков, инженеры не перестают изобретать нововведения, чтобы усовершенствовать мотор. Обратимся к тому из них, которое называется цикл Аткинсона. Сегодня можно услышать, что в некоторых машинах он применяется. Но что он собой представляет и как двигатель становится с ним лучше?

Цикл Аткинсона

Николаус Отто, инженер из Германии, предложил в 1876 году цикл, состоящий из:

  • впуска;
  • сжатия;
  • рабочего хода;
  • выпуска.

А десятилетие спустя английский изобретатель Джеймс Аткинсон развил его. Однако, разобравшись в деталях, можно назвать совершенно оригинальным видом цикл Аткинсона.

Двигатели внутреннего сгорания качественно отличаются. Ведь коленчатый вал имеет смещенные точки крепления, благодаря чему потеря энергии при трении сокращена, а степень сжатия увеличена.

Также на нем присутствуют иные газораспределительные фазы. На обычном двигателе поршень закрывается сразу же после прохождения мертвой точки. Иную схему имеет цикл Аткинсона. Здесь такт существенно длиннее, так как клапан закрывается только на половине пути поршня к верхней мертвой точке (где по Отто уже происходит сжатие).

Теоретически цикл Аткинсона эффективнее Отто приблизительно на десять процентов. Однако долго его не применяли на практике из-за того, что он способен функционировать в рабочем режиме лишь при больших оборотах. Дополнительно необходим механический нагнетатель, с которым иногда называют все это «цикл Аткинсона-Миллера». Однако оказывалось, что с ним преимущества рассматриваемой разработки терялись.

Поэтому в легковых автомобилях такой цикл Аткинсона на практике почти не применялся. Но вот в гибридных моделях, наподобие Toyota Prius, производители стали использовать его даже серийно. Это стало возможным благодаря специфической работе этих видов движков: на небольшой скорости автомобиль передвигается за счет электрической тяги и лишь при разгоне переходит на бензиновый агрегат.

Газораспределение

Первый двигатель по циклу Аткинсона имел громоздкий газораспределительный механизм, издающий большой шум. Но когда благодаря открытию американца Чарльза Найта вместо привычных клапанов с приводом стали использовать специальные золотники в форме пары гильз, которые устроили между цилиндром и поршнем, мотор почти перестал шуметь. Однако сложность используемой конструкции обходилась совсем недешево, но в престижных марках машин автовладельцы были готовы платить за такое удобство.

Тем не менее уже в тридцатых годах от такого усовершенствования отказались, потому что двигатели были недолговечными, а расход бензина и масла являлся слишком большим.

Разработки двигателей в этом направлении известны и сегодня — может быть, инженерам удастся избавиться от недостатков модели Чарльза Найта и воспользоваться преимуществами.

Универсальная модель будущего

В настоящее время многими производителями ведутся разработки универсальных двигателей, где будут совмещены и мощность бензиновых агрегатов, и отличная тяга и экономичность дизелей.

В этом отношении уже то, что бензиновые агрегаты, имеющие непосредственный впрыск топлива, достигли высокого показателя сжатия порядка тринадцати-четырнадцати единиц (у дизельных моторов этот уровень является немногим больше семнадцати-девятнадцати), доказывает успешные шаги в этом направлении. Они даже работают так же, как и агрегаты с воспламенением от сжатия. Только рабочая смесь должна искусственно поджигаться свечой.

В экспериментальных моделях сжатие доходит еще выше - до пятнадцати-шестнадцати единиц. Но до самовоспламенения пока уровень не дотягивается. Зато свеча отключается при равномерном движении, благодаря чему двигатель переходит на режим, подобный дизелю, и потребляет мало топлива.

Сгорание регулируется электроникой, вносящей коррективы в зависимости от внешних обстоятельств.

Разработчики уверяют, что такой двигатель является очень экономичным. Однако для серийного производства исследований проводилось недостаточно.

Переменная степень сжатия

Показатель является очень важным. Ведь мощность, коэффициент полезного действия и экономичность напрямую зависят от высокой степени сжатия. Естественно, повышать бесконечно ее нельзя. Поэтому с некоторых пор развитие остановилось. В противном случае появлялся риск детонации, которая могла привести к порче двигателя.

Особенно сильно этот показатель отражается на моторах с наддувом. Ведь нагреваются они сильнее, а поэтому и процент вероятности срабатывания детонации здесь существенно выше. Поэтому степень сжатия иногда приходится снижать, из-за чего, естественно, и падает эффективность мотора.

В идеале степень сжатия должна меняться плавно в зависимости от рабочего режима и нагрузки. Разработок было очень много, но все они слишком сложные и дорогостоящие.

Легендарный Saab

Лучших результатов удалось достигнуть компании Saab, когда она в 2000 году выпустила пятицилиндровый мотор, который при 1,6 литрах объема выдавал порядка двухсот двадцати пяти лошадей. Это достижение и сегодня кажется невероятным.

Двигатель разделен надвое, где части соединены друг с другом шарнирным способом. Снизу расположен коленчатый вал, шатуны и поршни, а наверху - цилиндры с головками. Гидропривод способен наклонять моноблок с цилиндрами и головками, изменяя степень сжатия при включении приводного компрессора. Несмотря на всю эффективность, разработки также пришлось отложить из-за дороговизны конструкции.

Проще и доступнее

Таким образом, можно заключить, что двигатель, работающий по циклу Аткинсона, сыграл значительную роль на пути усовершенствования механизма мотора в будущем. Представляется, что совершенствования, основываясь одно на другом, приведут ДВС, наконец, к оптимальному режиму работы.

Четырехтактный двигатель - Four-stroke engine

Четырехтактный цикл, используемый в бензиновых / бензиновых двигателях: впуск (1), компрессия (2), мощность (3) и выпуск (4). Правая синяя сторона - это впускной канал, а левая коричневая сторона - выпускной порт. Стенка цилиндра представляет собой тонкую втулку, окружающую головку поршня, которая создает пространство для сгорания топлива и возникновения механической энергии.

Четырехтактный (также четыре цикла ) двигатель является внутренним сгорание (IC) , двигатель , в котором поршень заканчивает четыре отдельных штрихов при повороте коленчатого вала. Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. Четыре отдельных штриха называются:

  1. Впуск : также известен как всасывание или всасывание. Этот ход поршня начинается в верхней мертвой точке (ВМТ) и заканчивается в нижней мертвой точке (НМТ). В этом такте впускной клапан должен находиться в открытом положении, в то время как поршень втягивает топливовоздушную смесь в цилиндр, создавая вакуумное давление в цилиндре за счет его движения вниз. Поршень движется вниз, так как воздух всасывается за счет нисходящего движения к поршню.
  2. Сжатие : этот ход начинается в НМТ или сразу в конце такта всасывания и заканчивается в ВМТ. В этом такте поршень сжимает топливно-воздушную смесь для подготовки к воспламенению во время рабочего хода (см. Ниже). На этом этапе и впускной, и выпускной клапаны закрыты.
  3. Горение : также известно как мощность или зажигание. Это начало второго оборота четырехтактного цикла. На этом этапе коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов. Когда поршень находится в ВМТ (конец такта сжатия), сжатая топливовоздушная смесь воспламеняется от свечи зажигания (в бензиновом двигателе) или от тепла, выделяемого высокой степенью сжатия (дизельные двигатели), принудительно возвращая поршень в НМТ. Этот ход вызывает механическую работу двигателя по проворачиванию коленчатого вала.
  4. Выхлоп : также известен как выход. Во время такта выпуска поршень снова возвращается из НМТ в ВМТ, когда выпускной клапан открыт. Это действие вытесняет отработанную топливно-воздушную смесь через выпускной клапан.

История

Цикл Отто

Двигатель Отто производства США 1880-х годов

Николаус Август Отто был коммивояжером в продуктовом магазине. Во время своих путешествий он встретил двигатель внутреннего сгорания, построенный в Париже бельгийским эмигрантом Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром . В 1860 году Ленуар успешно создал двигатель двойного действия, работавший на осветительном газе с эффективностью 4%. 18-литровый двигатель Ленуара выдавал всего 2 лошадиные силы. Двигатель Ленуара работал на осветительном газе, сделанном из угля, который был разработан в Париже Филипом Лебоном .

Испытывая копию двигателя Ленуара в 1861 году, Отто узнал о влиянии сжатия на топливный заряд. В 1862 году Отто попытался создать двигатель, улучшающий низкую эффективность и надежность двигателя Ленуара. Он попытался создать двигатель, который сжимал бы топливную смесь до воспламенения, но потерпел неудачу, поскольку этот двигатель работал не более чем за несколько минут до своего разрушения. Многие другие инженеры безуспешно пытались решить эту проблему.

В 1864 году Отто и Ойген Ланген основали первую компанию по производству двигателей внутреннего сгорания NA Otto and Cie (NA Otto and Company). В том же году Отто и Си удалось создать успешный атмосферный двигатель. На заводе не хватило места, и в 1869 году его перевели в город Дойц , Германия, где компания была переименована в Deutz Gasmotorenfabrik AG (Компания по производству газовых двигателей Deutz). В 1872 году Готтлиб Даймлер был техническим директором, а Вильгельм Майбах возглавил конструкцию двигателей. Даймлер был оружейником, работавшим над двигателем Ленуара. К 1876 году Отто и Лангену удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания, который сжимал топливную смесь перед сгоранием, обеспечивая гораздо более высокий КПД, чем любой другой двигатель, созданный к тому времени.

Daimler и Maybach оставили свою работу в Otto and Cie и в 1883 году разработали первый высокоскоростной двигатель Otto. В 1885 году они выпустили первый автомобиль, оснащенный двигателем Otto. Даймлер Reitwagen использовал систему зажигания горячей трубки и топливо , известное как лигроин , чтобы стать первым в мире транспортное средство , приводимое в движение двигателем внутреннего сгорания. Он использовал четырехтактный двигатель, основанный на конструкции Отто. В следующем году Карл Бенц выпустил автомобиль с четырехтактным двигателем, который считается первым автомобилем.

В 1884 году компания Отто, тогда известная как Gasmotorenfabrik Deutz (GFD), разработала электрическое зажигание и карбюратор. В 1890 году Daimler и Maybach основали компанию, известную как Daimler Motoren Gesellschaft . Сегодня эта компания - Daimler-Benz .

Цикл Аткинсона

Гибрид Toyota Prius 2004 года выпуска оснащен бензиново-электрическим гибридным двигателем с циклом Аткинсона. Газовый цикл Аткинсона

Двигатель с циклом Аткинсона - это тип одноходового двигателя внутреннего сгорания, изобретенный Джеймсом Аткинсоном в 1882 году. Цикл Аткинсона разработан для обеспечения эффективности за счет удельной мощности и используется в некоторых современных гибридных электрических устройствах.

Первоначальный поршневой двигатель с циклом Аткинсона позволял такты впуска, сжатия, мощности и выпуска четырехтактного цикла происходить за один оборот коленчатого вала и был разработан, чтобы избежать нарушения определенных патентов, касающихся двигателей с циклом Отто.

Из-за уникальной конструкции коленчатого вала двигателя Atkinson его степень расширения может отличаться от степени сжатия, а с рабочим ходом, превышающим такт сжатия, двигатель может достичь большей тепловой эффективности, чем традиционный поршневой двигатель. Хотя первоначальная конструкция Аткинсона является не более чем исторической диковинкой, во многих современных двигателях используются нетрадиционные фазы газораспределения для создания эффекта более короткого хода сжатия / более длительного рабочего хода, тем самым реализуя улучшения экономии топлива, которые может обеспечить цикл Аткинсона.

Дизельный цикл

Audi Diesel R15 в Ле-Мане

Дизельный двигатель является техническим уточнением двигателя Отто цикла 1876. В то время как Отто в 1861 году понял, что эффективность двигателя можно повысить, сначала сжав топливную смесь перед ее воспламенением, Рудольф Дизель хотел разработать более эффективный тип двигателя, который мог бы работать на гораздо более тяжелом топливе. Двигатели Ленуара , Отто Атмосфера и Отто (1861 и 1876 гг.) Были разработаны для работы на освещающем газе (угольный газ) . Руководствуясь той же мотивацией, что и Отто, Дизель хотел создать двигатель, который дал бы небольшим промышленным компаниям собственный источник энергии, чтобы они могли конкурировать с более крупными компаниями, и, как Отто, уйти от требования быть привязанным к городским источникам топлива. . Как и у Отто, потребовалось более десяти лет, чтобы создать двигатель с высокой степенью сжатия, который мог самовоспламеняться, распыляясь в цилиндр. В своем первом двигателе Дизель использовал распыление воздуха в сочетании с топливом.

Во время первоначальной разработки один из двигателей лопнул, почти убив Дизель. Он упорствовал и, наконец, создал успешный двигатель в 1893 году. Двигатель с высокой степенью сжатия, который воспламеняет свое топливо за счет теплоты сжатия, теперь называется дизельным двигателем, будь то четырехтактный или двухтактный двигатель.

Четырехтактный дизельный двигатель уже много десятилетий используется в большинстве тяжелых условий эксплуатации. В нем используется тяжелое топливо, содержащее больше энергии и требующее меньше переработки для производства. Наиболее эффективные двигатели с циклом Отто работают с тепловым КПД около 30%.

Термодинамический анализ

Идеализированный четырехтактный цикл Отто пВ Диаграмма :  потребление (А)  хода выполняется с помощью изобарической расширения, за которым следует  сжатие (В)  инсульт, выполняется в качестве адиабатического сжатия. При сгорании топлива происходит изохорный процесс , за которым следует адиабатическое расширение, характеризующее  рабочий ход (C)  . Цикл замыкается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующим такт  выпуска (D)  .

Термодинамический анализ фактических четырехтактных и двухтактных циклов не является простой задачей. Однако анализ можно значительно упростить, если использовать стандартные допущения по воздуху. Результирующий цикл, который очень похож на реальные условия эксплуатации, и есть цикл Отто.

Во время нормальной работы двигателя, когда топливно-воздушная смесь сжимается, создается электрическая искра для воспламенения смеси. На низких оборотах это происходит около ВМТ (верхней мертвой точки). По мере увеличения числа оборотов двигателя скорость фронта пламени не изменяется, поэтому точка искры опережает более раннюю в цикле, чтобы позволить большей части цикла сгорания заряда до начала рабочего такта. Это преимущество отражено в различных конструкциях двигателей Отто; атмосферный двигатель (без сжатия) работает с КПД 12%, тогда как двигатель со сжатым зарядом имеет КПД около 30%.

Рекомендации по топливу

Проблема с двигателями сжатого заряда заключается в том, что повышение температуры сжатого заряда может вызвать преждевременное воспламенение. Если это произойдет в неподходящее время и будет слишком энергичным, это может привести к повреждению двигателя. Различные фракции нефти имеют сильно различающиеся точки вспышки (температуры, при которых топливо может самовоспламеняться). Это необходимо учитывать при проектировании двигателя и топлива.

Склонность сжатой топливной смеси к преждевременному воспламенению ограничивается химическим составом топлива. Существует несколько сортов топлива для различных уровней мощности двигателей. Топливо изменяют, чтобы изменить температуру его самовоспламенения. Есть несколько способов сделать это. Поскольку двигатели спроектированы с более высокой степенью сжатия, в результате гораздо более вероятно возникновение преждевременного зажигания, поскольку топливная смесь сжимается до более высокой температуры перед преднамеренным воспламенением. Более высокая температура более эффективно испаряет топливо, такое как бензин, что увеличивает эффективность компрессионного двигателя. Более высокая степень сжатия также означает, что расстояние, на которое поршень может толкать для выработки мощности, больше (что называется степенью расширения ).

Октановое число данного топлива является мерой устойчивости топлива к самовоспламенению. Топливо с более высоким числовым октановым числом обеспечивает более высокую степень сжатия, которая извлекает больше энергии из топлива и более эффективно преобразует эту энергию в полезную работу, в то же время предотвращая повреждение двигателя из-за преждевременного зажигания. Топливо с высоким октановым числом также дороже.

Многие современные четырехтактные двигатели используют непосредственный впрыск бензина или GDI. В бензиновом двигателе с прямым впрыском сопло форсунки выступает в камеру сгорания. Форсунка прямого впрыска впрыскивает бензин под очень высоким давлением в цилиндр во время такта сжатия, когда поршень находится ближе к верху.

Дизельные двигатели по своей природе не имеют проблем с преждевременным зажиганием. Их беспокоит, можно ли начать горение. Описание вероятности возгорания дизельного топлива называется цетановым числом. Поскольку дизельное топливо имеет низкую летучесть, его может быть очень трудно запустить в холодном состоянии. Для запуска холодного дизельного двигателя используются различные методы, наиболее распространенными из которых является использование свечи накаливания .

Принципы проектирования и проектирования

Ограничения выходной мощности

Четырехтактный цикл
1 = ВМТ
2 = НМТ
 A: Впуск 
 B: Сжатие 
 C: Мощность 
 D: Выпуск 

Максимальная мощность, вырабатываемая двигателем, определяется максимальным количеством всасываемого воздуха. Количество мощности, вырабатываемой поршневым двигателем, зависит от его размера (объема цилиндра), будь то двухтактный двигатель или четырехтактная конструкция, объемного КПД , потерь, соотношения воздух-топливо, теплотворной способности двигателя. топливо, содержание кислорода в воздухе и скорость ( об / мин ). Скорость в конечном итоге ограничена прочностью материала и смазкой . Клапаны, поршни и шатуны испытывают сильные ускоряющие силы. При высоких оборотах двигателя может произойти физическая поломка и дрожание поршневых колец , что приведет к потере мощности или даже к разрушению двигателя. Флаттер поршневого кольца возникает, когда кольца колеблются вертикально внутри поршневых канавок, в которых они находятся. Флаттер кольца нарушает уплотнение между кольцом и стенкой цилиндра, что вызывает потерю давления и мощности в цилиндре. Если двигатель вращается слишком быстро, клапанные пружины не могут действовать достаточно быстро, чтобы закрыть клапаны. Это обычно называют « смещением клапана », и это может привести к контакту поршня с клапаном, серьезно повредив двигатель. На высоких скоростях смазка стыка стенки поршневого цилиндра имеет тенденцию к разрушению. Это ограничивает скорость поршня промышленных двигателей примерно до 10 м / с.

Поток впускного / выпускного отверстия

Выходная мощность двигателя зависит от способности впуска (воздушно-топливной смеси) и выхлопных газов быстро перемещаться через отверстия клапана, обычно расположенные в головке блока цилиндров . Чтобы увеличить выходную мощность двигателя, неровности впускного и выпускного трактов, такие как дефекты литья, могут быть устранены, а с помощью стенда воздушного потока можно изменить радиусы поворотов порта клапана и конфигурацию седла клапана, чтобы уменьшить сопротивление. Этот процесс называется переносом , и его можно выполнить вручную или с помощью станка с ЧПУ .

Утилизация отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания в среднем способен преобразовывать только 40-45% поставляемой энергии в механическую работу. Большая часть отходящей энергии находится в форме тепла, которое выделяется в окружающую среду через охлаждающую жидкость, ребра и т. Д. Если бы мы могли каким-то образом утилизировать отходящее тепло, мы могли бы улучшить производительность двигателя. Было обнаружено, что даже если регенерировать 6% полностью потраченного впустую тепла, это может значительно повысить эффективность двигателя.

Было разработано множество методов для извлечения отработанного тепла из выхлопа двигателя и его дальнейшего использования для извлечения полезной работы, в то же время уменьшая количество загрязняющих веществ в выхлопных газах. Использование цикла Ренкина , турбонаддува и термоэлектрической генерации может быть очень полезным в качестве системы рекуперации отходящего тепла .

Хотя эти системы используются чаще, некоторые проблемы, такие как их низкая эффективность при более низких скоростях подачи тепла и высокие насосные потери, остаются причиной для беспокойства.

Наддув

Одним из способов увеличения мощности двигателя является нагнетание большего количества воздуха в цилиндр, чтобы можно было производить больше мощности за каждый рабочий ход. Это можно сделать с помощью устройства сжатия воздуха, известного как нагнетатель , который может приводиться в движение коленчатым валом двигателя.

Наддув увеличивает пределы выходной мощности двигателя внутреннего сгорания относительно его рабочего объема. Чаще всего нагнетатель всегда работает, но существуют конструкции, позволяющие отключать его или работать с различными скоростями (относительно частоты вращения двигателя). Недостаток наддува с механическим приводом состоит в том, что часть выходной мощности используется для приведения в действие нагнетателя, в то время как мощность тратится впустую в выхлопе высокого давления, так как воздух был сжат дважды, а затем получает больший потенциальный объем при сгорании, но только расширяется. в один этап.

Турбонаддув

Турбокомпрессора является нагнетатель , который приводится в движение выхлопными газами двигателя, с помощью турбины . Турбокомпрессор встроен в выхлопную систему автомобиля, чтобы использовать вытесненный выхлоп. Он состоит из двухкомпонентной высокоскоростной турбины в сборе, одна сторона которой сжимает всасываемый воздух, а другая сторона приводится в действие за счет выхода выхлопных газов.

На холостом ходу и на низких или средних оборотах турбина вырабатывает небольшую мощность из-за небольшого объема выхлопных газов, турбонагнетатель оказывает незначительное влияние, и двигатель работает почти без наддува. Когда требуется гораздо большая выходная мощность, частота вращения двигателя и открытие дроссельной заслонки увеличиваются до тех пор, пока выхлопные газы не станут достаточными, чтобы «раскрутить» турбину турбокомпрессора, чтобы начать сжимать во впускной коллектор гораздо больше воздуха, чем обычно. Таким образом, дополнительная мощность (и скорость) выводятся за счет функции этой турбины.

Турбонаддув обеспечивает более эффективную работу двигателя, поскольку он управляется давлением выхлопных газов, которое в противном случае (в основном) было бы потрачено впустую, но существует конструктивное ограничение, известное как турбо-задержка . Увеличенная мощность двигателя не доступна сразу из-за необходимости резко увеличить обороты двигателя, создать давление и раскрутить турбонагнетатель до того, как турбо начнет производить какое-либо полезное сжатие воздуха. Увеличенный объем впуска вызывает увеличение выхлопа и ускоряет вращение турбонагнетателя и так далее, пока не будет достигнута стабильная работа на высокой мощности. Другая трудность заключается в том, что более высокое давление выхлопных газов заставляет выхлопные газы передавать больше тепла механическим частям двигателя.

Отношение штока и поршня к ходу хода

Отношение штока к ходу - это отношение длины шатуна к длине хода поршня. Более длинный шток снижает боковое давление поршня на стенку цилиндра и силы напряжения, увеличивая срок службы двигателя. Это также увеличивает стоимость и высоту и вес двигателя.

«Прямоугольный двигатель» - это двигатель с диаметром цилиндра, равным длине его хода. Двигатель, у которого диаметр отверстия больше, чем длина его хода , является двигателем с квадратным сечением , и наоборот, двигатель с диаметром отверстия, который меньше его длины хода, является двигателем с квадратом.

Клапан поезд

Клапаны обычно приводятся в действие распределительным валом, вращающимся на половину скорости коленчатого вала . Он имеет ряд кулачков по всей длине, каждый из которых предназначен для открытия клапана во время соответствующей части такта впуска или выпуска. Толкателя между клапаном и кулачком является контактной поверхностью , на которой кулачковый скользит , чтобы открыть клапан. Во многих двигателях используется один или несколько распределительных валов «над» рядом (или каждым рядом) цилиндров, как показано на рисунке, на котором каждый кулачок непосредственно приводит в действие клапан через плоский толкатель. В двигателях других конструкций распределительный вал находится в картере , и в этом случае каждый кулачок обычно контактирует с толкателем , который контактирует с коромыслом , открывающим клапан, или в случае двигателя с плоской головкой толкатель не нужен. Конструкция верхнего кулачка обычно допускает более высокие обороты двигателя, поскольку обеспечивает наиболее прямой путь между кулачком и клапаном.

Клапанный зазор

Клапанный зазор - это небольшой зазор между толкателем клапана и штоком клапана, который обеспечивает полное закрытие клапана. В двигателях с механической регулировкой клапанов чрезмерный зазор вызывает шум клапанного механизма. Слишком маленький клапанный зазор может привести к неправильному закрытию клапанов. Это приводит к снижению производительности и возможному перегреву выпускных клапанов. Как правило, зазор необходимо регулировать каждые 20 000 миль (32 000 км) с помощью щупа.

В большинстве современных производственных двигателей используются гидравлические подъемники для автоматической компенсации износа компонентов клапанного механизма. Грязное моторное масло может привести к поломке подъемника.

Энергетический баланс

Двигатели Отто имеют КПД около 30%; Другими словами, 30% энергии, генерируемой при сгорании, преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, а оставшаяся часть приходится на потери из-за отходящего тепла, трения и вспомогательного оборудования двигателя. Есть несколько способов восстановить часть энергии, потерянной из-за отходящего тепла. Использование турбонагнетателя в дизельных двигателях очень эффективно за счет повышения давления поступающего воздуха и, по сути, обеспечивает такое же повышение производительности, как и при увеличении рабочего объема. Компания Mack Truck несколько десятилетий назад разработала турбинную систему, которая преобразовывала отработанное тепло в кинетическую энергию, которую оно возвращало в трансмиссию двигателя. В 2005 году компания BMW объявила о разработке турбопарогенератора - двухступенчатой ​​системы рекуперации тепла, аналогичной системе Mack, которая восстанавливает 80% энергии выхлопных газов и повышает эффективность двигателя Отто на 15%. Напротив, шестицилиндровый двигатель может снизить расход топлива на целых 40%.

Современные двигатели часто намеренно конструируются так, чтобы быть немного менее эффективными, чем они могли бы быть в противном случае. Это необходимо для контроля выбросов, таких как рециркуляция выхлопных газов и каталитические нейтрализаторы , уменьшающие смог и другие атмосферные загрязнители. Снижению эффективности можно противодействовать с помощью блока управления двигателем, использующего методы сжигания обедненной смеси .

В Соединенных Штатах Корпоративная средняя экономия топлива требует, чтобы транспортные средства развивались в среднем 34,9 миль на галлон США (6,7 л / 100 км; 41,9 миль на галлон- имп. ) По сравнению с текущим стандартом 25 миль на галлон США (9,4 л / 100 км). ; 30,0 миль на галлон ‑ имп. ). Поскольку автопроизводители стремятся соответствовать этим стандартам к 2016 году, необходимо рассмотреть новые способы разработки традиционных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Некоторые потенциальные решения для повышения эффективности использования топлива в соответствии с новыми требованиями включают зажигание после того, как поршень находится дальше всего от коленчатого вала, известное как верхняя мертвая точка , и применение цикла Миллера . Вместе этот редизайн мог бы значительно снизить расход топлива и НЕТ
Икс выбросы.

Смотрите также

Рекомендации

Общие источники

  • Харденберг, Хорст О. (1999). Средневековье двигателя внутреннего сгорания . Общество автомобильных инженеров (SAE). ISBN   978-0-7680-0391-8 .
  • scienceworld.wolfram.com/physics/OttoCycle.html
  • Cengel, Yunus A; Майкл Болес; Ялинг Хе (2009). Термодинамика - инженерный подход. Np . Компании McGraw Hill. ISBN   978-7-121-08478-2 .
  • Бенсон, Том (11 июля 2008 г.). «4-тактный двигатель внутреннего сгорания» . п. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Дата обращения 5 мая 2011 .

внешние ссылки

Необычные двигатели внутреннего сгорания

Уже более 100 лет в легковом автомобилестроение используются двигатели внутреннего сгорания и за все это время никаких революционных изменений в их работе или промышленном строение придумано не было. Однако, недостатков у этих моторов предостаточно. Борьбу с ними инженеры вели всегда, как ведут и по сей день. Случается, что некоторые идеи перерастают в довольно оригинальные и впечатляющие технические решения. Одни из которых так и остаются на стадии разработки, а другие воплощаются в жизнь на некоторых сериях автомобилей.

Поговорим о наиболее интересных инженерных разработках в области «автодвигателей»

Заметные факты истории

Классический четырехтактный мотор был изобретен в далеком 1876 году одним немецким инженером по имени Николаус Отто, цикл работы такого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) прост: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Но уже через 10 лет после варианта Отто британский изобретатель Джеймс Аткинсон предложил усовершенствовать данную схему. На первый взгляд цикл Аткинсона, его порядок тактов и принцип работы такой же как и двигателя, который изобрел немец. Однако, по сути это абсолютно другая и весьма оригинальная система.

Перед тем как мы расскажем об изменениях в классическом строении ДВС, посмотрим о принципе работы такого двигателя, чтобы всем было понятно о чем мы говорим.

3-D модель работы ДВС:

Комментарии и простейшая схема ДВС:

Цикл Аткинсона

Во-первых, в двигателе Аткинсона имеется уникальный коленчатый вал, обладающий смещенными точками крепления.

Такая новация позволила сократить количество потерь на трение и увеличить уровень сжатия двигателя.

Во-вторых, двигатель Аткинсона имеет иные фазы распределения газа. В отличие от двигателя Отто, где клапан впуска закрывается почти сразу после прохождения поршнем нижней точки, в двигателе британского изобретателя такт впуска намного длиннее, в результате чего клапан совершает закрытие, когда поршень уже на полпути к верхней мертвой точке цилиндра. В теории такая система должна была улучшить процесс наполнения цилиндров, что в свою очередь привело бы к экономии топлива и увеличению показателей мощности мотора.

В общем-то, цикл Аткинсона на 10% показательней по эффективности, чем цикл Отто. Но все же серийно автомобили с таким ДВС не выпускались и не выпускаются.

Цикл Аткинсона на практике

А дело все в том, что обеспечить свою нормальную работу такой двигатель может только на повышенных оборотах, при холостых — он так и стремится заглохнуть. Чтобы этого не происходило, разработчики и инженеры пытались внедрить в систему нагнетатель с механикой, но его установка, как выяснилось, сводит практически к нулю все плюсы и достоинства двигателя Аткинсона. В виду этого серийно автомобили с таким двигателем практически не выпускались. Один из самых известных — Mazda Xedos 9/Eunos 800, выпускаемая в 1993-2002 годах. Автомобиль оснащался 2,3-литровым двигателем V6, с мощность в 210 л.с.

Mazda Xedos 9/Eunos 800:

А вот производители гибридных автомобилей с радостью стали применять в разработках данный цикл ДВС. Потому как при малой скорости такая машина движется, используя свой электрический двигатель, а для разгона и быстрой езды ей нужен бензиновый, тут-то и можно по максимуму воплотить в жизнь все достоинства цикла Аткинсона.

Золотниковое газораспределение

Главным источником шума в двигателе автомобиля является газораспределительный механизм, ведь в нем довольно много движущихся частей — различные клапаны, толкатели, распределительные валы и т.д. Многие изобретатели пытались «утихомирить» такой громоздкий механизм. Пожалуй, больше всего это удалось американскому инженеру Чарльзу Найту. Он изобрел свой собственный двигатель.

В нем нет ни стандартных клапанов, ни привода к ним. Заменяют эти детали — золотники, в форме двух гильз, которые размещены между поршнем и цилиндром. Уникальный привод заставлял двигаться золотники в верхнее и нижнее положение, они в свою очередь открывали в нужный момент окна в цилиндре, куда поступало топливо, а в атмосферу выделялись выхлопные газы.

Для начала XX века такая система была довольно бесшумной. Не мудрено, что ей стало интересоваться все большее и большее количество автопроизводителей.

Только вот стоил такой двигатель далеко не дешево, поэтому и прижился он только на престижных марках, типа Mercedes-Benz, Daimler или Panhard Levassor, покупатели которых гнались за максимальным комфортом, а не дешевизной.

Но век мотора, изобретенного Найтом, оказался недолгим. И уже в 30-ые годы прошлого столетия автопроизводители поняли, что двигатели такого типа довольно не практичны, потому как конструкция их не совсем надежна, а высокая степень трения между золотниками увеличивает и расход топлива и масла. Потому-то узнать автомобиль с ДВС такого типа можно было по сизому дымку из выхлопной трубы автомобиля от горящей смазки.

В мировой практике было множество всевозможных решений в области модернизации классического двигателя внутреннего сгорания, однако, его первоначальная схема сохранилась до сих пор. Некоторые автопроизводители конечно же применяют на практике открытия успешных ученых и умельцев, но по своей сути, ДВС — остался прежним.

В статье использованы изображения с сайтов www.park5.ru, www.autogurnal.ru
   

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓
  • Образование
  • Исследование
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Анимированные двигатели - Аткинсон

Двигатель Аткинсона

Двигатель Аткинсона - это, по сути, четырехтактный двигатель Отто. с различными способами соединения поршня с коленчатый вал.

Продуманное расположение рычагов позволяет двигателю Аткинсона включать поршень через все четыре хода всего за один оборот основного коленчатый вал, и допускает разную длину хода.

Конструкция устраняет необходимость в отдельном кулачковом валу. Прием (если б / у), выпускной кулачок и кулачки зажигания расположены на главном коленчатом валу. На моей иллюстрации показан только выпускной кулачок.


Отклонение от правильного цикла Аткинсона

С тех пор как эта страница была впервые опубликована, я многое узнал о Двигатель Аткинсона.Посетители этого сайта изначально подсказали мне, что побудило меня прочитать еще немного.

Этот рисунок точно соответствует размерам двигателя модели , описан в отличной книге: Создание цикла Аткинсона Двигатель . В этой конструкции впуск и выпуск удары кажутся длиннее, чем удары сжатия и мощности. Это неясно, было ли это намеренно; Подозреваю, что модель проектировщика больше интересовала связь, чем тепловой цикл.

В истинном цикле Аткинсона мощность и выхлоп ходы длиннее, чем ходы впуска и сжатия. 8 Начав с небольшого начального заряда и позволив ему расшириться до больший объем, чем он занимал изначально, больше топлива эффективность реализована.

Аткинсон разработал более одного двигателя, чтобы извлечь выгоду из этого важного свойство. Я надеюсь, что когда-нибудь у всех будет получше анимация.

Для получения дополнительной информации об Аткинсоне и всех двигателях внутреннего сгорания я настоятельно рекомендую рекомендую Lyle Cummins ' Internal Fire .


Toyota Prius и цикл Аткинсона

Количество посетителей попало на эту страницу после прочтения что популярный гибридный автомобиль Toyota , Prius , использует цикл Аткинсона двигатель. Я не знаю, откуда взялось это утверждение, но я сомневаюсь, что В двигателе Prius используется тяга, показанная выше.

Можно создать такой же эффект, как у Аткинсона цикл путем изменения фаз газораспределения на обычном Otto four тактный двигатель.Я действительно должен проиллюстрировать это, но пока я надеюсь, что следующего объяснения будет достаточно:

Кулачок используется как на впускных, так и на выпускных клапанах (в отличие от моих четырех штриховой рисунок). Кулачок впускного клапана предназначен для удержания впускной клапан открыт на более , чем на один ход:

  • Такт впуска начинается как обычно, сначала цилиндр топливно-воздушной смеси.
  • Когда поршень начинает движение вверх, впускной клапан остается открытым .Поршень перекачивает часть свежей топливной смеси. обратно во впускной канал. Чистый эффект точно такой же, как если такт впуска был укорочен.
  • Впускной клапан закрывается после того, как поршень немного сдвинулся. заданная часть этого хода. Сжатия нет фактически начинаются до этого момента, эффективно сокращая такт сжатия для соответствия укороченному такту впуска.
  • Такты мощности и выхлопа остаются такими же, как у четырехтактного, используя почти всю длину хода поршня.

Возможно, именно так работает двигатель Prius , но я так не иметь авторитетной ссылки. На сайте Toyota говорится, что Prius использует VVT-i или Variable Valve Timing с Разведка 9 . Эта технология, вероятно, Связанный.

Буду признателен за хорошую, авторитетную, ссылку на эту тема. Вы можете направить меня к нему?

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ -

1.Прочтите и переведите текст:

Внутреннее сгорание - это процесс сжигания топлива в двигателе. Топливо горит в двигателе и создает силы. Эти силы обеспечивают мощность двигателя. Двигатели внутреннего сгорания имеют неподвижные, вращающиеся и возвратно-поступательные части.

Детали стационарного двигателя . К неподвижным частям двигателя относятся блок цилиндров, картер и головка блока цилиндров. Блок цилиндров - одна из основных частей двигателя.Процесс сгорания происходит внутри цилиндров. Тракторные двигатели имеют несколько цилиндров. Картер двигателя является частью цилиндра. Он поддерживает коленчатый и распределительный валы и удерживает смазочное масло рядом с деталями двигателя. Головки цилиндров закрывают цилиндры. Цилиндры и головки цилиндров образуют камеры сгорания. Сжигание топлива происходит внутри камер сгорания.

Детали роторного двигателя . Части вращающегося двигателя - коленчатый вал, маховик и распределительный вал.Коленчатый вал меняет возвратно-поступательное движение поршней на вращательное. Распределительный вал открывает клапаны двигателя.

2. Заполните пробелы соответствующими словами (головка блока цилиндров, распредвал, прожиг, картер, коленчатый вал, блок цилиндров) :

1. Изменяет возвратно-поступательное движение поршней на вращательное. 2. Открывает клапаны двигателя. 3. Это одна из основных частей двигателя. 4. Цилиндр и форма камеры сгорания.5. Держит смазочное масло рядом с деталями двигателя. 6. Топливо происходит внутри камер сгорания.

3. Составьте предложения со словами и переведите на английский язык:

Внутри горит топливо, цилиндр. 2. Коленчатый вал, ход, поршни. 3. Картер двигателя является частью двигателя. 4. Учимся, двигатель. 5. Происходит сгорание, камера, в, горение, процесс, оф.

4. Поместите отмеченные слова во множественное число и внесите изменения. Перевести на украинский:

a) 1. Коленчатые валы изменяют ход. 2. Картеры опоры коленвалов. 3. Эти силы обеспечивают мощность. 4. Эти являются деталями двигателя. 5. Поршни перемещаются внутри цилиндров . 6. Изучают двигатель внутреннего сгорания.

б) Задайте общий вопрос по предложениям 1–4.

c) Задайте вопрос к выделенным словам в предложениях 5-6.

5. Ответьте на вопросы:

1. Какой процесс происходит в двигателе внутреннего сгорания? 2. Что дает сжигание топлива? 3. Какие основные части двигателя внутреннего сгорания? 4. Что такое стационарные части двигателя? 5. Что поддерживает картер? 6. Каковы функции головок цилиндров? 7. Из чего образуются цилиндры и головки цилиндров? 8.Где происходит сжигание топлива? 9. Какие части роторного двигателя? 10. Для чего нужен коленчатый вал? 11. Что открывает распредвал?

БЛОК 5


:

  1. ДВИГАТЕЛИ
  2. Процесс сгорания


Двигатель внутреннего сгорания: Эволюция двигателя внутреннего сгорания

  • Обзор
    • Мир
      • Обзор мира
      • Атлас
      • Страны
      • Бедствия
      • Новости
      • Флаги мира
      • География
      • Международные отношения
      • 23 Статистика
      • Путешествия
      • World Rulers
    • Люди
      • Обзор людей
      • Академия и культура
      • Искусство и развлечения
      • Бизнес
      • Правительство
      • Ньюсмейкеры
      • Наука
      • Спорт
      9000S.
      • Обзор США
      • Города
      • Документы США
      • Гендерные вопросы
      • География
      • Правительство
      • Новости
      • Военные
      • Памятники и достопримечательности
      • Почтовые данные
      • Статистика
      • Расовая принадлежность
      • Искусство и развлечения
      • Спорт
    • История
      • Обзор истории
      • Хронология
      • Всемирная история
      • U.S. История
      • Месяц истории чернокожих
      • Месяц латиноамериканского наследия
      • Месяц истории женщин

РЕЗУЛЬТАТ 2 РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. РУКОВОДСТВО № 5 РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1 БЛОК 61: ИНЖЕНЕРНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Код блока: D / 601/1410 Уровень QCF: 5 Кредитное значение: 15 РЕЗУЛЬТАТ 2 Учебное пособие по производительности ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ №5 РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2 Уметь оценивать работу двигателей внутреннего сгорания Второй закон термодинамики: изложение закона; схематическое изображение теплового двигателя, показывающее тепло и рабочий поток Циклы теплового двигателя: цикл Карно; Цикл Отто; Дизельный цикл; двойной цикл сгорания; Цикл Джоуля; диаграммы свойств; Эффективность Карно; эффективность по воздуху. Точностные характеристики: испытания двигателя; указанное и тормозное среднее эффективное давление; указанная и тормозная мощность; указанная и тормозная тепловая эффективность; механический КПД; относительная эффективность; удельный расход топлива; тепловой баланс Улучшения: турбонаддув; турбонаддув и промежуточное охлаждение; система охлаждения и системы рекуперации тепла выхлопных газов По завершении этого учебного курса вы должны уметь делать следующее.Рассчитайте топливную мощность двигателя. Рассчитайте тормозную мощность двигателя. Рассчитайте указанную мощность двигателя. Рассчитайте среднее эффективное давление двигателя. Рассчитайте различный КПД двигателя. Изучите, как можно улучшить характеристики реальных двигателей. Объясните назначение турбонагнетателя. Объясните назначение нагнетателя. Объясните преимущества промежуточного охлаждения. Обсудите преимущества использования утилизации отходящего тепла. Обсудите использование котлов-утилизаторов. Обсудите комбинированные системы отопления и электроснабжения.Д.Дж. Данн 1

2 1 ТОПЛИВНАЯ МОЩНОСТЬ (F.P.) Топливная мощность - это тепловая энергия, выделяемая при сжигании топлива внутри двигателя. F.P. = масса топлива, сжигаемого за секунду x теплотворная способность топлива. F.P. = m f x C.V. Все двигатели сжигают топливо для производства тепла, которое затем частично преобразуется в механическую энергию. Химия горения здесь не рассматривается. На этом этапе вам необходимо изучить следующие вещи.1.1 СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУШНОГО ТОПЛИВА Это отношение массы использованного воздуха к массе сожженного топлива. Соотношение воздух-топливо = m a / m f. Идеальное значение, при котором полностью сжигается все топливо, называется СТОХИОМЕТРИЧЕСКИМ ОТНОШЕНИЕМ. На самом деле для полного сгорания требуется больше воздуха, чем идеальное соотношение. Это зависит от того, насколько эффективно двигатель доставляет весь кислород, чтобы удовлетворить горючие элементы. Объем всасываемого в двигатель воздуха теоретически равен его мощности (рабочим объемам цилиндров).Масса, содержащаяся в этом объеме, зависит от давления и температуры воздуха. В частности, давление зависит от характера любых ограничений, накладываемых на входной путь потока. 1.2 КАЛОРИФИЧЕСКАЯ ЗНАЧЕНИЕ Это тепло, выделяемое при сжигании 1 кг топлива. Для топлива, содержащего водород, существует большее и меньшее значение. Обычно используется меньшее значение, потому что водяной пар, образующийся при сгорании, выходит из системы и забирает с собой скрытую энергию. РАБОЧИЙ ПРИМЕР №1 Двигатель потребляет кг / с воздуха.Соотношение воздух-топливо составляет 12/1. Теплотворная способность 46 МДж / кг. Рассчитайте топливную мощность. РЕШЕНИЕ Расход воздуха Масса топлива Выделенное тепло m a = кг / с. mf = / 12 = кг / с F.P. = теплотворная способность x mf = кДж / кг x кг / с F.P. = 60,3 кВт Д.Дж. Данн 2

3 УПРАЖНЕНИЕ ДЛЯ САМООЦЕНКИ № 1 1. Двигатель потребляет 43,1 г / с воздуха при соотношении воздух / топливо 13/1. Теплотворная способность 45 МДж / кг.Рассчитайте количество тепла, выделяемого при сгорании. (149 кВт) 2. Двигатель требует 120 кВт топливной мощности для сжигания топлива с теплотой сгорания 37 МДж / кг. Требуемое соотношение воздуха и топлива составляет 14/1. Рассчитайте требуемый массовый расход воздуха. (45,4 г / с) Д.Дж. Данн 3

4 2 ТОРМОЗНАЯ МОЩНОСТЬ (Б.П.) Тормозная мощность - это выходная мощность двигателя, измеренная путем выработки мощности в динамометрическом стенде тормозов на выходном валу.Динамометры измеряют скорость и крутящий момент вала. Тормозная мощность рассчитывается по формуле B.P. = 2NT, где N - частота вращения вала в об / с. T - крутящий момент в Н · м. Возможно, вам потребуется знать, как рассчитать крутящий момент для различных типов динамометров. Во всех случаях крутящий момент равен T = полезное тормозное усилие x радиус. Ниже показаны два основных типа. Рисунок 1 Рисунок 2 Рисунок 1 показывает гидравлический динамометр, который поглощает мощность двигателя с крыльчаткой внутри заполненного водой корпуса. В основном это насос с ограниченным потоком.Электроэнергия нагревает воду и создает крутящий момент на корпусе. Корпус удерживается опускающимся весом, а также опусканием пружины сжатия. Тогда крутящий момент равен (F + W) x R. На рис. 2 показан фрикционный барабан, о котором ремень трется и поглощает мощность, нагревая барабан, обычно охлаждаемый водой. Ремень удерживается пружинными весами и одним грузом. второй равный вес компенсирует другой, так что крутящий момент равен T = F R. D.J.Dunn 4

5 3 ИНДИКАЦИОННАЯ МОЩНОСТЬ Это мощность, развиваемая давлением газа, действующего на поршни.Его определяют путем записи давления относительно объема внутри поршня. Такие диаграммы называются индикаторными диаграммами и снимаются вместе с индикаторами двигателя. На схеме представлена ​​типовая индикаторная диаграмма для ДВС. Рис. 3 Средняя сила, действующая на поршень в течение одного цикла, равна F, где F = MEP x Площадь поршня = pa. Среднее эффективное давление p - это среднее давление во время цикла. Работа, выполненная в течение одного цикла, равна W = F L = pal L - ход. Количество циклов в секунду - N.Показанная мощность тогда I.P. = план на цилиндр. Примечание для 4-тактного двигателя N = ½ частоты вращения вала. Д.Дж. Данн 5

6 Среднее эффективное давление определяется из индикаторной диаграммы следующим образом. Область, ограниченная диаграммой индикатора, представляет работу, выполненную за цикл на цилиндр. Пусть эта площадь будет Ad мм2. Средняя высота графика H мм. Длина диаграммы Y мм.Заштрихованная область равна Ad, поэтому Ad = YH H = Ad / Y Для преобразования H в единицы давления необходимо знать шкалу давления (или жесткость пружины) индикаторной измерительной системы. Пусть это будет Sp кПа / мм. Затем MEP находится из MEP = Sp H. Это также известно как указанное среднее эффективное давление, потому что оно используется для расчета указанной мощности. Существует также среднее эффективное давление торможения (BMEP), которое представляет собой среднее давление, которое создает тормозное усилие. BP = (BMEP) LAN BMEP может быть определен как BMEP = BP / LAN 4 EFFICIENCIES 4.1 ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТОРМОЗА Это показывает нам, какая часть энергии топлива преобразуется в тормозную мощность. BTh = B.P./F.P. 4.2 УКАЗАННАЯ ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ Это говорит нам, какая часть энергии топлива преобразуется в мощность торможения. ITh = I.P./F.P. 4.3 МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ Это говорит нам, какая часть указанной мощности преобразуется в тормозную мощность. Разница между ними связана с потерями на трение между движущимися частями и энергией, необходимой для работы вспомогательного оборудования, такого как топливный насос, водяной насос, масляный насос и генератор переменного тока.мех = B.P./I.P. Д.Дж. Данн 6

7 РАБОЧИЙ ПРИМЕР № 2 4-цилиндровый 4-тактный двигатель на испытательном стенде дал следующие результаты. Скорость вала Крутящий момент Плечо полезная тормозная нагрузка F = 200 Н Расход топлива mf = 2 г / с Теплотворная способность Площадь индикаторной диаграммы Шкала давления Ход Диаметр отверстия Базовая длина диаграммы N = об / мин R = 0,4 м CV = 42 МДж / кг Ad = 300 мм2 Sp = 80 кПа / мм L = 100 мм D = 100 мм Y = 60 мм.Рассчитайте B.P., F.P., I.P., MEP, BTh, ITh и мех. РЕШЕНИЕ BP = 2 NT = 2 x (2500/60) x (200 x 0,4) = кВт FP = масса / с x C.V. = кг / сек x кДж / кг = 84 кВт IP = план p = MEP = Ad / Y x Sp = (300/60) x 80 = 400 кПа IP = 400 x 0,1 x (x 0,12 / 4) x (2500/60 ) / 2 на цилиндр IP = 6,54 кВт на цилиндр. Для 4 цилиндров IP = 6,54 x 4 = кВт BTh = 20,94 / 84 = 24,9% ITh = 26,18 / 84 = 31,1% мех = 20,94 / 26,18 = 80% D.J.Dunn 7

8 УПРАЖНЕНИЕ ДЛЯ САМООЦЕНКИ No.2 1. 4-тактный двигатель с искровым зажиганием дал следующие результаты во время испытаний. Количество цилиндров 6 Диаметр цилиндров 90 мм Ход 80 мм Частота вращения 5000 об / мин Расход топлива кг / мин Теплотворная способность 44 МДж / кг Полезная тормозная нагрузка 180 Н Крутящий момент 0,5 м Показываемая площадь нетто 720 мм2 Базовая длина индикаторной диаграммы 60 мм Шкала давления 40 кПа / мм Рассчитайте следующее. я. Мощность тормоза. (47,12 кВт) ii. Среднее эффективное давление. (480 кПа) iii. Указанная мощность. (61 кВт) iv. Механический КПД.(77,2%) v. Термический КПД тормоза. (28,6%) 2. Двухтактный двигатель с искровым зажиганием дал следующие результаты во время испытаний. Количество цилиндров 4 Диаметр цилиндров 100 мм Ход 100 мм Скорость 2000 об / мин Расход топлива 5 г / с Теплотворная способность 46 МДж / кг Полезная тормозная нагрузка 500 Н Моментный рычаг 0,5 м Показываемая площадь нетто, мм2 Базовая длина индикаторной диаграммы 66 мм Шкала давления 25 кПа / мм Рассчитайте следующее. я. Указанный тепловой КПД. (25,9%) ii. Механический КПД. (88%) iii. Термический КПД тормоза.(22,8%) Д.Дж. Данн 8

9 3. Двухтактный дизельный двигатель во время испытаний дал следующие результаты. Количество цилиндров 4 Диаметр цилиндров 80 мм Ход 80 мм Скорость об / мин Расход топлива 1,6 см3 / с Плотность топлива 750 кг / м3 Теплотворная способность 60 МДж / кг Полезная тормозная нагрузка 195 Н Крутящий момент 0,4 м Показываемая площадь нетто 300 мм2 База длина индикаторной диаграммы 40,2 мм Шкала давления 50 кПа / мм Рассчитать i.Указанный тепловой КПД. (30,5%) ii. Механический КПД. (81,7%) iii. Термический КПД тормоза. (25%) 4. Четырехстворчатый дизельный двигатель во время испытаний дал следующие результаты. Количество цилиндров 4 Диаметр цилиндров 90 мм Ход 80 мм Скорость об / мин Расход топлива 0,09 кг / мин Теплотворная способность 44 МДж / кг Полезная тормозная нагрузка 60 Н Крутящий момент 0,5 м MEP 280 кПа Рассчитайте следующее. я. Механический КПД. (66,1%) ii. Термический КПД тормоза. (23,8%) iii. Указанная тепловая эффективность.(36%) Д.Дж. Данн 9

10 5. УЛУЧШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ 5.1 ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В предыдущей работе было показано, что эффективность двигателей внутреннего сгорания зависит от степени сжатия объема, а для газовых турбин - от степени сжатия давления. В этом разделе обсуждаются некоторые практические проблемы и решения для улучшения характеристик. УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ. Высокая степень сжатия в двигателях с искровым зажиганием приводит к преждевременному воспламенению, поскольку топливо детонирует без помощи искры до точки максимального сжатия.Это вызывает очень высокие пики давления и повреждает двигатель. Уменьшение этой проблемы связано с использованием топлива, которое менее подвержено детонации (с высоким октановым числом). Время искрового зажигания также важно. Правильный выбор времени зависит от многих факторов, таких как соотношение воздух / топливо и нагрузка на двигатель. В современных двигателях используются системы управления подачей топлива, в которых время и соотношение воздух / топливо контролируются компьютером, подключенным к датчикам. Это обеспечивает большую степень сжатия и, следовательно, эффективность. Впрыск топлива позволяет контролировать процесс сгорания, и теперь это возможно как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями. ТУРБОНАДДУВКА Мощность, производимая двигателем, в основном зависит от количества сожженного топлива.Это ограничено массой воздуха в цилиндре. Для сжигания большего количества топлива требуется больше воздуха. Для этого может потребоваться нагнетание воздуха в цилиндры под давлением, для чего потребуется воздуходувка. Это успешный процесс в двигателях с воспламенением от сжатия, но увеличивает проблему преждевременного зажигания в двигателях с искровым зажиганием. Воздуходувка может приводиться в действие механическим соединением непосредственно с коленчатым валом двигателя. Обычно используется Lobe компрессор, показанный на рисунке 4. Такое расположение называется ПЕРЕЗАРЯДКОЙ. На больших двигателях вентилятор приводится в движение небольшой газовой турбиной, которая использует выхлопные газы двигателя для его питания.Это называется ТУРБО ЗАРЯДКА. На рисунке 5 показан турбонагнетатель. Рис.4 Д.Дж. Данн 10

11 5.1.3 ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ Рис. 5 Масса, содержащаяся в объеме воздуха, зависит от температуры. Чем холоднее воздух, тем больше в нем массы. Сжатый воздух по своей природе горячий, поэтому, если его можно охладить после сжатия, в цилиндр может подаваться большая масса воздуха. Турбонаддув и промежуточное охлаждение на больших двигателях с воспламенением от сжатия приводят к повышению эффективности, а также увеличению мощности.На рис.6 показан интеркулер, предназначенный для установки под радиатор автомобиля. Рис.6 Д.Дж. Данн 11

12 6 УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ Когда большие объемы горячих выхлопных газов производятся газовыми турбинами или большими дизельными двигателями, тепло выхлопных газов может быть рекуперировано для полезных применений, таких как его паровой котел.Завод вполне может использовать газовую турбину для производства электроэнергии, горячей воды или пара. Это более экономично, чем покупать электроэнергию. Рис. 7 Когда производство электроэнергии объединяется с системой сбросного тепла, это называется КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГИЕЙ И ОТОПЛЕНИЕМ. В больших масштабах это иногда делается на крупных электростанциях. Огромное количество отработанного тепла, образующегося в виде горячей воды из конденсаторов, можно перекачивать через систему трубопроводов горячей воды для обогрева зданий или больших теплиц.Д.Дж. Данн 12

13 УПРАЖНЕНИЕ ДЛЯ САМООЦЕНКИ № 3 Планируется построить завод, который будет использовать как электричество, так и пар. Необходимо рассмотреть два предложения. ПРЕДЛОЖЕНИЕ 1 Производство пара в котле, работающем на жидком топливе, и покупка электроэнергии. ПРЕДЛОЖЕНИЕ 2 Выработка электроэнергии с помощью газовой турбины и производство пара в котле-утилизаторе с использованием выхлопных газов. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОВОГО КОТЛА Массовый расход 1 кг / с Состояние пара 5 бар, насыщенный сухой.Температура питательной воды 15 o C. При сжигании топлива эффективность сгорания обычно составляет 85%. При использовании выхлопных газов теплопередача от газа может быть принята равной теплу, полученному водой и паром. Перед выходом из котла отработанный газ охлаждается до 100 o C. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Соотношение давлений 7 Давление воздуха на входе 1 бар Температура воздуха на входе 15 ° C Температура камеры сгорания 1500 ° C ДАННЫЕ О ТОПЛИВЕ Любое топливо, которое будет сжигаться в газовой турбине или котле, будет легким мазутом с теплотворной способностью 42 МДж / кг.Стоимость топлива 12,7 пенса за кг. Стоимость электроэнергии 2,5 пенса за кВт · ч (1 кВт · ч = 3600 кДж) СВОЙСТВА ВОЗДУХ Cp = 1,005 кДж / кг K = 1,4 СГОРАНИЕ ГАЗА Cp = 1,1 кДж / кг K = 1,3 D.J.Dunn 13

14 Составьте отчет, в котором сравниваются затраты для обеих схем. Вам нужно будет выполнить следующие задачи. УКАЗАНИЯ В ходе работы вам необходимо будет сделать следующее. ПАРОВОЙ КОТЛ Вам необходимо определить следующее.я. Энергия, необходимая для создания пара. II. Расход топлива в кг / с. iii. Масса выхлопного газа, необходимая для производства того же пара в кг / с. ГАЗОВАЯ ТУРБИНА Вам нужно будет приравнять теплопередачу от сжигания топлива к энергии, необходимой для повышения температуры в камере сгорания. Вам нужно будет определить следующее. vi. Массовый расход воздуха. v. Топливо сожжено в кг / с. vi. Потребляемая мощность компрессора. vii. Мощность турбины. viii. Чистая мощность для производства электроэнергии.СТОИМОСТЬ Основывайте стоимость варианта 1 на стоимости топлива плюс стоимость покупки той же электроэнергии, что и для варианта 2. Основывайте стоимость только на стоимости топлива. Какие еще факторы вы бы приняли во внимание при принятии решения о выборе варианта? Д.Дж. Данн 14

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *