Двигатель внутреннего сгорания
ДВС или двигатель внутреннего сгорания — это механизм, который принадлежит к тепловым машинам. Принцип действия двигателя внутреннего сгорания — преобразование тепловой энергии, получаемой от сгорания жидкого топлива, в механическую.
Поршни и шатуны
Простейший ДВС состоит из блока двигателя — чугунной или алюминиевой детали, в которой вырезается рабочий цилиндр. По цилиндру, совершая возвратно-поступательные движения движется поршень. Поршень, как правило, сделан из легкого и прочного сплава, поскольку должен длительное время выдерживать значительные нагрузки и температуры, при этом не разрушаясь и не деформируясь.
С одной стороны поршень соединен с шатуном. Это узел, обеспечивающий связь поршня с коленчатым валом. Представляет из себя цельнолитую деталь со сквозным неразъемным отверстием со стороны поршня и сквозным разъемным кольцом со стороны коленчатого вала. Шатун, соединенный с поршнем называется поршневой группой, поскольку сами по себе они практически бесполезны.
Коленчатый вал
Коленчатый вал — это вторая по массивности деталь двигателя. Представляет собой сложный вал, разбитый на условные сектора, некоторые из которых смещены относительно центра вращения вала. Каждый такой сектор отполирован до зеркальной поверхности и называется шейкой. Каждая шейка коленчатого вала — создана для того, чтобы работать в скользящей паре «шейка — шатун» или «шейка — опорный подшипник». Подшипники, на которых лежит коленвал, как правило скольжения. Он отполирован до зеркального состояния. На противоположной стороне колена, называемого шейкой, обычно делается наплыв для балансировки вала. Такая система называется кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
Вал, соединенный с поршнем через шатун, создает жесткую структуру, которая обеспечивает преобразование вращательных движений коленвала в возвратно-поступательные движения поршня в цилиндре и наоборот.
Сверху блок цилиндров закрывается головкой двигателя, в которой находится распределительнй вал, клапана и каналы впуска-выпуска.
Распредвал жестко связан с коленвалом посредством цепной или ременной передачи. Распредвал открывает и закрывает впускные и выпускные клапана. Такая конструкция применяется в четырехтактном двигателе Отто. Этот механизм ДВС называется газораспределительный механизм (ГРМ). Он обеспечивает отвод выхлопных газов из цилиндра, впуск топливовоздушной смеси в цилиндр перед тактом сжатия, обеспечивает герметичность камеры во время сжатия и сгорания топливной смеси.
Система запускается с помощью стартера. Стартер представляет собой либо механический привод, например педаль в мопедах и некоторых мотоциклах, или шнур в мотопилах или газонокосилках. В четырехтактных двс используется, как правило электрический стартер, который приводится в движение с помощью аккумуляторной батареи.
Двигатель внутреннего сгорания может быть двух, четырех и даже шести тактным.
Такты ДВС
Каждый такт поршневого двигателя внутреннего сгорания обозначает завершенное действие. Например в двухтактном двигателе тактов два — первый — рабочий, когда топливо засасывается, одновременно с выходом наружу отработанных газов, второй — когда топливо сжимается и происходит его сгорание.
В двухтактном двигателя каналы впуска и выпуска входят прямо в цилиндр, но расположены на разному ровне, что позволяет отработанным газам выходить раньше, чем поршень открывает второй, впускной канал.
Четырехтактный двигатель, соответственно, имеет четыре этапа действия.
Первый — поршень идет вниз, при этом открыт впускной клапан открыт — в рабочий объем засасывается порция топливно-воздушной смеси (ТВС).
Второй такт — оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая ТВС. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки (ВМТ), второй такт заканчивается.
Начинается третий такт — поршень проходит ВМТ, коленвал при этом поворачивается примерно на два-три градуса и происходит запал ТВС путем мощной искры из свечи зажигания. ТВС воспламеняется и начинает расширяться, активно сгорая. Поршень уходит вниз. В нижней мертвой точке НМТ, заканчивается третий такт.
Четвертый такт — поршень идет вверх, открывается выпускной клапан цилиндра — отработанные газы выходят в выхлопной коллектор.
Преимуществом четырехтактного двигателя является высокий коэффициент наполнения во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала, низкая чувствительность к падению давления в выпускной системе, возможность управления кривой наполнения путем подбора фаз газораспределения и конструкцией впускной системы.
Любой ДВС — это по сути насос, который способен черпать энергию из прокачиваемого топлива, сгораемого в нем в процессе прокачки.
Из чего состоит двигатель?
Двигатель внутреннего сгорания
Определение «Двигатель внутреннего сгорания» в Большой Советской Энциклопедии
Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.
Первый практически пригодный газовый Двигатель внутреннего сгорания был сконструирован французским механиком Э. Ленуаром (1860). В 1876 немецкий изобретатель Н. Отто построил более совершенный 4-тактный газовый Двигатель внутреннего сгорания По сравнению с паромашинной установкой Двигатель внутреннего сгорания принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетического преобразования — парокотельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Двигатель внутреннего сгорания, меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).
В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 нем. инженер Р. Дизель, работая над повышением эффективности Двигатель внутреннего сгорания, предложил двигатель с воспламенением от сжатия.
Усовершенствование этого
По роду топлива Двигатель внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые.
Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. При 1-м такте — впуске поршень движется от верхней мёртвой точки (в. м. т.
Рабочий цикл 2- тактного карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания осуществляется за 2 хода поршня или за 1 оборот коленчатого вала (рис. 2). Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам 4-тактного Двигатель внутреннего сгорания При прочих равных условиях 2-тактный двигатель должен быть в 2 раза более мощным, чем 4-тактный, т. к. рабочий ход в 2-тактном двигателе происходит в 2 раза чаще, однако на практике мощность 2-тактного карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания
Рабочий цикл карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания может быть осуществлен при очень большой частоте вращения вала (3000—7000 об/мин).
Двигатели гоночных автомобилей и мотоциклов могут развивать 15 000 об/мин и более. Нормальная горючая смесь состоит примерно из 15 частей воздуха (по массе) и 1 части паров бензина. Двигатель может работать на обеднённой смеси (18 : 1) или обогащенной смеси (12 : 1). Слишком богатая или слишком бедная смесь вызывает сильное уменьшение скорости сгорания и не может обеспечить нормального протекания процесса сгорания. Регулирование мощности карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания осуществляется изменением количества смеси, подаваемой в цилиндр (количественное регулирование). Большая частота вращения и выгодные соотношения топлива и воздуха в смеси обеспечивают получение большой мощности в единице объёма цилиндра карбюраторного двигателя, поэтому эти двигатели имеют сравнительно небольшие габариты и массу [ 1—4 кг/квт ( 0,75—3 кг/л. с.)]. Применение низких степеней сжатия обусловливает умеренные давления в конце сгорания, вследствие чего детали можно делать менее массивными, чем, например, в дизелях.
При увеличении диаметра цилиндра кароюраторного Двигатель внутреннего сгорания возрастает склонность двигателя к детонации, поэтому карбюраторные Двигатель внутреннего сгорания не делают с большими диаметрами цилиндров (как правило, не более 150 мм). Примером карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания может служить двигатель ГАЗ-21 «Волга». Это 4-цилиндровый 4-тактный двигатель, развивающий мощность 55 квт (75 л. с.) при 4000 об/мин и степени сжатия 6,7. Удельный расход топлива на наиболее экономичном режиме составляет 290 г;(квт.ч).
Наибольшая мощность 4-тактного карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания 600 квт (800 л. с.). Мотоциклетные карбюраторные 2-тактные и 4-тактные Двигатель внутреннего сгорания имеют мощность от 3,5 до 45 квт (от 5 до 60 л. с.). Авиационные поршневые двигатели с непосредственным впрыском бензина и искровым зажиганием развивают до 1100 квт (1500 л.
с.) и более.
Карбюраторные Двигатель внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.
Остов двигателя — группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.
Механизм движения — группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).
Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.
Система смазки — система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой очистки, откуда сливается обратно в поддон.
Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной. Жидкостная система состоит из рубашек цилиндров и головок, заполненных охлаждающей жидкостью (водой, антифризом и т. п.), насоса, радиатора, в котором жидкость охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, и устройств, регулирующих температуру воды. Воздушное охлаждение осуществляется обдувом цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха (на мотоциклах).
Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.
Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняюшей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока — генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В систему включается распределитель тока высокого напряжения по соответствующим цилиндрам. В одном агрегате с прерывателем находятся конденсатор, улучшающий работу прерывателя, и катушка зажигания, с которой снимается высокое напряжение (12—20 кв). В то время, когда Двигатель внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.
Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления.
В функции системы входит вращение вала двигателя для пуска.
Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.
Газовые Двигатель внутреннего сгорания работают большей частью па природном газе и газах, получаемых при производстве жидкого топлива. Кроме того, могут быть использованы: газ, генерируемый в результате неполного сгорания твёрдого топлива, металлургические газы, канализационные газы и пр. Применяются как 4-тактные, так и 2-тактныс газовые Двигатель внутреннего сгорания По принципу смесеобразования и воспламенения газовые двигатели разделяются на: Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием, в которых рабочий процесс аналогичен процессу карбюраторного двигателя; Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и зажиганием струей жидкого топлива, воспламеняющегося от сжатия; Двигатель внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием и искровым зажиганием.
Газовые двигатели, использующие природные газы, применяются на стационарных электростанциях, компрессорных газоперекачивающих установках и т. п. Сжиженные бутано-пропановые смеси используются для автомобильного транспорта (см. Газобаллонный автомобиль).
Экономичность работы Двигатель внутреннего сгорания характеризуется эффективным кпд, который представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, затраченного на получение этой работы. Максимальный эффективный кпд наиболее совершенных Двигатель внутреннего сгорания около 44%.
Основным преимуществом Двигатель внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигатель внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте.
Это обусловило широкое применение Двигатель внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, с.-х. и строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).
Совершенствование Двигатель внутреннего сгорания идёт по пути повышения их мощности, надёжности и долговечности, уменьшения массы и габаритов, создания новых конструкций (см., например, Ванкеля двигатель). Можно наметить также такие тенденции в развитии Двигатель внутреннего сгорания, как постепенное замещение карбюраторных Двигатель внутреннего сгорания дизелями на автомобильном транспорте, применение многотопливных двигателей, увеличение частоты вращения и др.
Лит.: Двигатели внутреннего сгорания, т. 1—3, М.. 1957—62; Двигатели внутреннего сгорания, М., 1968.
Д. Н. Вырубов, В. П. Алексеев.
Статья про «Двигатель внутреннего сгорания» в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 281 раз
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили.
Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.
Внизу страницы смотрите видео, на котором наглядно показано устройство и принцип работы бензинового ДВС.
В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.
Классификация двигателей по типу
Принцип работы силового агрегата основывается на преобразования тепловой энергии в механическую. Повторяющиеся процессы в моторе являют собой рабочий цикл двигателя. Зависимо от того, сколько поршень делает ходов, двигатели делятся на четырехтактные и двухтактные.
Двигатели внутреннего сгорания, которые применяются в машинах, работают по 4-тактному циклу. Сюда входит впуск топлива, рабочий ход (туда-назад) и выпуск отработанных газов.
В двухтактном моторе за один цикл происходит всего 2 хода поршня: рабочий ход и сжатие. Наполнение цилиндров и очистка происходит во время этих 2-х тактов. У двигателей этого типа есть существенные недостатки, например высокий уровень выброса выхлопных газов. Главный минус – это высокий расход топлива, из-за чего двухтактные двигатели не используются в современных автомобилях.
Как устроен ДВС
Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.
Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:
- КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
- ГРМ — механизм регулировки фаз газораспределения.
- Система смазки.
- Система охлаждения.
- Система подачи топлива.
- Выхлопная система.
Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.
КШМ — кривошипно-шатунный механизм
КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:
- Блок цилиндров.
- Головка блока цилиндров.
- Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
- Коленчатый вал с маховиком.
ГРМ — газораспределительный механизм
Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы.
К деталям ГРМ относятся:
- Распределительный вал.
- Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
- Детали привода клапанов.
- Элементы привода ГРМ.
ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их
В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).
Инжекторный тип двигателя
Ижекторный двигатель работает немного иначе: топливо подается в воздушную среду способом мелкого впрыска.
Под давлением через форсунку распыляется горючая жидкость, что значительно снижает расход топлива, потому как количество дозируют специальные устройства. По этой причине инжекторные двигатели более экономичные, а оптимальная пропорция горючей смеси позволяет увеличить чистоту выхлопа и повысить КПД силового агрегата.
Инжекторные двигатели делятся на механические и электронные. В механическом двигателе устанавливается дозировка топлива с помощью рычагов, а в электронном силовом агрегате применяется специальная система управления дозировкой топлива. При использовании таких систем более тщательно перегорает топливо и снижаются вредные выбросы.
Что такое ДВС?
ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.
ДВС работает, благодаря физическому эффекту теплового расширения газов.
Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.
Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).
Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).
Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.
- Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет. Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу.
- Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM. Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней.
- Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda. Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты (причём сразу на 15%). А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.
Тип двигателя карбюраторный
Бензин, который проходит через топливную систему, попадает в карбюратор или впускной коллектор.
В него же поступает воздух, который в дальнейшем смешивается с топливом и получается готовая смесь. Она подается в цилиндры и там поджигается искрой, которую дают свечи зажигания.
Автомобили с карбюраторным типом двигателем на данный момент считаются устаревшими. Сейчас широко используются двигатели инжекторного типа. Распыление топлива производится форсунками или через впускной коллектор.
Дизельный тип двигателя
Отдельного внимания достойны дизельные двигатели. Их принцип работы основывается на воспламенении рабочей смеси при сжатии. Когда втягивается воздух, процесс происходит под высоким давлением, в результате чего смесь самовоспламеняется. После воспламенения происходит рабочий ход поршня, который потом вытесняет отработавшие газы.
Данный тип двигателя имеет более низкий расход топлива и небольшое количество вредных веществ в выбросах. КПД этого силового агрегата тоже намного выше. Дизельные двигатели сейчас продолжают совершенствоваться и даже заморозки уже не помеха к запуску мотора.
Разные виды двигателей, работающих на дизельном топливе, отличаются характеристиками, которые зависят от времени года. Эти силовые агрегаты не имеют системы зажигания, потому как топливо загорается из-за высокого давления, что дает движение поршня.
Первичные двигатели
Описание и классификация
Суть первичных сводится к тому, что необходимая энергия вырабатывается из природных источников, которые поставляются в специальное устройство, где и происходит преобразование, а, точнее, в большинстве случаев, сжигание.
Дополнительная информация! Как ясно из определения, природными источниками могут быть самые разные ресурсы, в том числе ветер, вода и пар, а также топливо.
Двигатели Стирлинга
Приблизительно через 30 лет после того, как Уайт усовершенствовал свой паровой механизм, шотландец Стирлинг разработал иную конструкцию, которая в принципе являлась устройством внешнего сгорания. Её принцип заключался в том, что нагревание и охлаждение рабочих объёмов элемента происходит в отдельных камерах.
Осуществляется этот процесс через стенку, поэтому такая изолированность позволяет работать независимо от природы нагревателя и охладителя. А это, в свою очередь, способствует, чтобы использовать такие механизмы внешнего сгорания, разработанные Стирлингом в самых разных условиях эксплуатации. В том числе и в космосе.
Важно! Несмотря на то что КПД такой конструкции должен быть значительно выше, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, в реальности не удалось добиться такого эффекта. Сейчас стирлинги имеют ровно такой же уровень КПД, как и механизмы внутреннего сгорания.
Паровая турбина
Паровые турбины по своим конструктивным особенностям представляют собой крыльчатку, то есть колесо с крольчатами лопастями, которые вращаются под воздействием какой-либо среды. Несмотря на то что прототипы таких движущих элементов были предложены ещё в ранний период развития человечества, найти отражение в различных машинах и механизмах они смогли только в середине XIX века.
Дело в том, что только в этот период стали интенсивно развиваться различные конструкционные материалы, которые позволили реализовать данный тип. Ведь далеко не каждый материал мог вынести интенсивную скорость вращения до нескольких тысяч оборотов в минуту.
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания, а точнее, его первый прототип был предложен ещё Гюйгенсом в далёком XVII веке. Тогда, в качестве активизирующей силы предлагалось использовать порох. Но попытки так и остались лишь разработками. Первый, основанный на внутреннем сгорании возник в 1860 году. Его автором стал Ленуар, который в качестве топлива использовал газ.
Далее разработка продолжила совершенствоваться и через несколько десятилетий в Германии был предложен усовершенствованный четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания.
Интересно! Только в начале XX века он приобретает тот вид и конструкцию, которые взяты за основу в современных двигателях.
Паровые машины
В середине XVII века появились первые прототипы паровых машин.
Они на протяжении 100 лет усовершенствовались и видоизменялись. И только когда к концу XVIII века Джеймс Уайт создал более совершённый прототип, он получил название универсального парового. Именно его изобретением является поршень двойного хода, центробежный предохранитель, а также автоматическая коробка с клапанным принципом работы, устранившие монотонную тяжёлую работу оператора, который должен был постоянно переключает рычаги для подачи воды и пара.
Плавность работы на машине Уайта обеспечивал кривошипно-шатунный механизм. Таким образом, английский механик внёс достаточно большой вклад в развитие паровых конструкций. Его полная конструкция, а также отдельные элементы в дальнейшем входили во все паровые машины.
Турбокомпрессор двигателя внутреннего сгорания состоит из турбины и компрессора. Поток горячих выхлопных газов через турбину для создания работы, и выходной сигнал турбины используется как w
Вопрос:
Турбокомпрессор двигателя внутреннего сгорания состоит из турбины и компрессора.
Горячий выхлопной газ проходит через турбину для создания работы, а выходной сигнал турбины используется как входной сигнал для компрессора. Давление окружающего воздуха увеличивается по мере его поступления в компрессор до того, как он попадает в цилиндры двигателя.Следовательно, может быть сожжено больше топлива, больше мощности может быть произведено двигателем.
В турбокомпрессоре выхлопные газы входят в турбину при 470 ° C и 120 кПа со скоростью 0,027 кг / с и выходят при 130 кПа со скоростью 0,018 кг / с. Компрессор увеличивает давление воздуха с побочным эффектом: он также увеличивает температуру воздуха, что увеличивает вероятность детонации в бензиновом двигателе. Во избежание этого после компрессора устанавливается дополнительный охладитель для охлаждения теплого воздуха холодным окружающим воздухом перед его поступлением в цилиндры двигателя.Подсчитано, что дополнительный охладитель должен снизить температуру воздуха ниже 80 ° C, чтобы избежать детонации. Холодный окружающий воздух поступает в дополнительный охладитель при температуре 30 ° C и выходит при температуре 40 ° C.
Теплота выхлопных газов, теплого и холодного окружающего воздуха при постоянном давлении принимается равной {eq} C_ {p} {/ eq} = 1,063, 1,008 и 1,005 кДж / кг.К соответственно.
Без учета потерь на трение в турбине и компрессоре и обработки выхлопных газов как воздуха, определить часть 1 из части 2
(а) температура воздуха на выходе из компрессора
{eq} T_ {a, 2} {/ eq} = C
Турбокомпрессор:
Турбокомпрессор в двигателе внутреннего сгорания используется для повышения эффективности двигателя за счет использования отработанного выхлопного газа для запуска турбины, которая, в свою очередь, используется для запуска компрессора, который дополнительно сжимает входящий воздух.{\ circ} C {/ eq}
Температура выхлопных газов на входе в турбину, …
См. Полный ответ ниже.
Он также увеличивает температуру воздуха, что увеличивает вероятность детонации в бензиновом двигателе.
{\ circ} \ mathrm {C}, чтобы избежать удара.{\ circ} \ mathrm {C}. Не принимая во внимание любые потери на трение в турбине и компрессоре и рассматривая выхлопные газы как воздух, определите (а) температуру воздуха на выходе из компрессора и (б) минимальный объемный расход окружающего воздуха, необходимый для предотвращения детонации.Стенограмма видео
каждый. Итак, у нас есть система турбонагнетателя, которая подключена к охладителю наддувочного воздуха для охлаждения воздуха, поступающего в двигатель IC. Гм, то, что попросили найти, это температуру на выходе из компрессора и минимальный объемный расход воздуха, необходимый для предотвращения детонации.Итак, первое, что мы собираемся сделать, это просто провести баланс энергии для нашего тюрбана. Итак, мы знаем, что это будет равно m dot h one, что равно m dot h two плюс проделанная работа. А поскольку компрессор и турбина напрямую связаны друг с другом, мы знаем, что работа, извлекаемая из тюрбана, напрямую передается в компрессор.
Итак, что мы можем сделать, так это решить задачу, которая дает нам степень, равную нулю, точка каждая минус h два.И, подключив эти значения, мы видим, что работа равна одной целой 06 киловатт. Затем мы можем написать соотношение энергии для компрессора и, следовательно, мы можем вычислить температуру, которая выходит из компрессора в конце. Итак, что мы можем сделать, так это сказать, что соотношение энергии для компрессора будет m dot h one плюс w. DOT равно m dot h two. Теперь мы можем переставить термины и установить их равными нулю, и, следовательно, мы видим, что m docked cp t one минус t два плюс w dot равно нулю, и мы просто используем определение, что H равно c p.Команда Times. Таким образом, решение этого выражения для T two дает нам, что t two равно t one плюс работа над m dot c p. И если включить эти качества, T one составляет 323 Кельвина, наша работа, которую мы видели раньше, составила 1,6 киловатта. Все наши точки m, которые составляют 0,18 кг во второй раз, имеют CP 1,5, что дает нам температуру на выходе из компрессора, равную 382 кельвину, что равно 109 градусам Цельсия.
Следующий. Что мы можем сделать, так это найти объемный расход, необходимый для предотвращения детонации.Итак, что мы можем сделать сейчас, так это сказать, что точка m в лагере я CP Times 19 минус 80 равна M Doc CP 40 минус 30. И поэтому мы можем сократить и решить для объема скорость потока. Мы можем сказать, что объемный расход будет равен m точек по всей дороге, и это будет равно 29 точкам, умноженным на m, которые вы не можете получить на 10-тонном грузовике. И теперь мы можем сделать следующее: вы можете использовать свой закон об идеальном газе, чтобы подключиться к Риму и сказать, что это равно 29-метровой точке. Он это назовет. Посмотрите, пока rt превышает 10 p, и, подключив эти величины, вы увидите, что точка RV будет равна 29 раз, когда M doc, то есть 0.1 кг в секунду. Время составляет 87 Дж на килограмм по Кельвину, умноженное на температуру воздуха, что составляет 303 кельвина по всей нашей плотности по всему нашему давлению, что в 10 раз 130 раз по 10 в третьем Costco, и это дает нам объемный расход, равный нулю.
точка 0349 кубометров в секунду, и это ваш окончательный ответ.
Патент США на двигатель внутреннего сгорания с золотниковыми клапанами Патент (Патент №5,694,890, выдан 9 декабря 1997 г.)
ИСТОРИЯ1.Область изобретения
Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Более конкретно, это изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, который включает в себя клапаны цилиндров, которые могут приводиться в действие с возможностью скольжения для управления потоком воздуха по отношению к камерам сгорания.
2. Описание предшествующего уровня техники
Среди наиболее ответственных элементов двигателя внутреннего сгорания — клапаны, регулирующие потоки газа в камеры сгорания и из них.В каждой камере находится поршень возвратно-поступательного действия. Так, например, восьмицилиндровый двигатель имеет восемь поршней, требующих тщательного регулирования шестнадцати клапанов.
Мощность двигателя складывается из вращения коленчатого вала. Такое движение передается на колеса с помощью дифференциала, соединенного с осью автомобиля. Вращение коленчатого вала осуществляется за счет последовательных, поэтапных входов углового движения через шатуны, шарнирно зацепленные одним концом с поршнями, а на другом — с шейками шатунов, которые смещены относительно основных шейек, лежащих вдоль оси вращения вала. коленчатый вал.Приложение последовательных, поэтапных усилий к смещенным шейкам приводит к вращению коленчатого вала. Ось вращения коленчатого вала совмещена с осью приводного вала, который может входить в зацепление с коленчатым валом и отсоединяться от него с помощью муфты. Выходной сигнал приводного вала, в свою очередь, используется для привода колес автомобиля через дифференциал.
Таким образом, двигатель автомобиля преобразует возвратно-поступательные движения поршней во вращение вала. Возвратно-поступательное движение поршней осуществляется хорошо понятным четырехтактным процессом внутреннего сгорания.
Четыре элемента этого процесса включают «такт впуска», во время которого смесь воздуха и топлива поступает в верхнюю часть цилиндра (то есть над поршнем) от карбюратора или топливных форсунок. Поршень движется вниз (притягивается вращающимся коленчатым валом через шатун), создавая вакуум, который всасывает воздушно-топливную смесь. После такта впуска часть цилиндра над поршнем герметизируется, и начинается «такт сжатия», во время которого шатун толкает поршень вверх, сжимая топливно-воздушную смесь.После завершения такта сжатия свеча зажигания испускает высоковольтную искру, воспламеняя топливно-воздушную смесь в герметичной камере сжатия. Возникающее в результате сгорание смеси вызывает расширение газового объема, создавая силу, действующую вниз на верхнюю часть поршня. Это опускает поршень вниз, чтобы передать вращение коленчатому валу. Величина сообщаемого углового движения зависит от количества цилиндров двигателя. Как только это движение («ход вниз») завершено, газы в камере сгорания выпускаются, и поршень снова приводится в движение вверх внутри цилиндра за счет вращения коленчатого вала.
Затем может начаться еще один четырехтактный цикл. При типичной частоте вращения двигателя 2200 об / мин весь четырехтактный процесс выполняется со скоростью восемнадцать раз в секунду в каждом цилиндре.
Как видно из вышеизложенного, в разные периоды времени каждого цикла работы двигателя внутреннего сгорания камера сгорания над поршнем должна быть герметизирована, а затем открыта. Более конкретно, каждый цилиндр двигателя внутреннего сгорания должен включать в себя средства для (1) регулирования входящего потока топливовоздушной смеси, (2) обеспечения выхода потока газов сгорания и (3) обеспечения надежного уплотнения во время сжатия и силовые удары.Это достигается за счет создания впускных и выпускных отверстий, которые сообщаются с частью цилиндра, расположенной выше верхней мертвой точки поршня. Впускной и выпускной клапаны закрывают два порта соответственно. Движение двух клапанов передается от коленчатого вала двигателя через различные связи.
Клапаны, которые регулируют поток впускных и выхлопных газов в большинстве двигателей, являются тарельчатыми, которые перемещаются вверх и вниз, чтобы открывать и закрывать соответствующие отверстия.
Такие клапаны включают удлиненные штоки и оканчиваются обычно круглыми расширенными головками. Головки имеют скошенные грани, которые обрезаны под угол, образованный седлом клапана. Седла клапанов и тарельчатые клапаны взаимодействуют, в результате чего камера сгорания герметизируется путем вытягивания клапанов вверх (штоки выступают из цилиндра) до тех пор, пока увеличенные головки не упираются в седла клапанов рядом с верхней частью цилиндра. Между периферийными поверхностями клапанов и круглыми седлами клапанов образуется уплотнение.И наоборот, клапаны пропускают потоки газа при движении вниз, так что поверхности отсоединяются от седел клапанов.
Производительность двигателя критически зависит от надежности и качества работы клапана, описанного выше. К сожалению, сама конструкция тарельчатых клапанов по своей сути снижает эффективность работы. Увеличенные уплотнительные головки как впускных, так и выпускных клапанов и тот факт, что такие клапаны входят в цилиндр, обеспечивают сопротивление потокам как смеси сгорания, так и выхлопных газов, что эффективно сокращает количество времени во время четырехтактной последовательности, посвященной критическому компрессионные и силовые удары.
В результате эффективность двигателя снижается, количество несгоревшей воздушно-топливной смеси увеличивается (тем самым создавая загрязнение из-за наличия твердых частиц, образующихся в результате несгоревшего топлива) и т.п. Кроме того, клапаны подвергаются воздействию экстремальных рабочих температур из-за их многократных выступов в камеру сгорания. Впускные клапаны охлаждаются поступающей воздушно-топливной смесью, а выпускные клапаны охлаждаются только при контакте с головкой двигателя. Некоторое количество тепла передается от поверхности клапана к седлу клапана, когда клапан закрыт, но большая часть тепла рассеивается через тонкий шток клапана, когда он проходит через направляющую клапана в головке.Выпускные клапаны обычно достигают температуры от 1000 до 1400 градусов по Фаренгейту и светятся красным во время работы. Такой нагрев также создает проблемы для надлежащего уплотнения, поскольку седло и клапан будут по-разному расширяться при повышении температуры.
Настоящее изобретение устраняет вышеупомянутые и другие недостатки предшествующего уровня техники, обеспечивая усовершенствование двигателя внутреннего сгорания того типа, в котором множество поршней совершает возвратно-поступательное движение внутри множества цилиндров в течение повторяющегося четырехтактного цикла.
Каждый из цилиндров включает впускное отверстие для впуска топливовоздушной смеси во время стадии впуска и выпускное отверстие для отвода продуктов сгорания во время стадии выпуска. Клапаны управляют потоками через каждый из портов. Возвратно-поступательные движения поршней приводят в действие вращающийся коленчатый вал.
Усовершенствование, обеспечиваемое изобретением, включает внешние седла клапана, связанные с впускным и выпускным отверстиями каждого цилиндра. Предусмотрены средства, реагирующие на вращение коленчатого вала и связанные с каждым из клапанов, для плавного перемещения клапанов в седла клапана и из них.
Предыдущие и другие особенности и преимущества этого изобретения станут более очевидными из подробного описания, которое следует ниже. Такое описание сделано со ссылкой на набор чертежей. Цифры на чертежах, соответствующие номерам в письменном описании, указывают на различные особенности изобретения. Одинаковые числа относятся к одинаковым элементам как в письменном описании, так и на чертежах.
РИС.1 — вид спереди двигателя внутреннего сгорания, включающего механизм привода клапана согласно изобретению;
РИС. 2 — вид, обычно сделанный по линии 2-2 на фиг. 1 частично в разрезе;
РИС. 3 — вид в разрезе по линии 3-3 на фиг. 2;
РИС. 4 — общий вид по линии 4-4 на фиг. 3 частично в разрезе;
РИС. 5 (a) и 5 (b) представляют собой вид в перспективе скользящего клапана в соответствии с изобретением и его поперечное сечение по линиям 5 (a) — 5 (a) и 5 (b) — 5 (b). ) на фиг.5 (а) соответственно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ИМБОДИМЕНТА РИС. 1 представляет собой вид спереди двигателя 10 внутреннего сгорания, который включает в себя золотниковые клапаны и соответствующие механизмы управления клапанами в соответствии с изобретением. Двигатель 10 основан на модификации существующих двигателей внутреннего сгорания с учетом принципов работы таких двигателей.
Соответственно, многие компоненты и операции двигателя 10 являются общими и легко оцениваются теми, кто знаком с существующей технологией двигателей внутреннего сгорания.
Блок 10 двигателя включает камеру 12 сгорания, в которой находятся цилиндры, внутри которых совершают возвратно-поступательное движение поршни. Под цилиндрами находятся стенка 14 двигателя и масляный поддон 16, которые прикручены друг к другу. В блоке 10 двигателя и масляном поддоне 16 находится коленчатый вал 18. Выходное вращение коленчатого вала 18 передается с помощью шкива 20 коленчатого вала и ремня 22 ГРМ на шкив 24 распределительного вала, который, в свою очередь, приводит в движение распределительный вал 26. Распределительный вал приводит в действие толкатель 28, который соединен с коромыслом 30, зацепленным со стержневой задней частью скользящего впускного клапана (не показан на фиг.1). Вертикальное положение коромысла 30 соответствует закрытию впускного канала. (Подобное коромысло соединено и приводится в действие другим толкателем, который зацеплен с распределительным валом 26 для открытия и закрытия выпускного отверстия двигателя.) Расположение коромысла 30 таково, что механизм приведения в действие клапана является типа «съемник». Из нижеследующего описания будет легко очевидно, что приводной механизм клапана согласно настоящему изобретению может быть с таким же успехом «толкающим» устройством.
Впускной канал 32 обеспечивает путь между впускным коллектором (не показан) и внутренней частью цилиндра, тогда как выпускной канал 34 обеспечивает путь между выпускным коллектором (не показан) и внутренней частью цилиндра. Как впускной канал, так и выпускной канал связаны с каждым цилиндром двигателя 10, для чего требуются как впускной клапан, так и выпускной клапан скользящего типа для регулирования потоков сгорания и выхлопных газов в цилиндр и из него во время соответствующих стадий. четырехтактный цикл.
РИС. 2 представляет собой вертикальный разрез любого из рядных цилиндров двигателя 10. Показано, что поршень 36 совершает возвратно-поступательное движение в соответствующем цилиндре 38. Кольца 40, 42 и 46 эффективно увеличивают диаметр поршня 36 по сравнению с верхним пара 40 и 42 обеспечивает компрессионное уплотнение у стенки 48 цилиндра, в то время как нижнее кольцо 42 изолирует цилиндр от масла, окружающего коленчатый вал. Поршень 36 совершает возвратно-поступательное движение во время работы внутри цилиндра 38 с его так называемой верхней мертвой точкой, показанной теневым контуром.Из почти вертикального положения поршневого штока 50, который шарнирно прикреплен к поршню 36, можно определить, что другое показанное положение находится рядом с нижней мертвой точкой, но не в ней.
Нижний конец штока 50 поршня шарнирно соединен с шейкой 52 штока, которая образует часть коленчатого вала. Цапфа 52 установлена на противовесе 54, который вращается вокруг коренного опорного подшипника 56, который совмещен с осью вращения коленчатого вала. Противовес обеспечивает импульс для приведения в движение поршневого штока 50 вверх во время такта выпуска цикла Отто двигателя.
Как описано ранее и проиллюстрировано на фиг. 1, вращение коленчатого вала 18 передается на распределительный вал 26 посредством зубчатого ремня 22. Лепесток 58 кулачка, прикрепленный к распределительному валу 26, выполнен с возможностью подталкивать толкатель 28 вверх, как показано стрелкой 60, при вращении вместе с распределительным валом. 26 в положение, указанное пунктирными линиями. Верхний конец толкателя 28 шарнирно прикреплен к основанию 62 коромысла 30, описанному выше. Коромысло 30 своим верхним концом прикреплено к штоку 64 клапана с помощью фиксатора 66.Шток 64 клапана образует заднюю часть впускного клапана и закреплен на противоположном конце на по существу плоской скользящей головке 68 клапана. Впускной клапан регулирует поток смеси газов сгорания в камеру 38 сгорания цилиндра путем выборочной заслонки. отверстие 70 на его верхнем конце. Обратимся на фиг. 5 (а), вид в перспективе всего скользящего клапана 72 в соответствии с изобретением, видно, что двухэлементная конструкция включает шток 38 клапана, имеющий выемку 74 для приема крепежной детали 40.Головка 68 клапана обычно имеет прямоугольную форму в поперечном сечении по линии 5 (b) — 5 (b), как показано на фиг. 5 (б). Головка 68 предпочтительно изготовлена из металлического сплава, а ее нижняя поверхность необязательно покрыта слоем 78 материала с соответствующим низким коэффициентом трения, такого как графит, ТЕФЛОН или композит, например, графита и титана.
Снова обратимся к фиг. 2, седло клапана для приема с возможностью скольжения головки 68 клапана содержит конические горизонтальные отверстия 80 и 82 для приема соответствующей конической верхней поверхности 84 головки 68 клапана.В отличие от обычных тарельчатых клапанов, которые уплотняют только заданную окружность, где клапан и седло клапана входят в зацепление, головка 68 скользящего клапана в соответствии с настоящим изобретением, когда она установлена, герметизирует относительно широкую область, на которой поддерживается тесный контакт между плоские конические поверхности горизонтального седла клапана и соответствующие конические плоские поверхности клапана.
Пружина 86 смещает головку 68 клапана к закрытию впускного отверстия 32. Пружина 86 расположена между задним краем головки 68 клапана и пружинным уплотнением 88 в задней части камеры 90, образованной между верхней поверхностью головку 92 и край впускного отверстия 32.Как можно видеть, верхняя поверхность головной части 92 и нижняя поверхность обычного впускного отверстия 32 обработаны на станке для образования камеры 90.
Головка 68 впускного клапана показана на фиг. 2, смещенный пружиной 86 для закрытия впускного отверстия 32. Это подходит для тактов сжатия, мощности и выпуска четырехтактного двигателя. Впускное отверстие 32 открывается при перемещении головки 68 клапана влево для открытия отверстия 70. Положение коромысла 30, влияющее на открытие отверстия 70, показано теневым контуром.Видно, что движение штока 64 клапана влево, также в тени, следует за вращением коромысла 30 против часовой стрелки. распределительный вал 26 в положение, указанное пунктирной линией.
После завершения такта впуска нижний конец толкателя 28 снова войдет в контакт с частью кулачкового вала 26 без кулачка и будет следовать за его поверхностью вниз, поворачивая коромысло 30 в вертикальное положение.Движение коромысла 30 по часовой стрелке в сочетании со смещением, обеспечиваемым пружиной 86, будет перемещать головку 68 клапана вправо до тех пор, пока она не сядет в конические сегменты 80 и 82 седла клапана.
РИС. 3 — вид сверху двигателя 10 с частичным вырывом, взятый в целом по линии 3-3 на фиг. 2. Можно увидеть три цилиндра, расположенных в ряд, образованных стенками цилиндров 48, 94 и 96. Свечи зажигания 98, 100 и 102 проходят внутри цилиндров 48, 94 и 96 соответственно, обеспечивая высоковольтную искру для воспламенения сжатого топлива-воздуха. смеси в каждом цилиндре.
Обращаясь конкретно к цилиндру 48, можно увидеть, что впускной клапан, содержащий шток 64 клапана и головку 68 клапана, которая регулирует поток продуктов сгорания через впускное отверстие 70, расположен бок о бок рядом с аналогичным выпускным клапаном, содержащим Вал клапана 104 прикреплен к задней части подвижной головки 106 клапана. Такой выпускной клапан перекрывает поток выхлопных газов через отверстие 108, чтобы прерывать и регулировать поток из цилиндра в выхлопное отверстие 34.
Как и в случае впускного клапана, пружина 110 окружает задний вал 104 выпускного клапана, смещая его в закрытое положение.Коромысло 112, соединенное с задней частью вала 104 клапана с помощью фиксатора 114, предназначено для открытия и закрытия выпускного клапана.
РИС. 4 представляет собой вид сбоку части двигателя 10 с частичным разрезом по линии 4-4 на фиг. 3. Этот вид совмещает и, таким образом, обеспечивает параллельные виды (один в разрезе, другой снаружи) соседних цилиндров, ограниченных стенками 48 и 94 цилиндров. Как упоминалось ранее, толкатель 28 приводится в действие прилегающим выступом 42 кулачка, зафиксированным. к распределительному валу 26.Соседний кулачок 116 аналогичным образом упирается в толкатель 118, который, в свою очередь, приводит в действие коромысло 112, прикрепленное к штоку 104, и образует заднюю часть скользящего выпускного клапана. Соседние выступы 42 и 116 кулачка имеют соответствующую эксцентрическую форму, так что примыкающие толкающие стержни 28 и 118 соответственно приводятся в действие с синхронизацией по времени, в результате чего соответствующие впускные и выпускные отверстия открываются и закрываются в соответствии с требованиями работы четырехтактного двигателя. Конструкция распределительного вала для воздействия на соответствующую последовательную работу клапанов хорошо известна специалистам в данной области техники.
Хотя это описание продолжалось со ссылкой на работу одного цилиндра с учетом принципов изобретения, распространение работы золотниковых клапанов, например, на шестицилиндровый или восьмицилиндровый двигатель является прямым продолжением того же типа. поэтапного расширения двигателя внутреннего сгорания, оснащенного тарельчатыми клапанами, до нескольких цилиндров.
Используя золотниковые клапаны в соответствии с изобретением, можно реализовать множество преимуществ.В отличие от клапанов, которые должны выступать внутри цилиндра, клапаны по настоящему изобретению работают в гораздо менее экстремальных температурных условиях (приблизительно от 160 до 200 градусов по Фаренгейту, рабочая температура стандартного блока цилиндров), что приводит к увеличению срока службы. Золотниковые клапаны согласно изобретению полностью оставляют впускное и выпускное отверстия полностью свободными во время соответствующих фаз четырехтактного цикла. Когда золотниковый клапан открыт, не возникает даже частичного препятствия, повышая эффективность, поскольку достигается более высокая степень сгорания и тем самым сокращаются выбросы твердых частиц и загрязняющих веществ.
Хотя это изобретение было описано со ссылкой на его предпочтительный в настоящее время вариант осуществления, оно не ограничивается этим. Скорее, это изобретение ограничено только постольку, поскольку оно описано, как определено в следующем наборе пунктов формулы изобретения, и включает в свой объем все его эквиваленты.
Как классифицируются двигатели внутреннего сгорания? — Реабилитацияrobotics.net
Как классифицируются двигатели внутреннего сгорания?
Мы можем классифицировать поршневые двигатели внутреннего сгорания по количеству ходов поршня за один полный рабочий цикл.Существует еще одна классификация в зависимости от процесса сгорания: взрывные двигатели или двигатели внутреннего сгорания постоянного объема и двигатели внутреннего сгорания постоянного давления или дизельные двигатели.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?
Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода./ промежуток>
Какие основные части двигателя внутреннего сгорания?
Самыми основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал. К ним прикреплены другие компоненты, которые повышают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала.
Насколько эффективен двигатель внутреннего сгорания?
По данным Green Car Reports, большинство двигателей внутреннего сгорания имеют термический КПД только на 20 процентов.Помимо тепла, все различные системы, необходимые для работы двигателя, потребляют энергию, которая потенциально может быть использована для приведения в движение транспортного средства.
Какой двигатель внутреннего сгорания самый эффективный?
На сегодняшний день самый термически эффективный автомобильный двигатель внутреннего сгорания принадлежит команде Mercedes-AMG Formula 1 с КПД 50 процентов; AMG надеется, что двигатель на основе F1 в уличном суперкаре Project One достигнет 41-процентного теплового КПД, что сделает его наиболее термически эффективным… / span>
Какой двигатель самый эффективный?
Добро пожаловать в новое поколение двигателей.Wärtsilä 31 устанавливает новый стандарт энергоэффективности, обеспечивая самый низкий уровень расхода топлива среди всех четырехтактных двигателей в мире.
Какой двигатель более эффективен: 2-тактный или 4-тактный?
Что касается эффективности, 4-тактный двигатель, безусловно, выигрывает. Это связано с тем, что топливо расходуется раз в 4 такта. Четырехтактные двигатели тяжелее; они весят на 50% больше, чем сопоставимый двухтактный двигатель.
Почему запрещены двухтактные двигатели?
Ответ: Двухтактные двигатели ушли с рынка, потому что они не могли соответствовать постоянно ужесточающимся стандартам EPA по выбросам выхлопных газов транспортных средств.Четырехтактный двигатель имеет отдельный ход поршня для каждой из четырех функций, необходимых для двигателя с искровым зажиганием: впуск, сжатие, мощность и выпуск.
Есть ли шестицилиндровый двигатель?
Шеститактный двигатель представляет собой усовершенствованную версию двигателя внутреннего сгорания, основанную на четырехтактном двигателе, но с дополнительными двумя электрическими тактами, предназначенными для повышения его эффективности и снижения выбросов. Он использует свежий воздух для второго всасывания (чистый воздух из атмосферы) пятого хода.
Что произойдет, если не смешать масло в двухтактном двигателе?
Но работа двухтактного двигателя со слишком малым количеством масла может фактически вывести агрегат из строя. Масло помогает охладить поршень и цилиндр, поддерживая их равномерную смазку. Без смазки металлы могут плавиться и потенциально тереться друг о друга, передавая металл друг другу и постоянно деформируя их.
Что произойдет, если я смешаю бензин с маслом в 4-тактном двигателе?
Смешивание масла с бензином вызовет образование клейкого слоя на стенках цилиндра, так как моторное масло частично сгорит, а также будут выделяться ядовитые газы, загрязняющие окружающую среду.Образование клейкого слоя. Увеличится трение внутри камеры сгорания.
Масло для 4-тактных двигателей — это то же самое, что и автомобильное масло?
Масло для 2-тактных или тактных двигателей разработано для смешивания с бензином, поскольку 2-тактный двигатель редко имеет масляный резервуар, а масло в газе смазывает внутренние детали двигателя. Масло для 4-тактного двигателя — это обычное обычное масло, которое вы используете в своем автомобиле, поскольку оно является чисто смазочным материалом для двигателя вашего 4-тактного автомобиля. / Интервал>
Какое масло лучше всего подходит для четырехтактных двигателей?
MotorCycle 10W-40 — моторное масло для тяжелых условий эксплуатации для требовательных 4-тактных мотоциклов.MotorCycle 10W-60 — моторное масло для тяжелых условий эксплуатации для требовательных 4-тактных мотоциклов. MotorCycle Mineral 15W-40 — моторное масло на основе минерального масла с отобранными присадками для требовательных 4-тактных мотоциклов.
Какое масло используется в 4-тактном двигателе?
Стандартное масло, используемое для 4-тактных двигателей бензиновых газонокосилок, относится к классу SAE 30. Синтетические разновидности включают SAE 5W-30 и SAE 10W-30. Они обеспечивают повышенную производительность и более высокий уровень защиты, но стоят дороже. / Диапазон>
Можно ли использовать моторное масло в 4-тактном двигателе?
Да, как было сказано, вы можете использовать моторное масло в своем 4-тактном двигателе.Однако масла True Marine для 4-тактных двигателей содержат присадки, предотвращающие ржавление. / Диапазон>
Что мне следует использовать: SAE 30 или 10W30?
Старые двигатели могут использовать SAE30, а 10W30 — для современных двигателей. Опять же, SAE30 лучше подходит для более высоких температур, в то время как 10W30 подходит для различных температурных диапазонов, а также хорошо работает в холодную погоду.
SAE 30 — это то же самое, что масло для 4-тактных двигателей?
Не существует масла мощностью 30 Вт. То же самое, что нет такого понятия, как масло для 4-тактных двигателей.В четырехтактных двигателях используется моторное масло. В двухтактных двигателях обычно используется масло в бензине для смазки внутренних подшипников картера.
Масло SAE 30 — это то же самое, что масло 10W30?
SAE 10W30 — масло с вязкостью (густотой) SAE 10W при низких температурах и вязкостью SAE 30 при высоких температурах. Буква W означает «зима». При рабочей температуре, вероятно, будет небольшая разница между SAE 30 и SAE 10W30. Теоретически они одинаковы при высокой температуре, которая установлена по IIRC на 100 ° C.
Могу ли я использовать 5w30 вместо масла SAE 30?
5w-30 можно использовать. Он имеет ту же скорость потока, что и SAE30 при нормальных рабочих температурах. Как работает масло, первое число — это расход при температуре окружающей среды. Второе число — это расход при рабочей температуре двигателя. / Диапазон>
Что означает масло SAE 30?
МаслоSAE 30 — это моторное масло, которому Общество автомобильных инженеров присвоило рейтинг вязкости 30, согласно справочному центру автомобильной диагностики AA1Car.Моторные масла обычно имеют рейтинг от 0 до 50. / диапазон>
.SAE 30 — масло с моющим средством?
SAE 30 w — обычно моторное масло (не содержащее моющих средств), которое обычно используется в небольших двигателях, таких как газонокосилки, генераторы и другие четырехтактные газонные и садовые инструменты. 30 — это вязкость или как думаете. на большинстве иолов, которые будут варьироваться в зависимости от температуры, например, 5w-30 будет намного тоньше при более низких температурах, чем, скажем, масло 30w-50. / интервал>
Какое масло сравнимо с sae30?
5w-30
Подходит ли SAE 30 для газонокосилки?
Любое двухтактное моторное масло, предназначенное для двигателей с воздушным охлаждением, таких как бензопилы, водяные насосы и средства для уничтожения сорняков, будет идеально работать с двигателем вашей двухтактной газонокосилки.Масло SAE 30: моторное масло, лучше всего подходящее для более высоких температур. SAE 5w-30 Synthetic Oil: синтетическое масло для косилок, подходящее для использования в теплую и холодную погоду. / Диапазон>
Какое масло лучше всего подходит для газонокосилок?
SAE 30
10
Газ силовые циклы
10.1 Циклы поршневого внутреннего сгорания двигатели
Как видно из его имя, двигатель внутреннего сгорания — это тепловая машина, в которой тепло добавляется к рабочая среда за счет сгорания топлива внутри двигателя.В этих двигателях на На первом этапе рабочая среда — воздух или смесь воздуха и легко легковоспламеняющееся топливо, а на втором этапе продукты сгорания этого жидкое или газовое топливо (бензин, керосин, солярка и др.). В газовых двигателях рабочая среда не подвергается очень высоким давлениям и ее температура значительно выше критической температуры, что позволяет считать рабочую среды как идеального газа, что значительно упрощает термодинамические анализ цикла.
Двигатели внутреннего сгорания обладают двумя важными преимуществами по сравнению с другими типами тепловых двигателей. Во-первых, поскольку высокотемпературный источник тепла, связанный с внутренним двигатель внутреннего сгорания, расположен как бы внутри самого двигателя, нет необходимости для больших поверхностей теплообмена, через которые передается тепло от высокотемпературный источник рабочего тела. Это преимущество позволяет компактно конструкции двигателей внутреннего сгорания по сравнению с ТЭЦ.В Второе преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в следующем. Для тепловые двигатели, в которых к рабочему телу добавляется тепло от внешнего высокотемпературный источник, максимальная температура цикла рабочего тела ограничивается температурой, допустимой для конструкционных материалов (например, повышение температуры пара, используемого в качестве рабочего тела в паротурбинных установок, ограничивается свойствами используемых марок стали изготовить детали парового котла и турбины; увеличение температура сопровождается снижением предела прочности материалы).Самое верхнее значение постоянно меняющейся температуры рабочая среда, к которой тепло подводится не через стенки внутреннего двигатель внутреннего сгорания, но за счет тепла, выделяемого в объеме рабочего тела сам по себе может значительно превышать этот предел. Также следует иметь в виду, что Стенки цилиндров и головка двигателя имеют положительное охлаждение, что позволяет значительное увеличение температурного диапазона цикла, и тем самым повышение его термического КПД.
Двигатели внутреннего сгорания (поршневого типа) применяются в автомобилях, тракторах, малой самолеты и др.
Основная составляющая любого возвратно-поступательный, или поршневой, двигатель — это цилиндр с соединенным поршнем потребителю внешних работ — кривошипно. Цилиндр имеет два отверстия с клапанами, через один из которых рабочая среда (воздух или топливно-воздушная смесь) втягивается (нагнетается) в цилиндр, а через другой клапаном рабочее тело истощается по окончании цикла.
Три основных цикла Различают двигатели внутреннего сгорания: цикл Отто (сгорание при В = const), дизельный цикл (сгорание при p = const) и Цикл Тринклера (сгорание сначала при V = const, а затем при p = const).
Рассмотрим Otto цикл (назван в честь немецкого инженера Н. Отто, разработавшего этот цикл в 1876 г.).
Принципиальная схема двигатель, работающий по циклу Отто, и индикаторная диаграмма этого двигателя изображенный на рис.10.1.
Фиг.10.1
Поршень I возвратно-поступательный в цилиндре II с впускным ( III ) и выпускным (IV) клапанами. В процессе a-I поршень движется слева направо, внутри создается разрежение. цилиндра, открывается впускной клапан III а горючая смесь, приготовленная в специальном устройстве — карбюраторе, — впрыскивается в цилиндр.В цикле Отто топливная смесь состоит из воздуха. смешанный с определенным количеством испаренного бензина (или паром другого топливо). После того, как поршень достигнет крайнего правого положения и процесс заполнение цилиндра топливной смесью прекращается и впускной клапан закрывается, поршень начинает двигаться в обратном направлении, справа на левый. Во время этого хода поршня топливная смесь, заполняющая цилиндр, сжимается. и его давление повышается (процесс 1-2). После давления топлива смесь достигает определенной величины, соответствующей точке 2 на На индикаторной диаграмме зажигание топливной смеси осуществляется с помощью свечи зажигания В. С момента сгорания топливной смеси происходит мгновенно и поршень не успевает двигаться, процесс сгорания можно предположить, что они протекают изохорически. Горение сопровождается выделение тепла, затрачиваемого на нагрев рабочего тела, заполняющего цилиндр. Как в результате его давление повышается до величины, соответствующей точке 3 на индикаторная диаграмма.Это давление заставляет поршень снова двигаться слева вправо и выполнить работу по расширению, которая передается на внешний потребитель. После того, как поршень достигает правой мертвой точки (RDC), специальная устройство задействуется для открытия выпускного клапана IV и давление в баллоне снижается до значения, несколько превышающего атмосферное. давление (процесс 4-5), с выходом части газа из баллона. Затем поршень снова перемещается справа налево, выталкивая оставшуюся часть. отходов или выхлопных газов в атмосферу.
Затем новый цикл инициирует при всасывании новой порции топливной смеси сжатие смесь и так далее.
Таким образом, поршень внутреннего работа двигателя внутреннего сгорания по циклу Отто осуществляется в течение цикл четыре такта: впуск или впуск, сжатие, расширение при сгорание топливной смеси и выхлоп или выброс горения продукты в атмосферу.
Удобно анализировать цикл Отто с термодинамической точки зрения, рассматривая идеальный цикл соответствует приведенной выше индикаторной диаграмме.Такой идеальный Отто цикл представлен на диаграмме p-v , показанной на рис. 10.2, построенном на единицу массы рабочего тела.
Рис.10.2
Реальный цикл внутреннего двигатель внутреннего сгорания — открытого цикла, так как рабочее тело втягивается в двигатель снаружи и по завершении выбрасывается в атмосферу цикла.Таким образом, в каждом из них участвует новая порция рабочего тела. цикл. Поскольку количество топлива, содержащегося в топливной смеси и доставляется в цилиндр двигателя относительно мало по сравнению с количеством воздуха, чтобы облегчить анализ цикла двигателя внутреннего сгорания можно считать закрытым. Также будем предполагать, что рабочая среда цикл представляет собой воздух, количество которого в двигателе остается постоянным, и это тепло добавляется к рабочему циклу q 1 среды от внешнего высокотемпературного источника изохорически через цилиндр (процессы 2-3) и, соответственно, тепло q 2 отбраковывается из рабочая среда к низкотемпературному источнику по изохоре 4-1. От С точки зрения термодинамического анализа такой замкнутый цикл ничем не отличается из открытого цикла Отто.
Поскольку в этом цикле процессы сжатия (1-2) и расширения (3-4) продолжаются в относительно короткие промежутки времени, заметного теплообмена с окружающей среде, и можно предположить, что эти процессы протекают адиабатически с хорошее приближение.
Таким образом, идеальный закрытый цикл, термодинамически эквивалентный циклу Отто, состоит из двух адиабат (адиабата сжатия 1-2 и адиабата расширения 3-4) и два изохоры (изохора отвода тепла 2-3 и изохора отвода тепла 4-1). Показана работа, выполняемая двигателем за цикл (выходная мощность цикла). по площади 2-3-4-1-2.
Определим тепловой КПД цикла Отто.
Количество тепла q 1 добавлено к рабочему телу в изохорный процесс 2-3 определяется по формуле. (7-6):
(10,1)
, где T 2 и T 3 — температуры рабочей среды до и после подвода тепла соответственно, а c v — средняя теплоемкость рабочего тела в рассматриваемом интервале температур (если предполагается, что рабочее тело идеальный газ с постоянной теплоемкостью, тогда c v — постоянная теплоемкость такого газа).
Количество отклоненного тепла от рабочего тела в изохорном процессе 4-1 составляет
(10,2)
, где T 4 и T 1 — температуры рабочая среда до и после сброса тепла.
Отсюда следует, что в в соответствии с общим определением
тепловой КПД цикл Отто можно выразить следующим образом:
(10.3)
Если теплоемкость c v предполагается постоянной, выражение (10.3) принимает следующий вид:
(10,4)
Для идеального газа, проходящего адиабатический процесс соотношение определяется из соотношения (7.60a):
Обозначим через ε отношение удельных объемов рабочего тела до и после сжатия:
(10.5)
Величина ε называется сжатием . соотношение.
Принимая уравнение. (10.5) мы можем представить уравнение. (7.60a) в следующих форма:
(10,6)
Для адиабат 1-2 и 3-4 мы можем записать уравнение Пуассона:
(10,7)
и
(10.8)
Деление уравнения. (10.8) по (10.7) и учитывая, что v 2 = v 3 , а v 4 = v 1 получаем:
(10,9)
или
(10,10)
Если мы возьмем уравнения (10.6) и (10.10), уравнение. (10.4) для теплового КПД цикла Отто становится:
(10,11)
Тепловой КПД цикл Отто показан на рис. 10.3 как функция степени сжатия. ε для k = 1,35.
Фиг.10.3
В соответствии с формулой. (10.11) тепловой КПД цикла Отто зависит только от степени сжатие рабочего тела в адиабатическом процессе 1-2; г. чем выше степень сжатия ε, тем выше термический КПД цикл.
Вывод, что предварительное сжатие (предварительное сжатие) рабочего тела (газа) приводит к очень важен более высокий тепловой КПД двигателя, и это будет Как показано ниже, этот вывод справедлив для любого двигателя внутреннего сгорания.
Говорящий циклов, реализуемых в двигателях внутреннего сгорания, следует отметить двигатель созданный французским изобретателем Ж. Э. Ленуар в 1859 г. В при этом топливо (осветительный газ) сжигалось в камере сгорания при атмосферное давление.Тепловой КПД этого двигателя был довольно низким. (3-4%).
вывод, что предварительное сжатие воздуха позволит значительно увеличить тепловой КПД двигателя стал большим шагом вперед в развитии теории двигателей внутреннего сгорания. Интересно отметить, что идея о целесообразности сжатия воздуха перед подачей в Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания впервые была предложена С.Карно еще в 1824 году. Конструкция двигателя, основанная на постоянном объеме сжатие и горение воздуха было впервые предложено А. Бо де Роша в 1862; позже Отто сконструировал двигатель, в котором был реализован этот цикл.
Таким образом, с точки зрения выше термический КПД, степень сжатия целесообразно увеличивать в всячески возможны. Однако на практике оказывается невозможным работать. двигателей с очень высокой степенью сжатия ε, сопровождающейся увеличением температура и давление, в связи с тем, что при достижении определенного степень сжатия часто имеет место самовозгорание топливной смеси до того, как поршень перейдет в крайнее левое положение в цилиндре.Как Правило: этот процесс предполагает появление детонации или детонации, и разрушает компоненты двигателя. Таким образом, для обычных карбюраторных двигателей степень сжатия не превышает двенадцати. Степень сжатия зависит от качество сжигаемого топлива повышается с улучшенными антидетонационными свойствами топлива характеризуется октановым числом.
Тепло q 1 добавлено к рабочему среды в цикле Отто (см. диаграмму T-s , показанную на рис.10.4) является представлен на диаграмме T-s областью a-2-3-b-a, и тепло q 2 отклонено от рабочей среды площадью 1-2-3-4-1.
Фиг.10.4
Карбюраторные двигатели с приводом на цикле Отто широко используются на практике для питания легковых автомобилей, грузовиков, и самолеты с поршневыми двигателями.
Степень сжатия ε можно повысить, если бы не топливная смесь, а только чистый воздух сжатый. Затем топливо впрыскивается в цилиндр двигателя после сжатие прекращено. Дизельный цикл (назван в честь немецкого инженера Р. Дизель) основан именно на этом принципе. Двигатель внутреннего сгорания работающий на этом цикле был построен Дизелем в 1897 году. Принципиальная схема двигателя, работающего по дизельному циклу, и индикаторная диаграмма этого двигателя представлены на рис.10.5. В процессе а-1 атмосферный воздух втягивается в цилиндр, и в процессе 1-2 этот воздух подвергается адиабатическое сжатие до давления p 2 (Дизельные двигатели обычно работают с степень сжатия ε от 15 до 16). Затем сжатый воздух начинает расширяться и одновременно заправляется (керосин или солярка) впрыскивается в цилиндр через специальный впрыск топлива клапан. Из-за высокой температуры сжатого воздуха топливо воспламеняется. и горит при постоянном давлении, что обеспечивается расширением газа от v 2 до v 3 при p = const.Поэтому дизельный цикл называется сгоранием при постоянном давлении. цикл.
Фиг.10,5
После процесса заправки закачка прекращается (точка 3), далее расширение рабочего тела происходит по адиабате 3-4. В состоянии соответствует точке 4 выпускной клапан открывается, давление в цилиндре восстанавливается до атмосферного (по изохоре 4-5) и затем газ выбрасывается из баллона в атмосферу (строка 5-б). Таким образом, Дизельный цикл — это четырехтактный цикл.
Для облегчения анализа позвольте мы заменим этот дизельный цикл термодинамически эквивалентным идеальным замкнутым цикл, реализованный на чистом воздухе. Схема этого цикла p-v показана на Рис. 10.6. Как видно из этой диаграммы, идеальный дизельный цикл включает две адиабаты (адиабата сжатия 1-2 и адиабата расширения 3-4), изобара 2-3 , по которой тепло q 1 передается от высокотемпературного источника, а изохора 4-1 , по которому тепло q 2 отклоняется на низкотемпературное источник или сток.
Фиг.10,6
Рассчитаем тепловую КПД этого цикла (при условии, как и прежде, что воздух, используемый в качестве рабочего среда в этом цикле — идеальный газ с постоянной теплоемкостью).
Разрешите представить еще один обозначения, степень предварительного расширения ρ:
(10.12)
Из общего выражения для, тепловой КПД любого цикла,
с учетом факт, что в изохорическом процессе 4-1 [см. (10.2)]
и в изобарическом процессе 2-3
(10.13)
получаем:
(10,14)
или, принимая уравнение. (7.55) во внимание,
(10,15)
Когда идеальный газ подвергается изобарный процесс,
(10,16)
Для процессов 1-2 и 3-4 уравнения адиабаты дают:
Допуск для v 4 = v 1 и p 2 = p 3 и деление уравнения.(10.8) по формуле. (10.7) получаем:
(10,17)
Замена в ур. (10.17) p 1 и p 4 на изохоре v 4 = v 1 , в соответствии с Clapeyron’s уравнение и с учетом уравнения. (10.12) получаем:
(10,18)
Подставляя уравнения.(10.16) и (10.18) в уравнении. (10.15) получаем следующие выражения для теплового КПД дизельного цикла:
(10,19)
Эта связь показывает что тепловой КПД дизельного цикла тем выше, чем выше степень сжатия отношения ε (как и в цикле Отто) и тем меньше величина ρ.
Тепловой КПД Дизельный цикл показан на рис.10.7 как функция сжатия отношение ε для различных значений величины ρ и при k = 1,35.
Фиг.10,7
Дизельный цикл представлена на схеме T-s на рис. 10.8. Количество q 1 представлено на диаграмма площадью a-2-3-ba, величина q 2 площадью a-1-4-ba и работа цикла l c представлена площадь 1-2-3-4-1.
Фиг.10,8
Сравним тепловую КПД циклов Отто и Дизеля. Эти циклы можно сравнить предполагая для двух циклов либо равную степень сжатия ε, либо одинаковая максимальная температура рабочего тела, подвергающегося циклам ( T 3 ). Также подразумевается, что исходные свойства рабочего тела при начальная точка цикла ( p 1 , v 1 , T 1 ) одинаковы для двух циклов.
Если степень сжатия предполагается, что они одинаковы для двух циклов, то это ясно из Ур. (10.11) и (10.21) видно, что тепловой КПД цикла Отто превышает тепловой КПД Дизельный цикл. Однако вряд ли целесообразно сравнивать тепловые коэффициенты полезного действия. этих циклов при той же степени сжатия ε, поскольку, как уже было Как уже упоминалось выше, преимущество дизельного цикла заключается в его способности реализовать цикл с более высокими степенями сжатия.
Сравнение теплового КПД циклов Отто и Дизеля, реализованных в одном и том же самом высоком цикле температура (T 3 ) показывает, что термический КПД Дизельный цикл выше. В частности, это можно увидеть на диаграмме T-s , показанной на рис. 10.8; поскольку c p > c v т.е.
, это следует, что на диаграмме T-s изохора проходит круче, чем изобара. (на рис.10.8 изохора цикла Отто изображена пунктирной линией), что указывает на что соотношение площадей дизельного цикла превышает таковое в цикле Отто. Сравнение двух циклов при условии, что работа l c = q 1 q 2 одинакова для двух циклы реализованы с одинаковым максимумом давления, мы можем легко увидеть, что больше тепла q 2 участвует в Цикл Отто, чем в дизельном цикле, и термический КПД ниже.Такой сравнение более оправдано и дает основания рассматривать дизельный цикл как быть более эффективным, чем цикл Отто.
Следует также отметить что дизельный двигатель, не требующий карбюрации горючего, может быть работал на топливе более низкого качества.
Основные недостатки Дизельные двигатели, по сравнению с двигателем Отто, заключаются в необходимости проводя работу по приводу устройства, обеспечивающего распыление топлива и в относительно невысокая скорость из-за меньшей скорости сгорания топлива.
Этакий гибрид Циклы Отто и Дизель — это Тринклер смешанного горения (или сдвоенный) цикл , иногда также называемый циклом Сабатье . Двигатели работающие по этому циклу (рис. 10.9) имеют так называемую форкамеру , открытую для рабочий цилиндр через узкий канал. Схема p-v для этого цикл показан на рис. 10.10. В рабочем цилиндре сжимается воздух. адиабатически за счет инерции маховика, установленного на валу двигателя; в воздух нагревается в процессе сжатия до температуры, обеспечивающей воспламенение жидкое топливо подается в форкамеру (процесс 1-2 ) . Форма и расположение форкамеры способствуют лучшему смешиванию топлива и воздуха, в результате быстрое сгорание части топлива в небольшом объеме форкамеры (процесс 2-5 ).
Фиг.10.9
Из-за повышения давления в форкамере смесь несгоревшего топлива, воздуха и продуктов образующееся в нем сгорание нагнетается в рабочий цилиндр, где сгорание имеет место несгоревшее топливо, сопровождающееся смещением поршня из слева направо при приблизительно постоянном давлении (процесс 5-3 ) . По окончании заправки при сгорании продукты сгорания расширяются адиабатически (процесс 3-4 ) ; выхлопные газы затем выгружен из цилиндра (процесс 4-1 ).
Фиг.10.10
Таким образом, при двойном горении тепло двигателя q 1 , первый добавлено по изохоре ( q ‘ 1 ), , затем следует изобара ( q 1 «).
В отличие от дизельного двигателя a двигатель двойного сгорания не требует компрессора высокого давления для обеспечения распыления жидкого топлива: жидкое топливо, вводимое в форкамеру на сравнительно низкое давление распыляется (распыляется) струей сжатого воздуха идущий от цилиндра двигателя. Кроме того, двойной цикл сгорания до некоторой степени сохраняет преимущества дизельного цикла над циклом Отто. цикла, поскольку часть процесса сгорания топлива протекает с постоянной давление.
Определим тепловой КПД двойного цикла сгорания.
Количество тепла q 2 [тепло отводится изохора ( 4-1 )] в общем соотношении для термического КПД
находится, как и раньше, из соотношения (10.2):
, тогда как количество q 1 является суммой тепла добавлен в изохорическом процессе 2-5 ( q ‘ 1 ) и тепло, добавленное в изобарическом процессе 5-3 ( q 1 «), i.е.
(10.20)
Понятно, что
(10.21)
и
(10,22)
Отсюда следует, что тепловая КПД смешанного или двойного цикла сгорания составляет
(10.23)
или
(10,24)
Для изохора 4-1 Клапейрона уравнение дает:
(10,25)
Уравнения для адиабаты 1-2 и 3-4 могут иметь вид ,
Деление уравнения. (10.8) по формуле. (10.7) и учитывая это, мы получить:
(10.26)
Начиная с p 3 = p 5 (изобара 5-3) и v 2 = v 5 (изохор 2-5), и выше отношение может быть преобразовано в
(10,27)
, где — степень давлений в изохорическом процессе горения, а — степень предварительного расширения в изобарный процесс горения.
Учет ур. (10.27), мы получаем из уравнения. (10.26):
(10,28)
Для изохора 2-5
(10.29)
и для изобары 5-3
(10.30)
Наконец, в соответствии с Уравнение(10,6),
С учетом уравнения (10.28) — (10.30) и (10.6), из соотношения (10.24) получаем:
(10,31)
Для ρ = 1 (что соответствует к циклу без изобарического процесса) Ур. (10.31) превращается в уравнение. (10.11) для тепловой КПД цикла Отто, а для λ = 1 (цикл с нет изохорного процесса) Ур.(10.31) превращается в уравнение. (10.19) для теплового КПД дизельного цикла.
Сравнение теплового КПД двойного цикла сгорания с тепловыми КПД Отто и дизельного цикла, мы видим, что при одинаковой степени сжатия ε
(10,32)
и при одинаковых максимальных температурах цикла ( T 3 )
(10.33)
Вышеуказанные неравенства проиллюстрировано графически на схеме T-s , показанной на рис. 10.11. В В частности, соотношение (10.33) следует из того, что во всех трех циклах количество тепла q 2 , равно площади a-1-4-b-a, — максимальная производительность в дизельном цикле (область 1-2b-3-4-1 ), средняя производительность в двойном цикле. цикл сгорания (зона 1-2-5-3-4-1 ) и минимальный объем работы в цикле Отто (область 1-2a-3-4-1 ).
Фиг.10.11
Следует также отметить, что в четырехтактных двигателях во время тактов впуска и выпуска (выброс продуктов сгорания), протекающего примерно при атмосферном давлении, двигатель выполняет нехарактерную работу. Поэтому в современных высокоскоростных поршневые двигатели, например двигатели мотоциклов, весь рабочий цикл реализуется в два удара.Впускной и выпускной (выбрасывающий) ходы исключаются, так как рабочее тело попадает в цилиндр и истощается от него через специальные отверстия, заменяющие впускные и выпускные клапаны и не закрывается движущимся поршнем. Двухтактные двигатели реализуют те же циклы, что и четырехтактные двигатели.
Результаты этого анализ эффективности циклов внутреннего сгорания двигатели верны только для идеальных циклов без учета необратимости и по ряду других факторов.В реальных циклах свойства рабочих средний (воздух, во время первых двух тактов дизельного цикла и двойного цикл сгорания, или топливная смесь в цикле Отто; воздух и продукты сгорание при следующих тактах) отличается от идеального газа с постоянная теплоемкость; из-за неизбежного трения процессы адиабатическое сжатие и расширение происходит не по изоэнтропе, а с возрастающая энтропия; принудительное охлаждение стенок цилиндров еще больше увеличивает отклонение этих процессов от изоэнтропических.Горение происходит в короткие, но тем не менее конечные промежутки времени, в течение которых поршень время переместиться на определенное расстояние, чтобы условие не так строго соблюдается изохоричность процесса; есть механические потери в механизме тоже.
То же самое относится и к процессу выхлопа при открытии выпускного клапана.
Следовательно, при переходе от идеальной термодинамической исследованных выше циклов к реальным циклам необходимо ввести понятие относительный КПД двигателя, величина которого определяется тестирование двигателя.
Audi подтверждает, что прекратит разработку новых двигателей внутреннего сгорания в 2026 году
Еще в марте Audi подтвердила, что ее программа разработки двигателей внутреннего сгорания скоро завершится . Вместо этого автопроизводитель стремится сосредоточиться на электрических трансмиссиях, поскольку нормы выбросов Евро 7 затрудняют производство машин с ДВС, и многие города и страны рассматривают вопрос о запрете автомобилей с ДВС в ближайшем будущем .В первоначальном заявлении немецкого автопроизводителя не были указаны точные сроки, но генеральный директор Маркус Дюсманн добавил детали к решению. По словам руководителя, Audi больше не будет разрабатывать новые бензиновые или дизельные двигатели после 2026 года.
Подтверждение этой новой временной шкалы поступило в Automobilwoche , , родственной публикации Automotive News на немецком языке. Согласно отчету, Дюсманн сделал официальное заявление на прошлой неделе во время встречи в штаб-квартире Audi в Ингольштадте, Германия.
Важно отметить, что 2026 год не станет сразу годом исчезновения автомобилей Audi с ДВС. Автомобили и внедорожники с традиционными силовыми агрегатами, разработанными до крайнего срока 2026 года, планируется продавать в начале 2030-х годов. Таким образом, последним Audi с двигателем внутреннего сгорания, вероятно, станет грядущий внедорожник Q8, который будет запущен вместе с электрической моделью Q8 e-tron в 2026 году. Отчеты немецкой компании Handelsblatt предполагают, что Q8, работающий на ископаемом топливе, уйдет. производство в 2032 году, после чего Audi намеревается перейти на полностью электрическую.
Текущая конюшня электромобилей Audi состоит из шести моделей: кроссоверов E-Tron и E-Tron Sportback, E-Tron GT и RS E-Tron GT высокопроизводительных седанов (последняя из которых показана выше), Внедорожники Q4 E-Tron и Q4 E-Tron Sportback. Тем не менее, автопроизводитель подтвердил, что он планирует выпустить 20 новых электромобилей по всему миру к 2025 году. Ожидается, что Audi A6 E-Tron станет следующим электромобилем, который присоединится к линейке продуктов и дебютирует вместе с A6 с двигателем внутреннего сгорания. модель 2023 года.Ожидается, что новый A5 последует аналогичному развертыванию, тогда как обновленные A3 и A4, как ожидается, появятся как продукты только для электромобилей. Волна новых электрических продуктов от Audi приходит, когда Volkswagen Group пытается позиционировать себя как крупнейшего в мире производителя электромобилей в результате мировых соглашений, вытекающих из скандала с мошенничеством с выбросами Dieselgate .
Этим объявлением от Duesmann компания Audi сделала больше для публичного подтверждения своих планов по производству электромобилей, чем Mercedes или BMW.Mercedes подтвердил свое намерение ускорить разработку электромобилей, но пока не уточнил какие-либо сроки выпуска продукта. BMW обещала, что половина ее продаж будет приходиться на полностью электрические модели к 2030 году, но неоднократно подтверждало , что у нее нет планов по отказу от внутреннего сгорания в ближайшем будущем.