Дизельный двигатель внутреннего сгорания: Дизельные двигатели: виды, принцип работы, преимущества дизельных двигателей

Содержание

СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ

Сравнение характеристик двигателей внутреннего сгорания

в

Руководитель:

Половникова Л.Б.

Тобольск, 2014

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Нередко два одинаковых внешне автомобиля абсолютно по-разному ведут себя в эксплуатации. И тут у многих автомобилистов возникает принципиальный вопрос: какой тип двигателя — бензиновый или дизельный — предпочесть. Бензин вроде бы привычнее, с другой стороны, цены на стелах АЗС на дизельное топливо выглядят привлекательнее. Чем дизельный двигатель лучше бензинового? На этот вопрос мы попытались найти ответ в своей работе.

Цель работы: сбор, оформление и представление информации в сравнении ДВС дизельного и карбюраторного.

Задачи:

  1. Изучить историю и принцип работы ДВС с использованием разных средств информации.

  2. Подобрать анимации по принципу работы ДВС.

  3. Провести анализ собранных фактов, сравнить преимущества и недостатки.

  4. Сделать выводы.

  5. Подготовить доклад на научную конференцию.

Проектным продуктом будет: отчет о собранной информации и электронная презентация с элементами анимации и видео.

Основная часть

    1. Понятие о тепловых двигателях. Классификация двигателей внутреннего сгорания

Двигателями называют машины, преобразующие один из видов энергии (тепловой, электрической, гидравлической и др.) в механическую работу. Тепловые двигатели преобразуют в механическую работу тепловую энергию. К ним относятся паровые машины, паровые и газовые турбины и ДВС.

В ДВС рабочее тело получается непосредственно в цилиндрах двигателя, что существенно снижает тепловые потери. Поэтому ДВС отличается от других тепловых двигателей не только большей экономичностью, но и простотой конструкции и компактностью.

Современные ДВС классифицируют по следующим основным признакам:

  1. По способу осуществления рабочего цикла – двухтактные или четырёхтактные. В двухтактных двигателях рабочий цикл завершается за один оборот коленчатого вала (или за два хода поршня), а в четырёхтактных – за два оборота коленчатого вала (или за четыре хода поршня).

  2. По способу действия – простого и двойного действия.

В двигателях простого действия рабочий цикл совершается в верхней части цилиндра – над поршнем (см рис. 2, а, б), в двигателях двойного действия рабочий цикл происходит попеременно в верхней и нижней частях цилиндра. Дизели двойного действия широкого распространения не получили, так как сложны по конструкции и в эксплуатации.

В настоящее время используются дизели с противоположно движущимися поршнями (рис в-е), у которых в каждом цилиндре работают два поршня, движущихся навстречу друг другу и образующих при этом в центре цилиндра между днищами поршней одну общую камеру сгорания. От верхнего и нижнего поршней мощность может передаваться на один нижний коленчатый вал или на отдельные нижний и верхний коленчатые валы. Обычно от верхнего поршня мощность передается через зубчатую передачу на нижний вал, который соединен с электрогенератором.

  1. По роду применяемого топлива – работающее на легком топливе (бензине, керосине, лигроине, газойле, солярном масле, дизельном топливе), на тяжелом (моторном мазуте), на газообразном (природном или генераторном газе), на смешанном (при работе на газообразном топливе для воспламенения используется жидкое топливо).

  2. По способу наполнения рабочего цилиндра свежим зарядом – дизели без наддува и с наддувом. У дизелей без наддува воздух всасывается рабочим поршнем (в четырехтактном двигателе) или поступает из продувочного насоса двухтактного дизеля при давлении, превышающем атмосферное на (14,7/39,2) * 10 в 3 степени Н/м в квадрате (0,15-0,40 кгс/см в квадрате).

Рис.1.1 Классификация двигателей по способу действия

У дизелей с наддувом воздух подается в цилиндр принудительно, под давлением из продувочного сжатия воздуха в цилиндре, и с принудительным воспламенением горючей смеси от электрической искры (карбюраторные и газовые двигатели).

  1. По способу смесеобразования – с внутренним и с внешним смесеобразованием. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизели) топливо подается в цилиндр в распыленном виде и смешивается внутри него с воздухом. У двигателей с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые двигатели) смесь легкого или газообразного топлива с воздухом подготовляется для подачи в рабочий цилиндр двигателя.

  2. По конструктивному исполнению – тронковые и крейцкопфные. В тронковых двигателях нормальная составляющая N силы давления p газов на поршень воспринимается боковой поверхностью цилиндра. Чтобы давление на эту поверхность было допустимым увеличивают длину направляющей части поршня – тронка. В крейцкопфных двигателях роль направляющей выполняют ползуны крейцкопфа, перемещаемые по параллелям дизеля. Современные четырехтактные дизели выполняются преимущественно тронковыми, а двухтактные – крейцкопфные.

  3. По расположению цилиндров в одной – однорядные с расположением цилиндром в одной плоскости и многорядные с параллельным, V, W и X – образными и другим расположением цилиндров

  4. По числу цилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые (рис.1.2)

Рис.1.2 Классификация двигателей по расположению цилиндров

  1. История создания, принцип работы

    1. Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован англичанином Алфоном Дэ-Рош в 1861 году. До этого около 1854-1857 годов 2 итальянца: Евгенио Барсанте и Феличе Мототци изобрели двигатель который по имеющийся информации мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, однако тот патент был утерян. Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип известен в основном как цикл Отто. А четырёхтактный двигатель использующий свечи зажигания в системе зажигания часто называется двигателем Отто.

Общее устройство и работа ДВС. Почти на всех современных автомобилях в качестве силовой установки применяется двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Рис 2.1.1 Внешний вид двигателя внутреннего сгорания

В основе работы каждого ДВС лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в дальнейшем рабочей.  При этом горит не само топливо.

Горят только его пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку  будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку. 

Заметим, что в ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет всего 20 %. ДВС, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также из следующих систем: 

Основные детали ДВС:

  • головка блока цилиндров;

  • цилиндры;

  • поршни;

  • поршневые кольца;

  • поршневые пальцы;

  • шатуны;

  • коленчатый вал;

  • маховик;

  • распределительный вал с кулачками;

  • клапаны;

  • свечи зажигания.

Большинство современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми двигателями. Существуют моторы и большего объема — с восьмью и даже двенадцатью цилиндрами (рис. 2.1.2). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше потребление топлива. Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы — стакан, состоящий из головки и юбки (рис. 2.1.3). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные (препятствующие попаданию масла в камеру сгорания)

 .  

Рис. 2.1.2 Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки: а — четырехцилиндровые; б — шестицилиндровые; в — двенадцати цилиндровые (α — угол развала) 

Смесь бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия превращается в механическую. 


Рис.2.1.3. Поршень с шатуном:  1 — шатун в сборе; 2 — крышка шатуна;3 — вкладыш шатуна; 4 — гайка болта; 5 — болт крышки шатуна; 6 — шатун; 7 — втулка шатуна; 8 — стопорные кольца; 9 — палец поршня; 10 — поршень; 11 — маслосъемное кольцо; 12, 13 — компрессионные кольца

Далее следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя


Рис 2. 1.4  Коленчатый вал с маховиком: 1 — коленчатый вал; 2 — вкладыш шатунного подшипника; 3 — упорные полукольца; 4 — маховик; 5 — шайба болтов крепления маховика; 6 — вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников; 7 — вкладыш центрального (третьего) подшипника 

В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун происходит вращение коленчатого вала. 
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать движение вниз). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней мертвой точкой (НМТ). А расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня.  Когда поршень перемещается сверху вниз (от ВМТ до НМТ), объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ — это камера сгорания.   А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют рабочим объемом цилиндра. В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в НМТ. 

Важной характеристикой ДВС является его степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливовоздушная смесь при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6–14, у дизельных — 14–24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, а также существенно влияет на токсичность отработавших газов.  Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна примерно 0,735 кВт. Работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре топливовоздушной смеси.  

В бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания в дизельных — от сжатия. 


 
Рис.2.1.5 Свеча зажигания

При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время замедляется.  Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу, выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск — маховик (см. рис. 2.1.4 ). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются. А сейчас поговорим немного подробнее о работе одноцилиндрового двигателя.  Повторим, первое действие — попадание внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушной смеси, которую приготовил карбюратор или инжектор.

Этот процесс называется тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя топливовоздушной смесью происходит, когда поршень из верхнего положения движется в нижнее. При этом к цилиндру двигателя подведены два канала: впускной и выпускной. Горючая смесь впускается через первый канал, а продукты ее сгорания выходят через второй. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: клапан — это подобие гвоздя с большой круглой шляпкой, перевернутый шляпкой вниз, которой закрывается вход из канала в цилиндр. При этом шляпка прижимается к кромке канала мощной пружиной и закупоривает его. Если нажать на клапан (тот самый гвоздь), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала откроется (рис. 2.1.6). 

 Первый такт — впуск Во время этого такта поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ, то есть его дальнейшее движение вниз станет невозможным. Из ранее сказанного мы с вами уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а, следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. Так вот, за первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) колен вал проворачивается на пол-оборота. 

Второй такт — сжатие. После того как топливовоздушная смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей. 

Теперь наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень начинает движение снизу-вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра (см. рис. 2.1.6). Однако, стереть в порошок эту смесь ему не удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень не может, а внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ, всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство — камера сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °С. 

Третий такт — рабочий ход Третий такт — самый ответственный момент, когда тепловая энергия превращается в механическую. В начале третьего такта (а на самом деле в конце такта сжатия) горючая смесь воспламеняется с помощью искры свечи зажигания


Рис.2.1.6   Процесс работы четырехтактного двигателя

Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает двигаться вниз (от ВМТ к НМТ). При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Рабочая смесь сгорает с выделением большого количества тепла, давление в цилиндре резко возрастает, и поршень с большой силой перемещается вниз, приводя во вращение через шатун коленчатый вал. В момент сгорания температура в цилиндре повышается до 1800–2000 °С, а давление — до 2,5–3,0 МПа.


Рис. 2.1.7 Искра между электродами свечи

Обратите внимание, что главная цель создания самого двигателя — это как раз и есть третий такт (рабочий ход). Поэтому остальные такты называют вспомогательными. 

Четвертый такт — выпуск во время этого процесса впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Поршень, перемещаясь снизу-вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал (трубопровод). Далее через систему выпуска отработавших газов, наиболее известная часть которой — глушитель, отработавшие газы уходят в атмосферу


Рис. 2.1.8Фрагмент глушителя

Все четыре такта периодически повторяются в цилиндре двигателя, тем самым обеспечивая его непрерывную работу, и называются рабочим циклом. Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия от рабочего цикла бензинового. В нем во время такта впуска в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух.  Во время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце первого такта, когда поршень приближается к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство — форсунку, ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, — под большим давлением впрыскивается дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают.  При этом выделяется большое количество тепла и температура в цилиндре повышается до 1700–2000 °С, а давление — до 7–8 МПа.  Под действием давления газов поршень перемещается вниз, и происходит рабочий ход. Такт выпуска дизельного двигателя аналогичен такту выпуска бензинового двигателя.  Вспомогательные такты (первый, второй и четвертый) совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя — маховика, о котором также шла речь выше. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при движении автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал передает запас инерции маховику. Инерция помогает ему осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. Из этого следует, что при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень ходит в цилиндре именно за счет энергии, отдаваемой маховиком. В многоцилиндровом двигателе порядок работы цилиндров устанавливается таким образом, чтобы рабочий ход хотя бы одного поршня помогал осуществлять вспомогательные такты и плюс ко всему вращал маховик.  А теперь подведем итоги: совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обеспечивающих его непрерывную работу, называется рабочим циклом. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за  один ход поршня или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.  Порядок работы цилиндров четырехцилиндрового двигателя: 1-3-4-2. Пятицилиндрового, как правило, — 1-2-4-3-5.

    1. Дизельный ДВС

Дизельный двигатель был создан великим инженером-изобретателем Рудольфом Дизелем в 1897 году. В 1890 году он выдвинул теорию «экономичного термического двигателя», которая предполагала изобретение эффективного мотора по принципу воспламенения от сжатия в цилиндрах. Первый патент на изобретение Дизель получил в 1893 году. В качестве топлива ученый предполагал использовать каменноугольную пыль, однако, из-за ряда существенных недостатков это стало невозможным. Реальным видом топлива явились тяжелые нефтяные фракции.

До Рудольфа Дизеля идеи создания силового агрегата с подобным принципом работы были высказаны инженером Экройдом Стюардом, однако, патент вследствие выдвинутой теории получил Дизель. Именно поэтому мы и называем такие моторы «дизелями», «дизельными двигателями». В 1898 году инженер Путиловского завода Санкт-Петербурга Густав Тринклер построил нефтяной двигатель высокого давления, он был бескомпрессорным (современный вид — с форкамерой). Как оказалось, он имеет более простую конструкцию и оказался надежнее своего аналога. Однако, основой для современных моторов с воспламенением от сжатия явилось все же изобретение Рудольфа Дизеля.

Первые несколько десятилетий дизели устанавливались лишь на морские суда. На автомобильном транспорте они стали применяться с более усовершенствованными системой впрыска топлива, скоростью вращения.

Первые испытания сконструированного образца дизельного двигателя случились в 1893 году, однако, они не увенчались успехом, а сам изобретатель в ходе эксперимента из-за произошедшей аварии едва не погиб. В последующие несколько лет Дизель построил еще несколько моделей, которые работали на мазуте и керосине.

В начале 1900-х годов дизельный двигатель был установлен на корабле, а через какое-то время — и на локомотиве. В 20-е гг. инженером из Германии Робертом Бошем был модернизирован топливный насос высокого давления двигателя, теперь вместо воздушного компрессора применялась гидравлическая система нагнетания и впрыска топлива, которая позволяла увеличить скорость вращения. Популярность такого механизма очень быстро росла и уже к 50-м гг. большинство грузового и пассажирского транспорта оснащалось таким видом движков. Они оказались более экономичными, а также приемлемыми с точки зрения экологии (выбрасывали меньшее количество токсичных веществ).

Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит самовоспламенение.

Теперь разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:

Такт впуска.1 – впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.

За первый такт, поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан 1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре, вовнутрь устремляется порция воздуха.

Такт сжатия. На этом этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.

Такт расширение. Рабочий ход.

При достижении поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800 градусов, давление снижается до 0. 3 – 0.5 МПа.

Такт выпуска.

Выпускной клапан 2 открывается, и поршень выталкивает отработанные газы. Температура и давление опускаются до 500 градусов и 0.1 МПа.

Далее рабочие циклы повторяются.

2.3. Сравнение дизельного и четырехтактного ДВС

Какой двигатель выбрать — бензиновый или дизельный??? Однозначно ответить на этот вопрос невозможно. Рассмотрим факторы, от которых зависит принятие правильного решения.

Если автомобиль оборудован дизельным двигателем, то в процессе эксплуатации будут значительно сэкономлены средства за счет более низкой стоимости топлива и его меньшего расхода. Чем объясняется меньший расход топлива? У дизельного двигателя легкового автомобиля степень сжатия находится в пределах 20—22 единицы по сравнению с 9 -10 у бензиновых двигателей, что обеспечивает более высокий КПД. Кроме того, у дизеля регулирование рабочей смеси в основном качественное, т. е. вне зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки в цилиндры подается практически одинаковое количество воздуха, а количество используемого топлива увеличивается с нагрузкой. Но даже при полной мощности масса впрыскиваемого топлива в 1,5— 1,7 раза меньше, чем у бензинового двигателя такого же рабочего объема. Это означает, что действительная степень сжатия, т. е. давление и температура конца сжатия, не зависит от нагрузки, а рабочая смесь по сравнению с бензиновым двигателем всегда очень бедная. Эти факторы обеспечивают дизелю высокую эффективность сгорания и последующего расширения и на частичных нагрузочных режимах. В условиях эксплуатации стабильность мощностных показателей и расхода топлива зависит в первую очередь от сопротивления воздухоочистителя, которое влияет на наполнение цилиндров воздухом (в том числе и двигателей с турбонаддувом), угла опережения впрыска топлива, давления начала подъема иглы форсунки (давления начала впрыска), качества распыла топлива форсунками, а также от характера (закона) подачи топлива топливным насосом высокого давления. Следует отметить, что стабильность регулировочных параметров системы подачи топлива у дизельных двигателей выше, чем у бензиновых. Однако в процессе эксплуатации нужно строго контролировать качество очистки воздуха и топлива, а также исключить возможность перегрева двигателя, что незамедлительно повлияет на работу форсунок и поршневой группы.

Дизельные двигатели более долговечны, чем бензиновые, что объясняется более прочным и жестким выполнением блока цилиндров, коленчатого вала, деталей цилиндро-поршневой группы, головки блока цилиндров и применением дизельного топлива, которое в отличие от бензина в известной степени также является смазочным материалом. К недостаткам дизельных Двигателей следует отнести большую массу, меньшую литровую мощность, повышенный шум из-за высокого давления сгорания и затрудненный пуск при отрицательных температурах окружающего воздуха, особенно у автомобилей прошедших 100 000 км и более. В процессе эксплуатации изнашиваются плунжерные пары топливного насоса высокого давления, нарушается герметичность посадки иглы форсунки, что приводит на низких оборотах при пуске (70—90 оборотов в минуту) к плохому распылению шва. В то же время в результате появившегося износа цилиндропоршневой группы на такой частоте вращения заметно увеличивается прорыв сжимаемого воздуха в картер, а значит, давление и температура не достигают значений, необходимых для воспламенения распыленного топлива. Тем не менее существуют достаточно простые устройства, которые резко улучшают запуск дизелей при низких температурах, в том числе теплообменное устройство, устанавливаемое на период зимней эксплуатации во впускной коллектор. Опыт эксплуатации дизельных двигателей позволяет сделать вывод, что рассмотренные выше изменения, которые происходят в топливной аппаратуре и цилиндропоршневой группе, почти не вызывают снижения мощности и увеличения расхода топлива. Двигатели подвергаются ремонту, главным образом, из-за повышения расхода смазочного масла, что можно легко определить по доливу и появлению голубого дыма, который образуется из-за сгорания масла.

Бензиновые двигатели имеют более высокую частоту вращения, большую литровую мощность, шум и вибрации более низкие. Регулирование горючей смеси в них, главным образом, количественное. Поэтому на малой и средней мощностях (двигатели легковых автомобилей работают в основном в этих режимах), действительная степень сжатия — низкая, т. е. в результате дросселирования на впуске и частичного наполнения цилиндра вместо давления сжатия, например, 2,5 МПа на полной мощности, смесь сжимается до 1,0 МПа. Отсюда — низкая эффективность сгорания и последующего расширения, а значит, и большой расход топлива.

Таким образом, если при номинальных мощностях эффективный КПД бензинового двигателя на 20% ниже, чем у дизеля, то на частичных режимах разрыв увеличивается до 40% и более. Это подтверждается многочисленными сравнительными эксплуатационными испытаниями автомобилей с дизельными и бензиновыми двигателями одинаковой мощности. Снижение расхода топлива на 100 км пути в зависимости от условий движения (в городе или на магистралях) составляет 25—50%. Что касается токсичности отработанных газов, то проведенное за последнее десятилетие усовершенствование бензиновых двигателей, включая управляемый поршневым процессором прямой впрыск форсунками, значительно улучшило этот показатель. Однако многие специалисты ведущих автомобильных компаний, например фирмы Volkswagen, считают, что в условиях повышенных требований к защите окружающей среды и расходу топлива дизели остаются наиболее перспективными двигателями.

Преимущества дизельных ДВС:

— экономичность, расход топлива при том же объеме и мощности меньше на 15-25%;

-меньшая стоимость топлива;

— хорошая тяга на низких оборотах, дизельный двигатель удобен для джипов и грузовиков особенно на бездорожье;

— отсутствие свечей зажигания, проводов, трамблёров.

Преимущества бензиновых ДВС

— низкий уровень шума и вибраций;

— большая литровая мощность;

— способен работать на высоких оборотах, без последствий для двигателя. 

Недостатки дизельных ДВС

— низкая динамика разгона больший шум и вибрация;

— чувствительная топливная система, особенно к нашему топливу, может не завестись при сильном морозе;

— не терпит высоких оборотов, и как следствие высоких скоростей;

— большая масса, меньшая литровая мощность;

— чаще замена масла и фильтров, масло необходимо более высокого качества;

— для запуска дизельного двигателя необходим аккумулятор большей емкости, следовательно, больше и стоимость.  

Недостатки бензиновых ДВС

— больший чем у дизеля расход топлива;

— наличие системы зажигания;

— наибольшая мощность достигается в небольшом диапазоне оборотов например с 3500 до 4000, правда у новых бензиновых двигателей диапазон более широкий и ровный, за счет изменения фаз газораспределения, применения непосредственного впрыска.

Заключение

Так что же все-таки лучше, бензиновый или дизельный двигатель? Вечный вопрос и проблема выбора образовала из общей массы автолюбителей два противостоящих друг другу лагеря, которые не щадя своих сил, убеждают своих знакомых и друзей, тех, кто еще не приобрел автомобиль, но собирается это сделать в правильности того или иного выбора. У каждого двигателя имеются как свои преимущества, так и недостатки. Подведем итоги.

Дизель 

Преимущества

Недостатки

Долговечность

Не справляется с плохим качеством российского диз. топлива

Надежность

Трудности в заводке в холодное время года

Не скорый износ агрегатов цилиндро-поршнейвой группы

Частая замена масла, фильтров, постоянная замерка компрессии в цилиндрах из-за плохого топлива

Топливо служит также в качестве смазочного материала для агрегатов двигателя

Шум

Экологичнее бензиновых

Выхлоп и сопровождающийся неприятный запах

Экономичность, низкий уровень потребления

Слабая мощность мотора, низкие обороты

 

Дорогой в ремонте и обслуживании

 

Не каждый мастер возьмется за ремонт

Бензин 

Преимущества

Недостатки

Высокая мощность, высокие обороты

Малоприятный запах выхлопов

Переносит некачественное топливо более живо

Уровень долговечности существенно ниже

Не так дорог в обслуживании, более доступные запчасти

 

Отсутствие особых проблем при заводке в холода

 

Большое количество станций сервиса

 

Вопрос о выборе ДВС остается актуальным на сегодняшний день. Право выбора за автомобилистами.

Библиографический список:

  1. Ваншейдт, В.А. Дизели [Текст]: Справочник. – Изд., 3-е, перераб. и допол. В.А. Ваншейдт, Н.Н. Иванченко – Л., «Машиностроение» , 1977. – 480 с.

  2. Кане, А.Б. Судовые двигатели внутреннего сгорания [Текст]: Учебник.-3-е изд./ Кане А.Б – Л: Судостроение, 1982 .– 288 с.

  3. Кузнецов, А.С. Ремонт двигателя внутреннего сгорания [Текст]: учеб. пособие/ А.С. Кузнецов – М: Издательский центр «Академия», 2011. – 64 с.

  4. Сайт для автомобилистов. Режим доступа http://diesel-ural.ru

  5. Сайт для автомобилистов. Режим доступа : http://www.autopeople.ru

  6. Трофименко, А.С. Автослесарь. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей [Текст]: учебное пособие/ А.С. Трофименко – Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 576 с.

Audi прекратила разработку новых бензиновых и дизельных моторов :: Autonews

Компания Audi полностью прекратила разработку классических бензиновых и дизельных двигателей следующего поколения. Об этом изданию Automobilewoche рассказал главный инженер немецкого бренда Маркус Дюсманн.

По словам топ-менеджера, Audi продолжит совершенствовать нынешние силовые агрегаты внутреннего сгорания, чтобы соответствовать новым экологическим нормам в Европе. При этом доводка моторов под стандарты «Евро-7», которые должны вступить силу в 2025 году, окажется «чрезвычайно трудной задачей».

Дюсманн раскритиковал чрезмерно агрессивную политику Евросоюза по ужесточению норм количества вредных выбросов, заявив, что польза для экологии от более «чистых» двигателей будет минимальной и не оправдывает огромные затраты на модернизацию моторов.

Предполагается, что последним «большим» классическим двигателем Audi станет знаменитый шестилитровый бензиновый агрегат W12. Им оснастят самую роскошную версию флагманского седана A8, которую будут выпускать под возрожденной маркой Horch. С завершением жизненного цикла модели применение этого мотора окончательно прекратится. Кроме того, немцы перестанут использовать агрегат V10, который сейчас устанавливают на суперкар Audi R8 и соплатформенную модель Lamborghini Huracan.

В начале 2021 года Маркус Дюсманн заявил, что в ближайшие 10-15 лет компания Audi полностью откажется от классических двигателей внутреннего сгорания, в том числе в составе гибридных установок. Немцы переключатся на электромобили, которые с каждым годом пользуются все большей популярностью.

В следующие 10-15 лет целых ряд автомобильных компаний планирует убрать из своей линейки машины с традиционными бензиновыми и дизельными моторами. К примеру, после 2025 года на электромоторы перейдет компания Jaguar, а еще спустя пять лет ее примеру последует Volvo. Кроме того, глобальную электрификацию своей модельной линейки готовит Ford, который к 2030 году откажется от автомобилей с бензиновыми и дизельными моторами в Европе.

Autonews.ru теперь можно читать и в Telegram.

Кафедра судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок

Вы можете скачать БУКЛЕТ КАФЕДРЫ в формате Adobe PDF.

Кафедра является выпускающей по дневной, вечерней и заочной формам обучения. Она готовит:

  • инженеров по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»,
  • морских инженеров по специальности «Судовые энергетические установки»,
  • бакалавров по направлению «Энергомашиностроение»,
  • бакалавров и магистров по направлению «Кораблестроение и океанотехника»,
  • кандидатов технических наук по специальностям «Тепловые двигатели» и «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»,
  • мотористов двигателей внутреннего сгорания.

Возможно обучение студентов и аспирантов на коммерческой основе, включая граждан других государств. Иногородним студентам предоставляется благоустроенное общежитие.

Выпускники кафедры – более 2000 инженеров, сотни кандидатов и докторов технических наук успешно трудятся во всех сферах дизельного и судостроительного производства, в известных организациях России (ЦНИДИ, ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова, ОАО «Звезда», ОАО «Коломенский завод», и многих других) и за рубежом (МАК, МАН и т.д.). Среди выпускников немало ведущих специалистов, инженеров, руководителей всех рангов, преподавателей ВУЗов и авторитетных ученых.

Высокий уровень подготовки выпускников обеспечивается сбалансированным учебным планом. В нем предусмотрена значительная доля специальных дисциплин, дисциплин специализаций и дисциплин по выбору.

Кафедра располагает уникальной и обширной методической и учебной литературой, техническим архивом, библиотекой. В обучении широко используются компьютерная техника, телевизионные установки, кинофильмы. Занятия проводятся в специализированных аудиториях, оборудованных большим количе-ством наглядных пособий, натурными макетами двигателей, их деталями и узлами. В классе «холодных» двигателей студенты изучают конструкции дизелей, получают навыки их ремонта. Предусмотрен обязательный лабораторный практикум в лаборатории на современных судовых и тепловозных дизелях.

На старших курсах студенты учатся в филиале кафедры на ОАО «Звезда», там же проходят практики: учебную и производственную.

При создании Ленинградского кораблестроительного института в числе первых кафедр была организована кафедра Судовых двигателей внутреннего сгорания, создание которой было поручено начальнику конструкторского бюро завода «Русский дизель» Всеволоду Александровичу Ваншейдту. Необходимо отметить дальновидность этого решения, созревшего в эпоху господства на военном и гражданском флотах паромашинных и паротурбинных энергетических установок.

Профессор В.А. Ваншейдт в 1980-е гг.

Незаурядная, исключительно квалифицированная деятельность профессора В.А. Ваншейдта в должности заведующего кафедрой наложила своеобразный отпечаток на учебный процесс и послужила мощнейшим фундаментом, на котором уже долгие годы выстраивается вся методическая и научная работа кафедры. Здесь необходимо отметить, что переход в преподавание инженера самого высокого ранга в годы творческого расцвета является редчайшим событием в истории отечественной высшей школы. Как результат, в кратчайшие сроки, в 1938 и 1941 гг. В.А. Ваншейдт издает основополагающие учебники, в которых методически точно были приведены описания, методики, справочные данные в области конструкции, теории рабочих процессов и теории проектирования дизелей, относящихся к группе судовых, тепловозных и стационарных. Заложенная В.А. Ваншейдтом практическая направленность подготовки специалистов органично сочеталась с академичностью базовых научных дисциплин и широтой решаемых инженерных вопросов.

В первые послевоенные годы кафедру пришлось создавать практически заново. В сентябре 1945 г. после демобилизации на кафедре начал преподавать Михаил Михайлович Фуки. В послужном списке М.М. Фуки были заведование технологическим сектором завода “Русский дизель”, работа в должности начальника механосборочного цеха, ведущего инженера по доводке и испытанию опытного судового дизеля на этом же заводе, в период войны — служба в инженерных службах по ремонту авиамоторов и самолетов. Имея богатейший опыт научной и практической инженерной деятельности, М.М. Фуки много сил отдал созданию дизельной лаборатории. До сих пор в действии находятся два лабораторных стенда, созданных под его руководством. По рассказам преподавателей старшего поколения, Михаил Михайлович был необычайно деятелен и колоритен, работая в лаборатории наравне с механиками, он неизменно облачался в оставшийся от военных лет авиационный комбинезон и белоснежную рубашку с накрахмаленными манжетами. 

М.М. Фуки, П.А. Истомин, В.А. Ваншейдт, П.А. Гордеев, 1953 г.

С 1930-го по 1960-е гг. вся научная деятельность на кафедре проводилась под руководством В.А. Ваншейдта. В том числе он являлся научным руководителем всех первых аспирантов и соискателей. Здесь будет уместно вспомнить рассказ П.А. Гордеева о том, каким научным чутьем обладал Всеволод Александрович. Тема диссертации П.А. Гордеева предполагала выработку рекомендации по изменению формы камеры сгорания в двухтактном дизеле. Многократное изменение конструкции длительное время не давало в экспериментах должного эффекта.

У стенда для скоростной киносъемки процесса впрыска топлива.

Видны слева направо: В.А. Плотников, В.А. Ваншейдт, И.Е. Калакуцкий, П.А. Гордеев, В.И. Березин.

Ветераны кафедры профессор П.А. Гордеев, старший преподаватель В.А. Плотников, доцент Г.В. Яковлев, 2003 г.

В 1982 г. заведующим кафедрой был назначен к.т.н. доцент П.А. Гордеев, ученик В.А. Ваншейдта. К этому времени Петр Андреевич имел опыт работы во Вьетнаме, Румынии, Индии, освоил многие дисциплины кафедры, получил известность и авторитет на поприще партийной и общественной работы. Его научные интересы охватывали системы газообмена и воздухоснабжения, профилирование камер сгорания, смесеобразование, анаэробные энергетические установки подводных аппаратов. Он являлся автором двухсеместровой дисциплины “Агрегаты наддува двигателей”. Став заведующим в трудное для кафедры время, когда в результате горьких событий кафедра в один год лишилась профессора В.А. Ваншейдта, профессора Б.А. Захаренко и доцента В.Г. Шишкина, П.А. Гордеев как важнейшие вынужден был решать задачи по сохранению традиций и комплектованию кафедры перспективными специалистами.

Профессор В.К. Румб

С 1989 г. по 2008 г. кафедрой руководил к.т.н., доцент В.К. Румб, в настоящее время профессор кафедры. В этот период принцип сквозного курсового проектирования обрел законченные формы, были укомплектованы учебные классы с полномасштабными макетами и двигателями для осуществления практических работ с разборкой и сборкой двигателей.

Важным этапом стало открытие в 1993 г. специальности «Двигатели внутреннего сгорания» направления «Энергомашиностроение». С 2005 г. В.К. Румб организовал на Среднетехническом факультете подготовку техников по специальности 180405 «Монтаж и техническое обслуживание судовых машин и механизмов». После защиты дипломов эти студенты обучаются по специальности «Судовые энергетические установки» со сроком 3,5 года. Кроме того, В.К. Румб оформил лицензию и организовал курсы обучения  с выдачей рабочего диплома моториста. В период действия лицензии эти курсы дали возможность некоторым студентам получить работу в достаточно сложных и специфичных условиях рынка труда периода 1990-х гг.

Профессор М.А. Минасян на занятии  с будущими мотористами, 2001 г.

С 1995 г. штатным сотрудником кафедры работает Минас Арменакович Минасян, в настоящее время д.т.н., профессор, известный специалист в области колебаний, виброизоляции и вибродиагностики ДВС. В 2001 г. на кафедре начал работу опытный преподаватель д.т.н. профессор Геннадий Иванович Шаров, деятельность которого была направлена на внедрение в учебный процесс новаций в области улучшения экологических параметров двигателей. В 2005 г. на кафедру пришел к.т.н. доцент Сергей Аркадьевич Кравченко, имевший опыт работы судового моториста, научного сотрудника Военно-морской  академии, второго механика ледокола. В сферу его деятельности были преданы курсы по конструкции и теоретическим основам эксплуатации дизелей.

В настоящее время кафедра является выпускающей по образовательным программам:

  • бакалавриат — направление 13.03.03 Энергетическое машиностроение, профиль 13.03.03.01 «Двигатели внутреннего сгорания» 
  • специалитет – специальность 26.05.02 «Проектирование, изготовление и ремонт энергетических установок и систем автоматизации кораблей и судов», специализация  26.05.02.02 «Корабельные и судовые главные двигатели» 
  • магистратура — направление 26.04.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», магистерская программа 26.04.02.27 «Энергетические комплексы и  оборудование морской техники» 

Учебные планы и программы специальных дисциплин, разработанные на кафедре, обеспечивают системность и непрерывность обучения.

На кафедре работают 4 профессора, 6 доцентов, 4 старших преподавателя. Необходимо отметить, что из 14 преподавателей совместителями или же имеющими дополнительную работу являются 7 человек, в основном молодые сотрудники.

Основные направления научной деятельности кафедры последних лет:

• рабочие процессы, топливоподача, смесеобразование и горение, камеры сгорания, токсичность дизелей;

• крутильные, осевые, изгибные, случайные, ударные и связанные колебания судовых валопроводов;

• ударовиброшумозащита установок с ДВС;

• прочность, надежность, долговечность дизелей и их деталей, длительно работающих на переменных режимах;

• формализованный анализ безопасной эксплуатации судовых дизелей;

• судовые энергетические установки и их элементы;

• воздухонезависимые энергетические установки с поршневыми двигателями;

• история техники.

Результаты научных исследований кафедры обеспечили возможность регулярной организации конференций и семинаров Всероссийского уровня по вопросам двигателестроения и энергетических установок.

Ежегодно студенты кафедры участвуют в научно-технических семинарах и конференциях, делают более 10 публикаций в научных изданиях. Это дает им возможность участвовать и побеждать в конкурсах научных работ и претендовать на получение персональных стипендий, в том числе стипендий Президента РФ и Правительства РФ.

Двигатель внутреннего сгорания карбюраторные презентация. Презентация

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. В верхней части цилиндра имеется два клапана 1 и 2, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы. В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает градусов Цельсия.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ I ТАКТ Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала. При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз. Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ II ТАКТ При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь. В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ III ТАКТ Под действием расширяющихся нагретых газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ IV ТАКТ В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх. В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

Исследовательская работа на тему «История развития двигателей внутреннего сгорания»

Подготовил учащийся

11 класса

Попов Павел


Цели проекта:

  • изучить историю создания и развития двигателей внутреннего сгорания;
  • рассмотреть различные типы ДВС;
  • изучить сферы применения различных ДВС

ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.


Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно.

Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел.

К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение

самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.


По роду топлива двигатели внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые.

По способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные.

По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха — на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.

Мощность, экономичность и другие характеристики двигателей постоянно улучшаются, но основной принцип действия остаётся неизменным.

В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу.



Первый двигатель, изобрёл в 1860 году французский механик Этьен Ленуар (1822-1900). Рабочим топливом в его двигателе служила смесь светильного газа (горючие газы в основном метан и водород) и воздуха. Конструкция имела все основные черты будущих автомобильных двигателей: две свечи зажигания, цилиндром с поршнем двустороннего действия, двухтактный рабочий цикл. Её коэффициент полезного действия составлял всего 4 % т.е. лишь 4% теплоты сгоревшего газа тратилось на полезную работу, а остальные 96% уходили с отработанными газами.


Двигатель Ленуара

Жан Жозеф Этьен Ленуар


2-х тактный двигатель

В этом двигателе рабочий ход происходит в два раза чаще.

1 такт впуск и сжатие

2 такт рабочий ход и выпуск

Двигатели такого типа применяются на скутерах, моторных лодках, мотоциклах



4-тактный двигатель Отто

Николаус Август Отто


4-х тактный двигатель

Схема работы четырехтактного двигателя, цикл Отто 1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск

Двигатели такого типа применяются в машиностроении.


Карбюраторный двигатель

Этот двигатель – одна из разновидностей двигателей внутреннего сгорания. Сгорание топлива происходит внутри двигателя и существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях. Создателем этого двигателя был Готлиб Даймлер.

В течение нескольких лет Даймлеру пришлось заниматься усовершенствованием двигателя. В поисках более эффективных, чем светильный газ, автомобильного топлива Готлиб Даймлер совершив 1881году поездку на юг России, где ознакомился с процессами переработки нефти. Один из её продуктов, лёгкий бензин, оказался как раз таким источником энергии, который искал изобретатель: бензин хорошо испаряется, быстро и полностью сгорает, удобен для транспортировки.

В 1886году Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать и на газе, и на бензине; все последующие автомобильные двигатели Даймлера были рассчитаны только на жидкое топливо.


Карбюраторный двигатель

Готлиб Вильгельм Даймлер


Первый вариант инжекторного двигателя появился в конце 1970-х годов.

В этой системе датчик кислорода в выпускном коллекторе определяет полноту сгорания, а электронная схема устанавливает оптимальное соотношение топливо/воздух. В топливной системе с обратной связью состав топливно-воздушной смеси контролируется и регулируется несколько раз в секунду. Эта система очень похожа на систему карбюраторного двигателя.


Современный инжекторный двигатель

Первый инжекторный двигатель


Основные типы двигателей

Поршневой ДВС

Двигатели такого типа устанавливаются на автомобилях разного класса, морских и речных судах.


Основные типы двигателей

Роторный ДВС

Двигатели этого типа устанавливаются на автомобилях различного типа.


Основные типы двигателей

Газотурбинный ДВС

Двигатели такого типа устанавливаются на вертолетах, самолетах и другой военной технике.


Дизельный двигатель

Одним из видов ДВС является дизельный двигатель.

В отличии от бензиновых ДВС сжигание топлива в нем происходит благодаря сильному сжатию.

В момент сжатия происходит вспрыск топлива, которое благодаря высокому давлению сгорает.


В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою эффективность. Он получил патент на свой двигатель


Двигатель Дизеля

Хотя Дизель и был первым, который запатентовал такой двигатель с воспламенением от сжатия, инженер по имени Экройд Стюарт высказывал ранее похожие идеи. Но он не обратил внимания на самое большое преимущество — топливную эффективность.


В 20-е годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал встроенный топливный насос высокого давления, устройство, которое широко применяется и в наше время.

Востребованный в таком виде высокооборотистый дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта

В 50 — 60-е годы дизель устанавливается в больших количествах на грузовые автомобили и автофургоны, а в 70-е годы после резкого роста цен на топливо, на него обращают серьёзное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.



Самый мощный в мире дизель, который устанавливается на морские лайнеры.

Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40 %,

дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением до 50 %.


Преимущества дизельных двигателей

Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.

Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более что в них не используется система зажигания.


Основные этапы развития ДВС

  • 1860 год Э.Ленуар первый ДВС;
  • 1878 год Н. Отто первый 4х тактный двигатель;
  • 1886 год В.Даймлер первый карбюраторный двигатель;
  • 1890 год Р. Дизель создал дизельный двигатель;
  • 70-е годы 20 века создание инжекторного двигателя.

Основные типы ДВС

  • 2-х и 4-х тактные ДВС;
  • бензиновые и дизельные ДВС;
  • поршневые, роторные и газотурбинные ДВС.

Сферы применения ДВС

  • автомобилестроение;
  • машиностроение;
  • кораблестроение;
  • авиационная техника;
  • военная техника.

История создания первого двигателя внутреннего сгорания Первый по настоящему
работоспособный Двигатель Внутреннего Сгорания (ДВС)
появился в Германии в 1878 году. Но история создания
ДВС уходит своими корнями во Францию.
В 1860 году французский изобретатель Этвен Ленуар
изобрёл
первый двигатель внутреннего сгорания. Но этот агрегат
был несовершенен, с низким КПД и не мог быть применён
на практике. На помощь пришёл другой французкий
изобретатель Бо де Роша, который в 1862 году предложил
использовать в этом двигателе четыре такта:
1.Впуск
2.Сжатие
3.Рабочий ход
4.Такт выпуска
Первым автомобилем с четырёхтактным ДВС был
трёхколёсный экипаж Карла Бенца, построенный в 1885
году.
Годом позже (1886 г) появился вариант Готлиба Даймера.
Оба изобретателя работали независимо друг от друга.
В 1926 году они объединились, создав фирму Deimler-Benz
AG.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаше всего,
приводится в движение двигателем внутреннего
сгорания. Таких двигателей существует огромное
множество. Различаются они объемом,
количеством цилиндров, мощностью, скоростью
вращения, используемым топливом (дизельные,
бензиновые и газовые двс). Но, принципиально,
устройство двигателя внутреннего сгорания,
похоже. Как же работает это устройство и почему
называется четырехтактным двигателем
внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание
понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А
почему 4 такта двигателя, что это такое?
Действительно, бывают и двухтактные
двигатели. Но на автомобилях они используются
крайне редко. Четырехтактным двигатель
называется из-за того, что его работу можно
разделить на четыре, равные по времени, части.
Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два
раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при
нахождении поршня в крайней нижней или
верхней точке. У автомобилистов-механиков это
называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и
нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной,
начинается с ВМТ (верхней
мертвой точки). Двигаясь вниз,
поршень, всасывает в цилиндр
топливовоздушную смесь. Работа
этого такта происходит при
открытом клапане впуска. Кстати,
существует много двигателей с
несколькими впускными клапанами.
Их количество, размер, время
нахождения в открытом состоянии
может существенно повлиять на
мощность двигателя. Есть
двигатели, в которых, в
зависимости от нажатия на педаль
газа, происходит принудительное
увеличение времени нахождения
впускных клапанов в открытом
состоянии. Это сделано для
увеличения количества
всасываемого топлива, которое,
после возгорания, увеличивает
мощность двигателя. Автомобиль,
в этом случае, может гораздо
быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя –
такт сжатия. После того как поршень
достиг нижней точки, он начинает
подниматься вверх, тем самым, сжимая
смесь, которая попала в цилиндр в такт
впуска. Топливная смесь сжимается до
объемов камеры сгорания. Что это за
такая камера? Свободное пространство
между верхней частью поршня и
верхней частью цилиндра при
нахождении поршня в верхней мертвой
точке называется камерой сгорания.
Клапаны, в этот такт работы двигателя
закрыты полностью. Чем плотнее они
закрыты, тем сжатие происходит
качественнее. Большое значение
имеет, в данном случае, состояние
поршня, цилиндра, поршневых колец.
Если имеются большие зазоры, то
хорошего сжатия не получится, а
соответственно, мощность такого
двигателя будет гораздо ниже. Степень
сжатия – компрессию, можно проверить
специальным прибором. По величине
компрессии можно сделать вывод о
степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с
ВМТ. Рабочим он называется
неслучайно. Ведь именно в этом
такте происходит действие,
заставляющее автомобиль
двигаться. В этом такте в работу
вступает система зажигания. Почему
эта система так называется? Да
потому, что она отвечает за
поджигание топливной смеси, сжатой
в цилиндре, в камере сгорания.
Работает это очень просто – свеча
системы дает искру. Справедливости
ради, стоит заметить, что искра
выдается на свече зажигания за
несколько градусов до достижения
поршнем верхней точки. Эти
градусы, в современном двигателе,
регулируются автоматически
«мозгами» автомобиля. После того
как топливо загорится, происходит
взрыв – оно резкое увеличивается в
объеме, заставляя поршень
двигаться вниз. Клапаны в этом такте
работы двигателя, как и в
предыдущем, находятся в закрытом
состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы
двигателя, последний –
выпускной. Достигнув
нижней точки, после
рабочего такта, в двигателе
начинает открываться
выпускной клапан. Таких
клапанов, как и впускных,
может быть несколько.
Двигаясь вверх, поршень
через этот клапан удаляет
отработавшие газы из
цилиндра – вентилирует
его. Чем лучше сработает
выпускной клапан, тем
больше отработанных газов
удалится из цилиндра,
освободив, тем самым,
место для новой порции
топливно-воздушной смеси.

Разновидности двигателя внутреннего сгорания

Дизельный двигатель внутреннего сгорания

Ди́зельный дви́гатель — поршневой
двигатель внутреннего сгорания,
работающий по принципу воспламенения
распыленного топлива от
соприкосновения со сжатым разогретым
воздухом. Дизельные двигатели работают
на дизельном топливе (в просторечии —
«солярка»).
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию
«экономичного термического двигателя»,
который благодаря сильному сжатию в
цилиндрах значительно улучшает свою
эффективность. Он получил патент на свой
двигатель 23 февраля 1893. Первый
функционирующий образец, названый «Дизельмотором», был построен Дизелем к началу 1897
года, и 28 января того же года он был успешно
испытан.

Принцип работы инжекторного двигателя

В современных впрысковых
двигателях для каждого
цилиндра предусмотрена
индивидуальная форсунка.
Все форсунки соединяются с
топливной рампой, где
топливо находится под
давлением, которое создает
электробензонасос.
Количество впрыскиваемого
топлива зависит от
продолжительности открытия
форсунки. Момент открытия
регулирует электронный блок
управления (контроллер) на
основании обрабатываемых
им данных от различных
датчиков.

Слайд 1


Урок физики в 8 классе

Слайд 2

Вопрос 1:
Какая физическая величина показывает, сколько энергии выделяется при сжигании 1кг топлива? Какой буквой ее обозначают? Удельная теплота сгорания топлива. g

Слайд 3

Вопрос 2:
Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200г бензина. g=4,6*10 7дж/кг Q=9,2*10 6дж

Слайд 4

Вопрос 3:
Удельная теплота сгорания каменного угля примерно в 2 раза больше, чем удельная теплота сгорания торфа. Что это значит. Это значит, что для сгорания каменного угля потребуется в 2 раза большее количество теплоты.

Слайд 5

Двигатель внутреннего сгорания
Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел.

Слайд 6

Слайд 7

Карбюраторный двигатель.
карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.

Слайд 8

Основные Основные части ДВС части ДВС
1 – фильтр для всасываемого воздуха, 2 – карбюратор, 3 – бензобак, 4 – топливопровод, 5 – распыляющийся бензин, 6 – впускной клапан, 7 – запальная свеча, 8 – камера сгорания, 9 – выпускной клапан, 10 – цилиндр, 11 – поршень.
:
Основные части ДВС:

Слайд 9

Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты.

Слайд 10

Первый такт называется впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается.

Слайд 11

Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь.

Слайд 12

Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз.

Слайд 13

Четвертый такт – выпуск (рис «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается.

Слайд 14

физкультминутка

Слайд 15

Дизельный двигатель.
В 1892 г. немецкий инженер Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.

Слайд 16

Принцип работы:
В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Слайд 17

Такты работы:
всасывание воздуха; сжатие воздуха; впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня; выпуск отработавших газов. Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.

Слайд 18

Некоторые сведения о двигателях Тип двигателя Тип двигателя
Некоторые сведения о двигателях Карбюраторный Дизельный
История создания Впервые запатентован в 1860 г. французом Ленуаром; в 1878 г. построен нем. изобретателем Отто и инженером Лангеном Изобретен в 1893 г. немецким инженером Дизелем
Рабочее тело Воздух, насыщ. парами бензина Воздух
Топливо Бензин Мазут, нефть
Макс. давление в камере 6 × 105 Па 1,5 × 106 — 3,5 × 106 Па
Т при сжатии рабочего тела 360-400 ºС 500-700 ºС
Т продуктов сгорания топлива 1800 ºС 1900 ºС
КПД: для серийных машин для лучших образцов 20-25% 35% 30-38% 45%
Применение В легковых машинах сравнительно небольшой мощности В более тяжелых машинах большой мощности (тракторы, грузовые тягачи, тепловозы).

Слайд 19

Слайд 20

Назови основные части ДВС:

Слайд 21

1. Назовите основные такты работы ДВС. 2. В каких тактах клапаны закрыты? 3. В каких тактах открыт клапан 1? 4. В каких тактах открыт клапан 2? 5. Отличие ДВС от дизеля?

Слайд 22

Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре
Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой
Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).

Слайд 23

Заполнить таблицу
Название такта Движение поршня 1 клапан 2 клапан Что происходит
Впуск
Сжатие
Рабочий ход
выпуск
вниз
вверх
вниз
вверх
открыт
открыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
Всасывание горючей смеси
Сжатие горючей смеси и воспламенение
Газы выталкивают поршень
Выброс отработанных газов

Слайд 24

1. Тип теплового двигателя, в котором пар вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. 2. Обозначение удельной теплоты плавления. 3. Одна из частей двигателя внутреннего сгорания. 4. Такт цикла двигателя внутреннего сгорания. 5. Переход вещества из жидкого состояния в твердое. 6. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости.

Основные механизмы и системы двигателя внутреннего сгорания автотракторов

Система охлаждения служит для отвода избыточного тепла от нагретых деталей двигателя. Она бывает жидкостной или воздушной. Если система охлаж— дения жидкостная, то она состоит из рубашки охлаждения, радиатора, водяного насоса, вентилятора, термостата и патрубков. Система воздушного охлаждения состоит из теплоотводящих ребер, вентилятора, кожуха и щитков, направляющих воздушный поток для отвода тепла.

Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя с целью уменьшения трения между ними и отвода тепла. Она состоит из резервуара для масла, масляного насоса, фильтров и маслопроводов.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (карбюраторные двигатели) или подачи топлива в цилиндр и напол-’ нения его воздухом (дизельные двигатели).

Рис. 4. Устройство одноцилиндрового карбюраторного двигателя

У карбюраторных двигателей эта система состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного и воздушного фильтров, топливного насоса, карбюратора (или смесителя), впускного и выпускного трубопроводов, глушителя.

У дизельных двигателей система питания состоит из тех же деталей и приборов, с той лишь разницей, что вместо карбюратора установлены топливный насос высокого давления и форсунка.

Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси от электрической искры. В нее входят приборы, обеспечивающие получение электрического тока высокого напряжения, провода и свечи.

У дизельных двигателей приборы системы зажигания отсутствуют, так как топливо воспламеняется от соприкосновения со сжатым воздухом, имеющим высокую температуру.

Система пуска предназначена для пуска двигателя. К ней относятся: пусковой бензиновый двигатель с механизмом передачи (на тракторе), электрический стартер на автомобиле и иногда на тракторе, декомпрессионный механизм, приборы подогрева воды и воздуха.

Двухтактные двигатели имеют те же основные механизмы и системы, что и четырехтактные, но отличаются по устройству и действию механизма газорас-. пределения.

Обзор 10 новых двигателей внутреннего сгорания / Хабр

Подписывайтесь на каналы:
@AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения
@TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla

Шествие двигателей внутреннего сгорания продолжается, при этом в них появляются инновации – от изменяемой степени сжатия до клапанов без кулачков.

Электрические силовые агрегаты в наши дни на пике моды, но эволюция двигателя внутреннего сгорания не замедлилась. На самом деле, новые изменения происходят быстрее, чем когда-либо.

Рассмотрим, например, этот краткий список последних инноваций двигателя: двигатель с турбонаддувом без кулачков; новый дизель с самым низким в мире коэффициентом сжатия; четырехцилиндровый двигатель с переменным коэффициентом сжатия; первый в мире бензиновый двигатель, использующий зажигание при сжатии.

Здесь мы собрали фотографии двигателей, предлагающих некоторые из последних инноваций в области силовых агрегатов. От интеллектуальных двигателей грузовиков до крошечных моделей с турбонаддувом, мы предлагаем вам подборку основных достижений последних лет. Пролистайте следующие слайды, чтобы увидеть лучшие из них.

2,2-литровый двигатель Mazda SkyActiv-D имеет самый низкий в мире коэффициент сжатия (14,1:1) среди всех дизельных двигателей, что, как сообщается, дает потребителям множество преимуществ. Более низкие показатели сжатия идут рука об руку с более низким давлением и пониженной температурой в верхней части поршня, что способствует лучшему смешению воздуха и топлива, а также уменьшает проблемы с оксидами азота и сажей, давно ассоциирующиеся с дизельным двигателем, говорит Mazda. Более того, более низкий коэффициент сжатия SkyActiv-D обеспечивает меньшее трение и меньший вес конструкции. На нью-йоркском автосалоне на прошлой неделе японский автопроизводитель объявил, что собирается изменить антидизельные настроения последнего времени, установив новый 2,2-литровый дизельный двигатель на компактный кроссовер CX-5 2019 года.

Представьте себе полноразмерный пикап, работающий всего на двух цилиндрах. Это то, на что способен Chevrolet Silverado, благодаря добавлению в новый 2,7-литровый турбодвигатель электромеханического регулируемого распределительного вала и функции активного управления подачей топлива (Active Fuel Management). В целом, двигатель предлагает 17 различных схем отключения цилиндров, что позволяет ему справиться практически с любой ситуацией при движении. «Это все равно, что иметь разные двигатели для работы на низких и высоких оборотах», — отметил главный инженер двигателя Том Саттер в пресс-релизе. «Профиль распределительного вала и синхронизация клапанов полностью отличаются на низких и высоких скоростях». Двигатель мощностью 310 л.с. и крутящим моментом 471.8 Нм заменяет 4,3-литровый V-6 на Silverado.

Производитель суперкаров Koenigsegg Automotive AB возлагает большие надежды на технологию бескулачкового двигателя, которую он представил на концептуальном автомобиле в 2016 году. Известная как FreeValve, эта технология использует «пневмо-гидравлические-электронные» приводы для управления процессом сгорания в каждом цилиндре. Koenigsegg говорит, что с помощью этих приводов, вместо кулачковых валов, можно более точно управлять процессом сгорания в каждом цилиндре. FreeValve также позволяет люксовому автопроизводителю отказаться от других дорогостоящих автозапчастей, включая корпус дроссельной заслонки, кулачковый привод, ГРМ, выпускной клапан, предкаталитический преобразователь и систему непосредственного впрыска. По слухам, компания готовит технологию для установки на суперкар стоимостью 1,1 миллиона долларов, который будет выпущен в 2020 году. В интервью Top Gear основатель компании Кристиан фон Кёнигсегг (Christian von Koenigsegg) заявил, что FreeValve позволит ему построить автомобиль с нулевым уровнем выбросов и двигателем внутреннего сгорания. «Идея заключается в том, чтобы доказать миру, что даже двигатель внутреннего сгорания может быть полностью СО2-нейтральным», — сказал он.

Говорят, что двигатель Nissan VC-Turbo является первым в мире готовым к производству двигателем с переменным коэффициентом сжатия. VC-Turbo разрабатывался более 20 лет, и он использует усовершенствованную многозвеньевую систему для изменения коэффициента сжатия. Во время работы угол наклона многозвеньевых рычагов варьируется, что приводит к регулировке верхней мертвой точки поршней. С изменением положения поршня меняется и степень сжатия. Результат — производительность по требованию. Высокий коэффициент сжатия обеспечивает большую эффективность, в то время как низкий коэффициент сжатия увеличивает мощность и крутящий момент. VC-Turbo доступен в Nissan Altima 2019.

3,6-литровый двигатель Pentastar от Fiat Chrysler Automobiles является примером внимательного отношения к деталям и политики постоянного совершенствования. Двигатель использует две ключевые особенности для повышения топливной экономичности и крутящего момента. Первая из них — это регулируемый подъем клапана (VVL). VVL позволяет двигателю оставаться в режиме пониженного подъема до тех пор, пока водитель не потребует больше мощности. Затем он реагирует переключением в режим повышенного подъема для улучшения сгорания топлива. Вторая инновация — это рециркуляция отработавших газов с охлаждением, которая, как говорят, сокращает выбросы вредных веществ, снижает потери при прокачке и позволяет работать без стука при высоких нагрузках двигателя. Эти особенности обеспечивают Pentastar увеличение экономии топлива на 6%, при этом крутящий момент увеличивается на 14,9%. Fiat Chrysler также отмечает, что эти улучшения наблюдаются при оборотах двигателя ниже 3000 об/мин, когда повышенный крутящий момент необходим больше всего.

В наши дни производительность двигателя — это не только крутящий момент и лошадиные силы. Речь идет и об эффективности. Toyota доказала это в 2018 году, представив 2,5-литровый четырехцилиндровый двигатель Dynamic Force, который, по имеющимся данным, обладает тепловым КПД около 40%. Это большой шаг вперед, учитывая, что большинство современных двигателей приближаются к 30%, что, в свою очередь, означает, что 70% энергии сгорания топлива теряется в виде тепла. Toyota добилась этого с помощью ряда современных усовершенствований, включая длинный ход, высокий коэффициент сжатия, форсунки с двойными распылителями, интеллектуальную регулировку синхронизации клапанов и непосредственный впрыск топлива. Результат: Экономия топлива на трассе 2018 Camry составляет 29 и 41 мг, что на 26% выше по сравнению с предыдущей моделью.

1,5-литровый двигатель EcoBoost от Ford заслуживает внимания, потому что это еще один пример «умного» маленького двигателя, способного управлять относительно большим автомобилем с помощью двух цилиндров. Рядный трехцилиндровый EcoBoost выполняет эту задачу при отключении цилиндра, который определяет ситуацию, когда один цилиндр не нужен, и поэтому автоматически отключает его. Система может отключить или активировать цилиндр всего за 14 миллисекунд для поддержания плавного хода. Однако даже на трех цилиндрах она способна выдать 180 л.с. и 240 Нм крутящего момента (при сгорании 93-октанового топлива). Этот двигатель установлен в европейском Ford Fusion и американском внедорожнике Ford Escape, способном буксировать до 900 кг.

В 2018 году компания Cadillac еще больше увлеклась турбокомпрессорами, представив двигатель Twin Turbo V-8. Twin Turbo использует «горячую V-образную конфигурацию» — то есть устанавливает турбокомпрессоры в верхней части двигателя, в ложбине между головками. Таким образом, инженеры Cadillac утверждают, что они уменьшили общий размер конструкции двигателя и практически ликвидировали отставание турбокомпрессоров. Использованный на Cadillac CT6 V-Sport, новый двигатель выдает примерно 550 л.с. и обеспечивает потрясающий крутящий момент в 850.1 Нм.

Для тех, у кого есть страсть к старомодным лошадиным силам и крутящему моменту, у Dodge есть ответ в виде 6,2-литрового высокомощного двигателя HEMI V-8. Двигатель, выдающий 797 л. с. и 958.6 Нм крутящего момента, большую часть своей мощности черпает из 2,7-литрового нагнетателя — самого большого заводского нагнетателя среди всех серийных автомобилей. Наряду с нагнетателем в двигателе используются высокопрочные шатуны и поршни, высокоскоростной клапанный механизм и два двухступенчатых топливных насоса. 6,2-литровый двигатель, используемый в Dodge Challenger Hellcat Redeye, способен принимать огромное количество бензина в высокопроизводительном режиме, опорожняя бак чуть менее чем за 11 минут. Хорошая новость, однако, в том, что при нормальных дорожных условиях Hellcat все еще находится на отметке 10.69 л/100 км. Dodge хвастается тем, что Hellcat является самым быстрым в отрасли маслкаром с разгоном 0-100 км/ч в 3,4 секунды.

Поговорим о другой крупной инновации в двигателе 2018 года: Mazda выпустила двигатель SkyActiv-X, который, как говорят, является первым в мире бензиновым двигателем, использующим воспламенение при сжатии. Соединив две классические технологии, инженеры Mazda утверждают, что они объединили высокую тягу бензинового двигателя с эффективностью, крутящим моментом и реакцией дизеля. Ключом к их реализации является технология, известная под названием Spark Controlled Compression Ignition, которая максимально увеличивает зону, в которой возможно воспламенение от сжатия, и обеспечивает плавный переход между воспламенением от сжатия и воспламенением от искры. При внедрении двигателя прошлой осенью Mazda сообщила удивительные цифры: крутящий момент повысился на 10-30%, а КПД — на 20-30% по сравнению с предшественником. Mazda говорит, что двигатель также предлагает большую свободу в выборе передаточных чисел, что еще больше увеличивает экономию топлива и ходовые качества двигателя.

Подписывайтесь на каналы:
@AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения
@TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla



О компании ИТЭЛМА

Мы большая компания-разработчик

automotive

компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.


Читать еще полезные статьи:

% PDF-1.4 % 2394 0 объект > эндобдж xref 2394 285 0000000016 00000 н. 0000010652 00000 п. 0000010818 00000 п. 0000011227 00000 п. 0000011626 00000 п. 0000012409 00000 п. 0000012461 00000 п. 0000013135 00000 п. 0000013250 00000 п. 0000013501 00000 п. 0000013759 00000 п. 0000014169 00000 п. 0000020889 00000 н. 0000021077 00000 п. 0000023885 00000 п. 0000026780 00000 п. 0000029537 00000 п. 0000031954 00000 п. 0000034729 00000 п. 0000037585 00000 п. 0000037710 00000 п. 0000037811 00000 п. 0000040553 00000 п. 0000043038 00000 п. 0000046010 00000 п. 0000046148 00000 п. 0000046301 00000 п. 0000046453 00000 п. 0000046605 00000 п. 0000046758 00000 н. 0000046911 00000 п. 0000047064 00000 п. 0000047217 00000 п. 0000047370 00000 п. 0000047521 00000 п. 0000047672 00000 п. 0000047825 00000 п. 0000047978 00000 п. 0000048130 00000 н. 0000048281 00000 п. 0000048433 00000 п. 0000048586 00000 п. 0000048739 00000 п. 0000048892 00000 п. 0000049045 00000 п. 0000049198 00000 п. 0000049351 00000 п. 0000049504 00000 п. 0000049657 00000 п. 0000049810 00000 п. 0000049963 00000 н. 0000050116 00000 п. 0000050267 00000 п. 0000050418 00000 п. 0000050571 00000 п. 0000050724 00000 п. 0000050877 00000 п. 0000051030 00000 п. 0000051183 00000 п. 0000051336 00000 п. 0000051489 00000 п. 0000051642 00000 п. 0000051795 00000 п. 0000051948 00000 п. 0000052101 00000 п. 0000052254 00000 п. 0000052407 00000 п. 0000052560 00000 п. 0000052713 00000 п. 0000052866 00000 п. 0000053019 00000 п. 0000053168 00000 п. 0000053317 00000 п. 0000053468 00000 п. 0000053619 00000 п. 0000053770 00000 п. 0000053921 00000 п. 0000054072 00000 п. 0000054223 00000 п. 0000054374 00000 п. 0000054525 00000 п. 0000054678 00000 п. 0000054831 00000 п. 0000054984 00000 п. 0000055135 00000 п. 0000055286 00000 п. 0000055439 00000 п. 0000055592 00000 п. 0000055745 00000 п. 0000055898 00000 п. 0000056051 00000 п. 0000056204 00000 п. 0000056355 00000 п. 0000056506 00000 п. 0000056658 00000 п. 0000056810 00000 п. 0000056963 00000 п. 0000057116 00000 п. 0000057269 00000 п. 0000057422 00000 п. 0000057574 00000 п. 0000057726 00000 п. 0000057879 00000 п. 0000058032 00000 п. 0000058185 00000 п. 0000058338 00000 п. 0000058489 00000 п. 0000058640 00000 п. 0000058793 00000 п. 0000058946 00000 п. 0000059099 00000 н. 0000059252 00000 п. 0000059405 00000 п. 0000059558 00000 п. 0000059705 00000 п. 0000059850 00000 п. 0000060001 00000 п. 0000060154 00000 п. 0000060307 00000 п. 0000060460 00000 п. 0000060613 00000 п. 0000060766 00000 п. 0000060919 00000 п. 0000061072 00000 п. 0000061225 00000 п. 0000061378 00000 п. 0000061531 00000 п. 0000061684 00000 п. 0000061834 00000 п. 0000061984 00000 п. 0000062137 00000 п. 0000062290 00000 п. 0000062441 00000 п. 0000062592 00000 п. 0000062743 00000 п. 0000062892 00000 п. 0000063043 00000 п. 0000063196 00000 п. 0000063349 00000 п. 0000063502 00000 п. 0000063655 00000 п. 0000063808 00000 п. 0000063961 00000 п. 0000064114 00000 п. 0000064267 00000 п. 0000064419 00000 п. 0000064571 00000 п. 0000064724 00000 н. 0000064877 00000 п. 0000065029 00000 п. 0000065181 00000 п. 0000065334 00000 п. 0000065487 00000 п. 0000065640 00000 п. 0000065793 00000 п. 0000065944 00000 п. 0000066095 00000 п. 0000066248 00000 п. 0000066401 00000 п. 0000066553 00000 п. 0000066705 00000 п. 0000066856 00000 п. 0000067007 00000 п. 0000067160 00000 п. 0000067311 00000 п. 0000067462 00000 п. 0000067615 00000 п. 0000067768 00000 п. 0000067921 00000 п. 0000068074 00000 п. 0000068227 00000 п. 0000068380 00000 п. 0000068532 00000 п. 0000068684 00000 п. 0000068837 00000 п. 0000068990 00000 п. 0000069143 00000 п. 0000069296 00000 п. 0000069449 00000 п. 0000069601 00000 п. 0000069753 00000 п. 0000069906 00000 н. 0000070059 00000 п. 0000070212 00000 п. 0000070365 00000 п. 0000070518 00000 п. 0000070671 00000 п. 0000070822 00000 п. 0000070973 00000 п. 0000071125 00000 п. 0000071277 00000 п. 0000071430 00000 п. 0000071582 00000 п. 0000071734 00000 п. 0000071887 00000 п. 0000072038 00000 п. 0000072187 00000 п. 0000072338 00000 п. 0000072491 00000 п. 0000072644 00000 п. 0000072797 00000 п. 0000072950 00000 п. 0000073103 00000 п. 0000073254 00000 п. 0000073405 00000 п. 0000073552 00000 п. 0000073699 00000 п. 0000073852 00000 п. 0000074005 00000 п. 0000074157 00000 п. 0000074309 00000 п. 0000074462 00000 п. 0000074615 00000 п. 0000074767 00000 п. 0000074919 00000 п. 0000075072 00000 п. 0000075550 00000 п. 0000075703 00000 п. 0000075856 00000 п. 0000076009 00000 п. 0000076162 00000 п. 0000076315 00000 п. 0000076468 00000 п. 0000076621 00000 п. 0000076774 00000 п. 0000076927 00000 п. 0000077080 00000 п. 0000077233 00000 п. 0000077384 00000 п. 0000077533 00000 п. 0000077684 00000 п. 0000077837 00000 п. 0000077990 00000 п. 0000078143 00000 п. 0000078296 00000 п. 0000078449 00000 п. 0000078602 00000 п. 0000078755 00000 п. 0000078908 00000 п. 0000079061 00000 п. 0000079213 00000 п. 0000079365 00000 п. 0000079518 00000 п. 0000079671 00000 п. 0000079824 00000 п. 0000079977 00000 н. 0000080130 00000 п. 0000080281 00000 п. 0000080432 00000 п. 0000080585 00000 п. 0000080737 00000 п. 0000080889 00000 п. 0000081040 00000 п. 0000081191 00000 п. 0000081344 00000 п. 0000081496 00000 п. 0000081648 00000 н. 0000081799 00000 п. 0000081950 00000 п. 0000082103 00000 п. 0000082256 00000 п. 0000082409 00000 п. 0000082562 00000 н. 0000082713 00000 н. 0000082864 00000 п. 0000083017 00000 п. 0000083170 00000 п. 0000083323 00000 п. 0000083476 00000 п. 0000083627 00000 п. 0000083778 00000 п. 0000083931 00000 н. 0000084084 00000 п. 0000084239 00000 п. 0000084396 00000 п. 0000084553 00000 п. 0000084709 00000 п. 0000084865 00000 п. 0000085022 00000 п. 0000085162 00000 п. 0000102910 00000 н. 0000141178 00000 н. 0000141331 00000 н. 0000010428 00000 п. 0000006123 00000 н. трейлер ] / Назад 2066931 / XRefStm 10428 >> startxref 0 %% EOF 2678 0 объект > поток h [P -%! U! @ Xe5 @.* «»: ˪: ࠣ3> | TUb [tsOws

Дизельный двигатель — The Hindu

Почему в дизельных двигателях внутреннего сгорания не требуется свеча зажигания для воспламенения топлива, в отличие от бензиновых двигателей?

Джаякришнан. V

Кочи, Керала

Свечи зажигания используются в бензиновых двигателях для зажигания топливовоздушной смеси, тогда как в дизельных двигателях наличие свечей зажигания не обязательно. Технически бензиновые двигатели называются двигателями с искровым зажиганием (SI), а дизельные двигатели — двигателями с воспламенением от сжатия (CI).В двигателях SI воздух и топливо (бензин) смешиваются в карбюраторе и затем через впускной коллектор подается в двигатель, после чего воздушно-топливная смесь сжимается внутри цилиндра.

В конце сжатия зажигается искра, а затем происходит сгорание, от которого достигается рабочий такт. Обычно степень сжатия двигателей SI находится в диапазоне 6-8. Это доказывает, что в бензиновых двигателях только компрессия не заставляет топливо сгорать.

С технической точки зрения этот процесс регулируется процессом постоянного объема или циклом Отто.Но в случае с дизельными двигателями свечи зажигания не нужны. Воздух из атмосферы всасывается в цилиндр двигателя, а затем воздух сжимается до высокого давления, что в конечном итоге приводит к повышению температуры, поэтому, когда дизельное топливо подается в конце такта сжатия, развиваемая температура более чем достаточна для зажигают дизельное топливо, это заставляет топливо сгорать, а затем происходит расширение газов от того места, где достигается рабочий ход.

Это исключает использование свечей зажигания, поскольку температура, необходимая для воспламенения топлива, достигается непосредственно при сжатии, поэтому всегда степень сжатия дизельных двигателей будет в диапазоне 12-14.Этот тип процесса регулируется процессом постоянного давления. Это заставляет идентифицировать двигатели. В бензиновых двигателях будут свечи зажигания, но в случае дизельных двигателей будет присутствовать топливный насос.

А.Л. Амарнатх

Сивакаси, Тамил Наду

Дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы — Требования к двигателю внутреннего сгорания (ДВС)

Стационарные двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (CI) для городских районов Аляски:

  • Владельцы и операторы стационарных двигателей CI с рабочим объемом менее 30 литров на цилиндр, подпадающим под действие стандарта New Source Performance Standard (NSPS), должны приобретать топливо, соответствующее требованиям 40 CFR 80. 510 (b) для внедорожного дизельного топлива, для которого требуется максимальное содержание серы 15 частей на миллион.
  • Владельцы и операторы стационарных двигателей CI с рабочим объемом 30 литров на цилиндр или более должны начать использовать содержание серы 1000 ppm с 1 июня 2012 г.

Городские районы Аляски должны соответствовать Стандартам характеристик новых источников (NSPS) для стационарных двигателей, как требуется для остальных 48 штатов, хотя некоторые положения были предоставлены удаленным районам Аляски.

Стационарные двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (CI) для сельских районов Аляски:

В первоначальном NSPS, EPA согласился отложить требования по содержанию серы для дизельного топлива, предназначенного для стационарных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в отдаленных районах Аляски, недоступных для Федеральной системы автомобильных дорог помощи, до 1 декабря 2010 года, с 2011 года. Стационарные двигатели CI модельного года и более поздние, работавшие в сельской местности на Аляске до 1 декабря 2010 года. Требовалось, чтобы модели 2011 года и более поздние соответствовали требованиям содержания серы в 15 ppm для дизельного топлива.

В первоначальных окончательных правилах EPA позволяло штату Аляска представить альтернативный план реализации требований для государственных электроэнергетических предприятий, расположенных в отдаленных районах Аляски, недоступных для FAHS. Штату Аляска было предоставлено продление для предоставления альтернативного плана. 31 октября 2008 г. штат Аляска подал запрос на внесение нескольких изменений в NSPS, касающихся двигателей, расположенных в отдаленных районах.

Штат Аляска запросил:

  • позволяет требованиям владельца / оператора NSPS применяться только к двигателям 2011 модельного года и более поздних версий;
  • придерживается крайнего срока 1 декабря 2010 г. для перехода регулируемых двигателей на ULSD;
  • разрешает дальнейшее использование судовых дизельных двигателей с одноконтурной водяной рубашкой для основных мощностей;
  • отменяет ограничения на использование топлива, смешанного с отработанным смазочным маслом, которое не соответствует требованиям к топливу 40 CFR часть 60, подраздел III;
  • рассматривает требования к конструкции системы контроля выбросов, необходимые для соответствия новым стандартам выбросов NSPS в отношении усовершенствованной доочистки выхлопных газов.

Закон EPA , признающий обстоятельства отдаленной Аляски, обнародовал несколько поправок к двигателям, используемым на отдаленной Аляске для небольших объектов (источники по районам).

EPA :

  • освободил все двигатели до 2014 модельного года от требований по содержанию серы в дизельном топливе;
  • позволил владельцам и операторам стационарных двигателей CI, расположенных в отдаленных районах Аляски, использовать двигатели, сертифицированные по стандартам судовых двигателей, а не по стандартам наземных двигателей для внедорожных транспортных средств; и
  • отменил требования к использованию устройств последующей обработки NOx, в частности SCR, для двигателей, используемых на удаленной Аляске;
  • отменил требования к использованию устройств последующей обработки для PM до 2014 модельного года;
  • и допускал смешивание отработанного смазочного масла в объемах до 1 л. 75 процентов от общего количества топлива, содержание серы в отработанном топливе составляет менее 200 частей на миллион, а использованное смазочное масло соответствует требованиям, то есть соответствует уровням и свойствам согласно спецификации 40 CFR 279.11.

Указывает на внешний сайт.

Двигатель внутреннего сгорания | Encyclopedia.com

Обзор

Физики называют двигатель внутреннего сгорания «первичным двигателем», что означает, что он использует некоторую форму энергии (например.г., бензин) для перемещения предметов. Первые надежные двигатели внутреннего сгорания были разработаны в середине девятнадцатого века и почти сразу же стали использоваться для транспортировки. Развитие двигателя внутреннего сгорания помогло освободить людей от тяжелейшего ручного труда, сделало возможным создание самолетов и других видов транспорта и помогла произвести революцию в производстве электроэнергии.

Предпосылки

В 1698 году Томас Савери (ок. 1650-1715), британский военный инженер, построил «Друг шахтера», устройство, которое использовало давление пара для откачки воды из затопленных шахт.Несколько лет спустя Томас Ньюкомен (1663-1729) расширил конструкцию Савери и создал первый настоящий двигатель. В двигателе Ньюкомена, в отличие от двигателя Христиана Гюйгенса (1629-1695) и Савери, использовался поршень, прикрепленный к самому двигателю. Следовательно, он мог производить постоянную (хотя и не плавную) мощность.

Три условия, существовавшие в девятнадцатом веке, способствовали развитию двигателя внутреннего сгорания. Главным условием была потребность в энергии, представленная Промышленной революцией.Во-вторых, физики начали понимать ключевые концепции, на которых построен двигатель внутреннего сгорания. В-третьих, топливо, необходимое для работы двигателя, становилось доступнее.

Между 1700 и 1900 годами ученые разработали область термодинамики, которая дала изобретателям инструменты для расчета КПД и выходной мощности различных типов двигателей. Эти расчеты показали, что внутренняя Двигатель внутреннего сгорания потенциально был намного эффективнее парового двигателя (который, напротив, был двигателем внешнего сгорания, то есть воспламенял топливо вне самого двигателя).

Самое важное событие в ранней истории двигателя внутреннего сгорания произошло в 1859 году под руководством бельгийского изобретателя Жана-Жозефа Этьена Ленуара (1822-1900). Двигатель Ленуара был одновременно прочным (некоторые из них отлично работали после 20 лет эксплуатации) и, что более важно, надежным. Более ранние версии двигателя были плохого качества и перестали работать без причины. Двигатель Ленуара выдавал постоянную мощность и работал плавно. В 1862 году Ленуар изобрел первый в мире автомобиль.

В 1860-е годы Николаус Отто (1832–1891) начал экспериментировать с двухтактными двигателями Ленуара и теоретическими четырехтактными двигателями Альфонса Бо де Роша (1815–1893). Отто был продавцом бакалеи; у него не было технического образования или опыта. В 1866 году Отто с помощью Ойгена Лангена (1833-1895), немецкого промышленника, разработал успешный, но тяжелый и шумный двигатель Отто и Лангена. Он продолжал экспериментировать с двигателями. В 1876 году он выпустил «Silent Otto», первый в мире четырехтактный двигатель.Silent Otto был не только более тихим, чем предыдущие двигатели, но и гораздо более экономичным.

Двигатель Отто установил стандарт времени. Фактически, основная конструкция современных двигателей остается такой же, как у Отто. Как и предсказывала термодинамика, двигатель внутреннего сгорания был намного более экономичным, чем паровой. Двигатели внутреннего сгорания, которые были тише, дешевле в эксплуатации и менее громоздкими, чем паровые, начали появляться на промышленных предприятиях по всей Северной Европе.

Чтобы двигатель внутреннего сгорания мог использовать жидкое топливо, он должен сначала перевести жидкость в парообразное состояние. Следующая задача для производителей двигателей заключалась в том, чтобы найти способ осуществить это изменение. Между 1880 и 1900 годами были изобретены различные процессы для выполнения этой задачи. Между 1885 и 1892 годами были разработаны три метода: карбюрация, испарение горячей лампы и дизельный двигатель.

При карбюрации устройство, называемое карбюратором, смешивает воздух с парами жидкого топлива.Затем карбюратор подает смесь в двигатель. Искра или пламя внутри двигателя воспламеняют смесь. Это функция карбюратора в современных автомобилях. Для сравнения, двигатель с горячей лампой распыляет бензин на горячую поверхность рядом с цилиндром, а затем втягивает испаряющееся топливо в двигатель в виде пара. С двигателем с горячей лампой можно было использовать менее летучие виды топлива, такие как керосин. Третий метод — дизельный компрессорный двигатель. Вместо использования внешнего источника тепла для зажигания газа, как в первых двух методах, немецкий инженер Рудольф Дизель (1858-1913) изобрел процесс, при котором газ воспламеняется сам.У Дизеля был большой опыт в математике и естественных науках, и он знал, что когда газ сжимается, его температура повышается до точки, при которой топливо воспламеняется.

Удар

На рубеже веков двигатели внутреннего сгорания стали неотъемлемой частью западной жизни. Промышленные предприятия по всей Европе и Америке широко использовали их, и открылись ворота для крупномасштабного производства автомобилей в 1900-х годах.

В области транспорта бензиновый двигатель внутреннего сгорания и его варианты (в основном дизельный двигатель) были адаптированы для использования в путешествиях по морю, суше и воздуху.В море большое количество небольших кораблей было и продолжает работать на дизельных двигателях, ускоряющих перемещение людей и товаров между любыми местами, связанными водой. Это сделало торговлю более быстрой и менее дорогой. Сочетание морских перевозок с более эффективной наземной перевозкой грузов делает эти преимущества еще более значительными. В свою очередь, расширение торговли ведет к большему благосостоянию и более высокому уровню жизни для обеих сторон, не говоря уже о создании новых рабочих мест.

Самолеты тоже обязаны своим существованием развитию бензинового двигателя. Многие изобретатели пытались летать с двигателями в конце девятнадцатого века, но только после того, как появились легкие и мощные бензиновые двигатели, возникла область авиации. Фактически, бензиновые двигатели преобладали в авиации в первой половине двадцатого века и даже сегодня играют важную роль в частной, коммерческой и военной авиации.

Также необходимо учитывать влияние на сельское хозяйство и производство продуктов питания.Тракторы и другое современное сельскохозяйственное оборудование, обычно работающее с дизельными или бензиновыми двигателями, играет значительную роль в изобилии продуктов питания в развитых и некоторых частях развивающегося мира. Использование тракторов для обработки почвы, посадки и сбора урожая, а также для буксировки тяжелых грузов помогло увеличить количество земли, которое может обработать один фермер, а также увеличение урожайности с гектара. Это двойное повышение эффективности индивидуальных фермеров приводит к увеличению количества продуктов питания по более низким ценам. В развитом мире это означает не только больше и более дешевую еду, доступную для его граждан, но и больше еды, доступную для экспорта во все страны.

Дизельный двигатель является развитием двигателя внутреннего сгорания, как упоминалось ранее. Дизельные двигатели мощные, требуют меньшего обслуживания и используют менее очищенное топливо, чем бензиновые двигатели. Эти факторы делают их менее дорогими, и они стали предпочтительным двигателем для путешествий по железной дороге, больших лодок и малых судов, а также грузовиков. Дизельные двигатели также широко используются для выработки электроэнергии, особенно в качестве аварийных резервных источников питания для таких объектов, как больницы и атомные электростанции.В обоих случаях дизельные двигатели зарекомендовали себя как надежные и недорогие в обслуживании и эксплуатации.

Последним воздействием, которое необходимо обсудить, является воздействие двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду. Все двигатели внутреннего сгорания работают за счет сжигания углеводородов в той или иной форме и выпуска выхлопных газов. Эти углеводороды обычно получают из нефти, и они горят с образованием диоксида углерода, монооксида углерода и воды. Хотя были разработаны водородные двигатели, которые сжигают водород и выделяют водяной пар в качестве выхлопного газа, на момент написания этой статьи они были редкостью.

С точки зрения топлива, запасы нефти ограничены, и их становится все труднее обнаружить и добыть. Процесс добычи неизменно приводит к определенному воздействию на окружающую среду не только на буровой, но и на маршруте транспортировки. Поскольку большая часть нефти добывается в регионах, удаленных от нефтеперерабатывающих заводов и промышленных стран, большая часть ее транспортируется океанскими танкерами, которые иногда вызывают разливы с потенциально серьезными последствиями.

При сжигании в двигателях углеводородное топливо выделяет много газов, большая часть которых способствует загрязнению воздуха.До запрета в США многие виды топлива также содержали соединения свинца, которые были причастны к случаям отравления свинцом. Однако даже без свинца углекислый газ, основной выхлопной газ сгорания, по-видимому, производится в достаточно больших количествах, и было отмечено, что его уровни в атмосфере повышаются во всем мире. Поскольку известно, что углекислый газ улавливает солнечное тепло, есть много предположений о том, что широкое использование двигателей внутреннего сгорания вызывает повышение температуры во всем мире с потенциально катастрофическими результатами.Однако следует подчеркнуть, что данные, которые были интерпретированы как показывающие глобальное потепление, могут быть интерпретированы по-разному, и не все ученые считают, что глобальное потепление действительно происходит. Кроме того, следует помнить, что на протяжении большей части истории Земли температуры были намного выше, чем в настоящее время. Таким образом, даже если глобальное потепление происходит, оно может быть связано или не быть результатом сжигания ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания.

ТОДД ДЖЕНСЕН И П. ЭНДРЮ КАРАМ

Дополнительная литература

Гребни, Гарри. Убить Дьявольский холм. Бостон: Компания Houghton Mifflin, 1979.

Харденберг, Хорст О. Средние века двигателей внутреннего сгорания 1794–1886. Детройт: Общество автомобильных инженеров, 1999.

Робертс, Питер. Ветеранские и старинные автомобили. Лондон: Drury House, 1967.

Наука и ее времена: понимание социальной значимости научных открытий

Дизельный цикл — дизельный двигатель | Определение

Дизельный цикл — диаграмма pV, Ts

Диаграмма pV идеального дизельного цикла

Дизельные циклы часто строят на диаграмме давление-объем (диаграмма pV) и диаграмме температуры-энтропии (диаграмма Ts).

На графике давление-объем изобарный процесс следует изобарной линии для газа (горизонтальные линии), изохорный процесс следует изохорной линии для газа (вертикальная линия), адиабатические процессы проходят между ними. линии и область, ограниченная полной траекторией цикла, представляют всего работы, которая может быть выполнена в течение одного цикла.

Диаграмма температура-энтропия (Ts-диаграмма), на которой термодинамическое состояние указано точкой на графике с удельной энтропией (-ами) в качестве горизонтальной оси и абсолютной температурой (T) в качестве вертикальной оси.Ts-диаграммы — полезный и распространенный инструмент, особенно потому, что они помогают визуализировать теплопередачу во время процесса. Для обратимых (идеальных) процессов площадь под кривой T-s процесса представляет собой тепла, переданного системе во время этого процесса.

Четырехтактный дизельный двигатель

Дизельные двигатели могут быть двухтактными или четырехтактными. Четырехтактный дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания (ВС), в котором поршень совершает четыре отдельных хода при вращении коленчатого вала.Под ходом понимается полный ход поршня вместе с цилиндром в любом направлении. Следовательно, каждый ход не соответствует одному термодинамическому процессу, описанному в главе Дизельный цикл — Процессы.

Четырехтактный двигатель состоит из:

  • Дизельный двигатель аналогичен бензиновому двигателю. Свеча зажигания воспламеняет двигатель Отто на этом снимке вместо самого сжатия. Четырехтактный двигатель — двигатель Отто
    Источник: wikipedia.org, Собственная работа Zephyris, CC BY-SA 3.0

    Ход впуска — Поршень перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ), и цикл проходит 0 → 1. В во время этого хода впускной клапан открывается, в то время как поршень втягивает воздух (без топлива) в цилиндр, создавая вакуумное давление в цилиндре посредством его нисходящего движения.

  • Такт сжатия — Поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), и цикл проходит точки 1 → 2. Как впускной, так и выпускной клапаны закрыты в этом такте, что приводит к адиабатическому сжатию воздуха (то есть без передачи тепла в окружающую среду или из нее). Во время этого сжатия объем уменьшается, давление и температура повышаются. В конце этого хода топливо впрыскивается и сгорает в сжатом горячем воздухе. В конце этого хода коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов.
  • Рабочий ход — Поршень перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ), а цикл проходит точки 2 → 3 → 4. В этом такте и впускной, и выпускной клапаны закрыты. В начале рабочего такта происходит почти изобарическое горение между 2 и 3. В этом интервале давление остается постоянным, поскольку поршень опускается, а объем увеличивается. В точке 3 впрыск топлива и сгорание завершены, и в цилиндре содержится газ с более высокой температурой, чем в точке 2. Между 3 и 4 этот горячий газ расширяется снова приблизительно адиабатически. В этом ходе поршень движется по направлению к коленчатому валу, объем увеличивается, и работа выполняется за счет газа на поршне.
  • Ход выпуска. Поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), и цикл проходит 4 → 1 → 0. Выпускной клапан открыт в этом такте, в то время как поршень вытягивает отработавшие газы из камера. В конце этого хода коленчатый вал совершает второй полный оборот на 360 градусов.

Обратите внимание: в идеальном случае адиабатическое расширение должно продолжаться до тех пор, пока давление не упадет до окружающего воздуха.Это повысило бы тепловой КПД такого двигателя, но это также вызывает практические трудности. Просто двигатель должен был быть намного больше.

Сравнение фактического и идеального дизельного цикла

В этой статье показан идеальный дизельный цикл , в котором есть много предположений, которые отличаются от фактического дизельного цикла . Основные отличия реальных дизельных двигателей от идеальных показаны на рисунке. В действительности идеального цикла не существует, и с каждым процессом связано много потерь.Для фактического цикла форма pV-диаграммы подобна идеальной, но площадь (работа), ограниченная pV-диаграммой, всегда меньше идеального значения. Идеальный дизельный цикл основан на следующих предположениях:

  • Замкнутый цикл : Самая большая разница между двумя диаграммами заключается в упрощении тактов впуска и выпуска в идеальном цикле. Во время такта выпуска тепло Q из выбрасывается в окружающую среду (в реальном двигателе газ выходит из двигателя и заменяется новой смесью воздуха и топлива).
  • Изобарическое добавление тепла . В реальных двигателях подвод тепла никогда не бывает изобарическим.
  • Нет передачи тепла
    • Сжатие — Газ адиабатически сжимается из состояния 1 в состояние 2. В реальных двигателях всегда есть некоторые недостатки, которые снижают термический КПД.
    • Расширение. Газ адиабатически расширяется из состояния 3 в состояние 4.
  • Полное сгорание смеси.
  • Без перекачки .Насосная работа — это разница между работой, выполняемой во время такта выпуска и такта впуска. В реальных циклах существует разница давлений на выхлопе и на входе.
  • Без потерь при продувке . Потеря продувки вызвана преждевременным открытием выпускных клапанов. Это приводит к потере выходной мощности во время такта расширения.
  • Отсутствие потерь от газового потока . Утечка сжатых газов приводит к утечке через поршневые кольца и другие щели.
  • Без потерь на трение .

Эти упрощающие допущения и потери приводят к тому, что замкнутая область (работа) pV-диаграммы для реального двигателя значительно меньше, чем площадь (работа), заключенная pV-диаграммой идеального цикла. Другими словами, идеальный цикл двигателя будет переоценивать сеть, и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, фактический двигатель производит большую мощность примерно на 20% (так же, как в случае двигателя Отто).

Степень сжатия — двигатель Otto

Степень сжатия , CR определяется как соотношение объема в нижней мертвой точке и объема в верхней мертвой точке. Это ключевая характеристика многих двигателей внутреннего сгорания. В следующем разделе будет показано, что степень сжатия определяет тепловой КПД используемого термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания. Желательно иметь высокую степень сжатия, поскольку это позволяет двигателю достичь более высокого теплового КПД.

Например, предположим, что цикл Отто со степенью сжатия CR = 10: 1. Объем камеры составляет 500 см³ = 500 × 10 -6 м 3 (0,5 л) до такта сжатия. Для этого двигателя и л известны требуемые объемы:

  • V 1 = V 4 = V max = 500 × 10 -6 м 3 (0,5 л)
  • V 2 = V 3 = V min = V max / CR = 55,56 × 10 -6 м 3

Обратите внимание, что (V max — V min ) x количество цилиндров = общий рабочий объем двигателя.

Примеры степеней сжатия — бензин и дизельное топливо

  • Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не намного превышает 10: 1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенение) и не ниже 6: 1 .
  • У Subaru Impreza WRX с турбонаддувом степень сжатия 8,0: 1 . Как правило, двигатели с турбонаддувом или наддувом уже имеют сжатый воздух на входе. Поэтому они обычно изготавливаются с более низкой степенью сжатия.
  • Стандартный двигатель Honda S2000 (F22C1) имеет степень сжатия 11,1: 1 .
  • Некоторые атмосферные двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5: 1 (например, Ferrari 458 Italia).
  • В 2012 году Mazda выпустила новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv со степенью сжатия 14: 1 . Остаточный газ уменьшается за счет использования выхлопных систем двигателя 4-2-1, реализации полости поршня и оптимизации впрыска топлива для снижения риска детонации двигателя.
  • Дизельные двигатели имеют степень сжатия, которая обычно превышает 14: 1, и степень сжатия более 22: 1 также является обычным явлением.

Тепловой КПД для дизельного цикла

В целом тепловой КПД , η th , любого теплового двигателя определяется как отношение выполняемой им работы, Вт , к погонной энергии при высокой температуре Q H .

Тепловой КПД , η th , представляет собой долю тепла , Q H , преобразовано 9016 в работу.Поскольку энергия сохраняется в соответствии с первым законом термодинамики и энергия не может быть полностью преобразована для работы, подвод тепла Q H должен равняться проделанной работе, Вт, плюс тепло, которое должно рассеиваться в виде отработанного тепла . Q C в окружающую среду. Поэтому мы можем переписать формулу для теплового КПД как:

Поглощенное тепло происходит при сгорании топливно-воздушной смеси, когда возникает искра, примерно при постоянном объеме.Поскольку во время изохорного процесса система не выполняет никакой работы или над ней, первый закон термодинамики диктует ∆U = ∆Q. Следовательно, добавленное и отклоненное тепло определяется по формуле:

Q add = mc p (T 3 — T 2 )

Q out = mc v (T 4 — T 1 )

Подставив эти выражения для добавленного и отброшенного тепла в выражение для теплового КПД, получаем:

Это уравнение можно преобразовать в форму со степенью сжатия и степенью отсечки:

, где

  • η Дизель — максимальный тепловой КПД дизельного цикла
  • α — коэффициент отсечки V 3 / V 2 (т. е.е., соотношение объемов в конце и начале фазы сгорания)
  • CR — степень сжатия
  • κ = c p / c v = 1,4

Это очень полезный вывод, поскольку желательно достичь высокой степени сжатия, чтобы извлечь больше механической энергии из данной массы топлива. Как было сказано в предыдущем разделе, тепловой КПД стандартного для воздуха цикла Отто также является функцией степени сжатия и κ.

Когда мы сравниваем их с формулами, можно видеть, что цикл Отто будет более эффективным для данной степени сжатия (CR), чем дизельный цикл. Но дизельные двигатели обычно более эффективны, поскольку они могут работать при более высоких степенях сжатия.

В обычных двигателях Otto степень сжатия имеет свои пределы. Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не превышает 10: 1. Более высокие степени сжатия сделают бензиновые двигатели подверженными детонации, вызванной самовоспламенением несгоревшей смеси, если используется топливо с более низким октановым числом. Риск самовоспламенения топлива минимален, поскольку дизельные двигатели являются двигателями с воспламенением от сжатия и в начале такта сжатия в цилиндре нет топлива.

КПД двигателей на транспорте

  • В середине двадцатого века типичный паровоз имел тепловой КПД примерно 6% . Это означает, что на каждые 100 МДж сожженного угля было произведено 6 МДж механической энергии.
  • Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с тепловым КПД от 25% до 30% .Около 70-75% выбрасывается в виде отработанного тепла без преобразования в полезную работу, то есть работу, передаваемую на колеса.
  • Типичный автомобильный дизельный двигатель работает при от 30% до 35% . В целом двигатели, использующие дизельный цикл, обычно более эффективны.
  • В 2014 году новые правила были введены для автомобилей Формулы 1 . Эти правила автоспорта подтолкнули команды к разработке высокоэффективных силовых агрегатов. Согласно Mercedes, их силовой агрегат теперь достигает более 45% и почти 50% теплового КПД, т.е.е. 45-50% потенциальной энергии топлива передается на колеса.
  • Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех применяемых двигателей внутреннего сгорания. Низкооборотные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% . Самый большой дизельный двигатель в мире — 51,7%.

Среднее эффективное давление — MEP

MEP — полезная мера способности двигателя выполнять работу независимо от рабочего объема двигателя.

Параметр, используемый инженерами для описания характеристик поршневых двигателей, известен как среднее эффективное давление , или MEP . MEP — полезная мера способности двигателя выполнять работу независимо от рабочего объема двигателя. Есть несколько типов MEP. Эти MEP определяются методом измерения и расчета местоположения (например, BMEP или IMEP).

В общем, среднее эффективное давление — это постоянное теоретическое давление, которое могло бы создать ту же сеть, что и в одном полном цикле, если бы оно действовало на поршень во время рабочего хода. MEP может быть определен как:

Например, чистое показало среднее эффективное давление , известное как IMEP n , равно среднему эффективному давлению, рассчитанному на основе давления в цилиндре (должно быть это измерение) за полный цикл двигателя.Обратите внимание, что это 720 ° для четырехтактного двигателя и 360 ° для двухтактного двигателя.

Некоторые примеры:

  • MEP атмосферного бензинового двигателя может находиться в диапазоне от 8 до 11 бар в области максимального крутящего момента.
  • MEP бензинового двигателя с турбонаддувом может составлять от 12 до 17 бар.
  • МЭП атмосферного дизеля может составлять от 7 до 9 бар.
  • MEP дизельного двигателя с турбонаддувом может находиться в диапазоне от 14 до 18 бар

Например, четырехтактный бензиновый двигатель, производящий 200 Н · м на 2 литрах рабочего объема, имеет MEP, равный (4π) (200 Н · м) / (0.002 м³) = 1256000 Па = 12 бар. Как видно, MEP является полезной характеристикой двигателя . Для двух двигателей равного рабочего объема один с более высоким MEP на будет производить на большую сеть и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, на большую мощность .

Дизельный цикл — проблема с решением

pV-диаграмма идеального дизельного цикла

Предположим, что дизельный цикл является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях .Одним из ключевых параметров таких двигателей является изменение объемов между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Соотношение этих объемов ( V 1 / V 2 ) известно как степень сжатия . Кроме того, коэффициент отсечки составляет V 3 / V 2 , что представляет собой соотношение объемов в конце и начале фазы сгорания.

В этом примере предположим, что дизельный цикл со степенью сжатия CR = 20: 1 и коэффициентом отсечки α = 2.Воздух находится под давлением 100 кПа = 1 бар, 20 ° C (293 K), а объем камеры до такта сжатия составляет 500 см3.

  • Удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха при атмосферном давлении и температуре помещения: c p = 1,01 кДж / кг · K.
  • Удельная теплоемкость при постоянном объеме воздуха при атмосферном давлении и температуре помещения: c v = 0,718 кДж / кг · К.
  • κ = c p / c v = 1.4

Рассчитать:

  1. масса всасываемого воздуха
  2. температура T 2
  3. давление p 2
  4. температура
  5. 3
  6. количество тепла, добавляемого за счет сжигания топливовоздушной смеси
  7. тепловой КПД этого цикла
  8. MEP

Решение:

1)

В начале расчетов мы должны определить количество газа в цилиндре перед тактом сжатия.Используя закон идеального газа, мы можем найти массу:

pV = mR specific T

где:

  • p — абсолютное давление газа
  • m is масса вещества
  • T — абсолютная температура
  • V — объем
  • R специфическая — удельная газовая постоянная, равная универсальной газовой постоянной, деленной на газ или смесь молярная масса (M).Для сухого воздуха R удельный = 287,1 Дж. Кг -1 .K -1 .

Следовательно

м = p 1 V 1 / R специфический T 1 = (100000 × 500 × 10 -6 ) / (287,1 × 293) = 5,95 × 10 -4 кг

2)

В этой задаче известны все объемы:

  • V 1 = V 4 = V max
  • = 500 × 10 = 500 × 10 90 -6 м 3 (0.5l)
  • V 2 = V min = V max / CR = 25 × 10 -6 м 3

Обратите внимание, что (V max — V min ) x число цилиндров = общий рабочий объем двигателя

Поскольку процесс является адиабатическим, мы можем использовать следующее соотношение p, V, T для адиабатических процессов:

, таким образом,

T 2 = T 1 . CR κ — 1 = 293. 20 0,4 = 971 K

3)

Опять же, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы найти давление в конце такта сжатия:

p 2 = mR специфический Т 2 / V 2 = 5.95 × 10 -4 x 287,1 x 971/25 × 10 -6 = 6635000 Па = 66,35 бар

4)

Поскольку процесс 2 → 3 происходит при постоянном давлении, уравнение состояния идеального газа дает

T 3 = (V 3 / V 2 ) x T 2 = 1942 K

Для расчета количества тепла, добавляемого при горении топливно-воздушной смеси, Q прибавляем , имеем чтобы использовать первый закон термодинамики для изобарного процесса, который гласит:

Q добавить = mc p (T 3 — T 2 ) = 5.95 × 10 -4 x 1010 x 971 = 583,5 Дж

5)

Тепловой КПД для этого дизельного цикла:

Как было выведено в предыдущем разделе, тепловой КПД дизельного цикла является функцией степень сжатия, степень отсечки и κ:

, где

  • η Дизель — максимальный тепловой КПД дизельного цикла
  • α — коэффициент отсечки V 3 / V 2 (т.е. соотношение объемов в конце и начале фазы сгорания)
  • CR — степень сжатия
  • κ = c p / c v = 1.4

Для этого примера:

η Дизель = 0,6467 = 64,7%

6)

MEP был определен как:

В этом уравнении рабочий объем равен V max — V мин . Чистая работа для одного цикла может быть рассчитана с использованием добавленного тепла и теплового КПД:

W нетто = Q прибавить Отто = 583,5 x 0,6467 = 377,3 Дж

MEP = 377,3 / ( 500 × 10 -6 — 2536 — 25 = 794,3 кПа = 7,943 бар

Усовершенствованные двигатели внутреннего сгорания

Усовершенствованные двигатели внутреннего сгорания

Кристофер Гольденштейн


9 декабря 2011 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2011 г.

Введение

В 2009 году транспортный сектор США потреблено 13.3 миллиона баррелей нефти (558,6 миллиона галлонов) каждый день. Это эквивалентно потреблению почти 1 миллиона галлонов масла каждый раз. 2,5 минуты и составляет 70% от общего количества нефти, потребляемой в США. [1] С национальными целями сокращения выбросов парниковых газов и зависимости по зарубежной нефти очевидно, что повышение эффективности двигатели внутреннего сгорания, используемые в транспортной отрасли, являются целью первостепенное значение. В этой статье основное внимание будет уделено фундаментальной проблеме. ограничение эффективности таких двигателей и обсуждение потенциальный выигрыш в эффективности Воспламенение от однородного заряда от сжатия (HCCI) двигатели и двигатели с импульсной детонацией (PDE) могут привести к транспортная промышленность.

Проблема эффективности

Критика двигателей внутреннего сгорания, в том, что они неэффективны. Например, усовершенствованное внутреннее сгорание двигатели, используемые в современных автомобилях, обладают максимальной тепловой эффективностью. около 35-40% для бензина и 40-45% для дизельного топлива. Массивный судовой дизель двигатели обладают тепловым КПД более 60%, однако эти двигатели в этом отношении исключительны. С учетом сказанного, большинство людей удивляйтесь, почему инженеры не могут разработать гораздо более эффективные двигатели.

Проблема в том, что 2-й закон термодинамика ограничивает эффективность всех двигателей внутреннего сгорания. В 1824 г. Сади Карно показал, что наиболее эффективный цикл для тепловой машины — это тот, который не генерирует энтропию. Самый простой и, пожалуй, самый сбивающее с толку определение энтропии заключается в том, что это метрика для количественной оценки хаос системы, определяемый постоянной Больцмана, умноженной на натуральный логарифм кратности системы. Для макроскопических систем это более уместно рассматривать энтропию как термодинамическую величину, которая описывает энергию, необходимую для организации изолированного, не реагирующего система частиц в их состояние равновесия.В результате любые процесс, который генерирует энтропию, уменьшает количество энергии, которое может быть извлекается из системы как полезная работа. Карно показал, что максимальная КПД такой тепловой машины составляет:

n th = 1 — T C / T H

, где n th — тепловой КПД, T C — температура холодного резервуара и T H — температура горячего резервуара.С типичными двигателями внутреннего сгорания работая в диапазоне от 1750 ° K до 298 ° K, это уравнение утверждает, что максимальный КПД такого двигателя составляет 83%. Вдруг морской дизели с КПД 60% выглядят неплохо.

Предел эффективности Карно представляет собой Святой Грааль конструкции двигателя, и это никогда не будет достигнуто на практике, потому что все двигатели внутреннего сгорания генерируют энтропию за счет трения, химического смешения, тепла перенос через конечные градиенты температуры, и процесс горения Само собой назвать лишь несколько механизмов.С учетом сказанного, цель каждого Разработчик двигателя должен разработать двигатель, который минимизирует энтропию поколение.

Двигатели, борющиеся со вторым законом

Множество различных циклов двигателя, пытающихся уменьшить было предложено генерирование энтропии, однако в данной статье основное внимание уделяется два, которые недавно привлекли внимание в академических кругах и промышленности: HCCI двигатели и ПДД.

HCCI

Двигатели

HCCI — привлекательный тип внутреннего двигатель внутреннего сгорания, который предлагает потенциал для повышения эффективности и снижение выбросов.В этом устройстве топливо и воздух смешиваются при входе цилиндр и сжимают до самовоспламенения. HCCI горение происходит почти мгновенно, так как это ограничено химической кинетикой и не распространение фронта пламени или смешивание топлива с воздухом, как в случае искры зажигаемые (SI) и дизельные двигатели соответственно. В результате двигатели HCCI обычно механически ограничиваются очень бедными смесями (низкие нагрузки) до уменьшить серьезность резкого и быстрого воспламенения.[2]

Поскольку вся смесь воспламеняется почти одновременно, Двигатели HCCI не ограничиваются разрушительным детонацией и могут поэтому работайте с дизельными двигателями с коэффициентами сжатия (CR> 15). [2] Это значительное улучшение конструкции по сравнению с обычными двигателями SI. потому что КПД двигателя увеличивается с увеличением степени сжатия. Например, термический КПД идеального цикла Отто улучшается по сравнению с От 47% до 56% при увеличении степени сжатия с 8 до 15.В кроме того, при работе на обедненной смеси рабочая жидкость в двигателях HCCI имеет более высокий коэффициент удельной теплоемкости, что также приводит к большему тепловому эффективность. Наконец, двигатели HCCI не дросселируют впускную смесь и таким образом, не платите штраф за дросселирование.

PDE

PDE предлагают потенциал в качестве более эффективной силовой установки двигатель для самолета. PDE обычно состоят из детонационной трубы, действующей как камера сгорания, соединенная с каким-либо типом вытяжного устройства (е.г. сопло или турбина). Система искрового зажигания используется для инициирования пламя, которое распространяется вниз по трубе до дефлаграции и детонационный переход (DDT), при котором возникает сверхзвуковая детонационная волна проходит через оставшуюся часть трубки, нагревая и сжимая оставшаяся топливно-воздушная смесь. В результате большая часть топлива загорелся за детонационной волной при повышенной температуре воспламенения и давление. Затем газообразные продукты сгорания с высокой температурой и давлением расширен, чтобы произвести тягу.

Из анализа идеального цикла с учетом калорийности идеальные идеальные газы Roy et al. показал, что воздух-этилен цикл детонации имел тепловой КПД 45,2% по сравнению с 43,5% и 31,5% для цикла Хамфи и Брайтона с одинаковой степенью сжатия. [3] Этот анализ показывает, что цикл PDE может быть на 43% больше эффективнее, чем цикл Брайтона, который представляет собой упрощенный цикл газовой турбины модель. Критики PDE сомневаются, что повышение эффективности предложенные этим элементарным анализом осуществимы, однако, исследователи продолжают изучать эти двигатели.

Выводы

Короче говоря, значительный акцент был сделан на разработка двигателей внутреннего сгорания с повышенным КПД которые потребляют обычное углеводородное топливо. Эти двигатели пытаются свести к минимуму термодинамически необратимые потери, двигатели внутреннего сгорания на протяжении десятилетий. Однако пока эти двигатели имеют потенциал для повышения эффективности, они чрезвычайно сложны. Представленный здесь анализ сильно упрощен и полезен только для понимание основных задействованных принципов.Нюансы, регулирующие процессы зажигания в обоих этих двигателях недостаточно изучены и освоение разработки этих двигателей потребует продвижения в современное понимание материаловедения, турбулентности, квантовой химия и оптическая диагностика для исследования этих двигателей.

© 2011 Кристофер Гольденштейн. Автор дает разрешение на копирование, распространение и отображение этой работы в неизмененном форма, с указанием ссылки на автора, только для некоммерческих целей.Все другие права, включая коммерческие, принадлежат автор.

Список литературы

[1] «Транспорт» Статистический годовой отчет за 2010 г., Министерство транспорта США, 2011.

[2] F. Zhao et al. , ред., Однородный заряд Двигатели с воспламенением от сжатия (HCCI) , (Soc. Automotive Engineers Inc., 2003).

[3] G. D. Roy et al. , «Импульсная детонация «Движение: вызовы, текущее состояние и перспективы на будущее», Prog.Energy Combustion Sci. 30 , 545 (2004).

Стационарные поршневые двигатели внутреннего сгорания

Требуется ли разрешение на установку дизельного двигателя, например генератора?
Применимость разрешения будет зависеть в первую очередь от номинальной мощности двигателя и предполагаемого использования генератора. Чтобы установить неаварийный генератор мощностью более 300 тормозных лошадиных сил, вам необходимо получить разрешение на полеты или изменить существующее разрешение до принятия каких-либо договорных обязательств, взятых на Производственный объект. Только аварийные генераторы обычно не нуждаются в разрешении или изменении разрешения для установки; тем не менее, программы пикового бритья не считаются чрезвычайной ситуацией, и все же есть несколько положений, которые могут применяться независимо от того, требуется ли разрешение. Эти положения и факторы, используемые для определения применимости, более подробно обсуждаются ниже.

Что такое стационарный поршневой двигатель внутреннего сгорания?
Стационарные поршневые двигатели внутреннего сгорания (RICE) — это двигатели, которые используют расширение газов и результирующее повышенное давление от сгорания топлива внутри ограниченного цилиндра (ов) для перемещения одного или нескольких поршней назад и вперед для вращения вала и производить механическую энергию.Механическая энергия может использоваться непосредственно для оборудования, такого как насосы или компрессоры, или может использоваться для питания электрического генератора и производства электроэнергии.

Стационарные поршневые двигатели внутреннего сгорания используют воспламенение от сжатия (CI) или искровое зажигание (SI), чтобы вызвать горение внутри цилиндров. CI RICE обычно работает на дизельном топливе, а SI RICE обычно работает на более легких видах топлива (например, бензине, пропане, природном газе, биогазе и т. Д.). RICE приводит к загрязнению воздуха в результате сгорания топлива, обычно вызывая более высокий уровень загрязнения, чем другие источники сгорания, такие как котлы, из-за более высокого давления внутри RICE и повторяющегося «периодического» сгорания, которое происходит с каждым циклом сгорания, который перемещает поршень ( с).

Чтобы соответствовать определению стационарного RICE в соответствии с правилами штата Вермонт, двигатель должен оставаться на стационарном источнике в течение 12 месяцев подряд или в течение всего сезона эксплуатации у сезонных источников. Федеральные правила отличаются тем, что, если двигатель установлен на шасси, предназначенном для перемещения, будь то его собственная мощность или внешний источник энергии, он считается не стационарным RICE, а скорее внедорожным двигателем.

Как насчет двигателей для дорожных транспортных средств и внедорожных двигателей на моем предприятии?
Дорожная техника (эл.г. грузовые автомобили, автобусы, легковые автомобили и мотоциклы), зарегистрированные для использования на дорогах общего пользования, подпадают под действие отдельных стандартов выбросов от автотранспортных средств и не подпадают под действие каких-либо разрешений на использование стационарных источников, выданных Вермонтом AQCD, и не включаются в них. Внедорожные двигатели (например, локомотивы, морские суда, внедорожные транспортные средства для отдыха, газонная и садовая техника, а также внедорожная строительная техника, включая самосвалы, бульдозеры и переносные генераторы) также подпадают под отдельные стандарты выбросов, но их регулирование является более сложным. .Для любого стационарного источника в Вермонте, необходимого для получения разрешения на выбросы других загрязняющих веществ в атмосферу (см. VAPCR 5-401 для списка источников загрязнения воздуха, требующих разрешения на использование воздуха), выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и использование топлива для любых внедорожных двигателей будут входит в разрешение на авиаперевозку. Основная причина их включения в разрешение на использование воздуха связано с тем, что выбросы от этих двигателей, вероятно, происходят полностью в стационарном источнике, в отличие от транспортных средств на шоссе, которые выбрасывают выбросы на многие мили шоссе.

Однако федеральное определение внедорожных двигателей включает положения, в которых говорится, что эти двигатели станут стационарными источниками в зависимости от того, как они используются. Если внедорожный двигатель остается неподвижным в одном и том же фиксированном месте в течение 12 месяцев подряд или в течение всего сезона эксплуатации с сезонными источниками, он будет считаться стационарным двигателем. Для этого часто используются компрессоры и генераторы.

Выбросы внедорожных двигателей и использование топлива на Производственном объекте будут включены как часть регистрации Объекта и регулируются в разрешении на использование Объекта на воздушное пространство. любые новые стандарты выбросов для двигателей, поскольку внедорожные двигатели уже подпадают под федеральные стандарты выбросов.

Как регулируется стационарный рис?
Есть несколько факторов, которые могут повлиять на то, какие правила применяются к стационарному RICE, например:

  • Номинальная тормозная мощность двигателя,
  • при изготовлении или установке двигателя,
  • независимо от того, расположен ли двигатель в главном источнике или в районе источника,
  • предполагаемое использование двигателя, в том числе когда / где двигатель перемещается (если применимо),
  • и является ли двигатель двигателем с воспламенением от сжатия или искровым зажиганием.Двигатели с искровым зажиганием далее подразделяются по циклам мощности (т. Е. Двухтактный против четырехтактного и «богатое горение» против «обедненное горение»).

Таким образом, перед установкой стационарного RICE вы должны уведомить Отдел разрешений и проектирования AQCD, чтобы убедиться, что вы полностью осведомлены о своих обязательствах по соблюдению требований. Уведомление должно включать следующую информацию: марку, модель, мощность двигателя, мощность генератора в кВт (если применимо), год изготовления двигателя и сертификат выбросов для двигателя.Эта информация доступна на паспортной табличке двигателя, прикрепленной к двигателю, в отличие от паспортной таблички генератора, которая прикреплена к компоненту генератора. К уведомлению должна быть приложена фотография паспортной таблички двигателя, чтобы гарантировать, что вся информация точно собрана и отправлена. Если предполагается использование в качестве аварийного генератора, в уведомлении также должно быть указано, что аварийный генератор должен использоваться только для аварийного использования и что вы знакомы с государственными и федеральными определениями, ограничивающими, какие операции разрешены для аварийных генераторов.Генераторы, которые будут использоваться не в аварийных целях, в том числе для большинства программ сокращения пиковых нагрузок, обычно требуют разрешения или изменения разрешения перед установкой.

Что мне нужно сделать, чтобы получить разрешение на полеты?
Заявление на получение разрешения на строительство должно быть подано с соответствующей пошлиной в AQCD. Разрешение должно быть выдано до того, как заявитель сможет начать строительство объекта. Это потребуется перед установкой или эксплуатацией неаварийного стационарного RICE на объекте.Дополнительную информацию см. На нашей веб-странице, посвященной разрешению на создание руководств по применению. В дополнение к информации, необходимой для подачи заявки на получение разрешения на строительство, пожалуйста, также предоставьте следующие спецификации оборудования и проекты.

Технические характеристики и конструкция оборудования
Пожалуйста, предоставьте следующую информацию в Отдел разрешений и инженерии при подаче заявления на разрешение.

  • Производитель двигателя, Модель №, Серийный №(при наличии), дата изготовления
  • Дата установки:
  • Использование двигателя (аварийный резерв, основное питание, пиковая мощность, использование без генератора (пояснение)):
  • Мощность двигателя (л.с.):
  • Номинальная мощность двигателя (непрерывный / основной / резервный):
  • Мощность генератора (кВт):
  • Рабочая скорость двигателя (об / мин):
  • Тип топлива (дорожное дизельное топливо [бесцветное, без оттенка] / стандартное дизельное топливо [красный оттенок] / природный газ / пропан / бензин / другое):
  • Максимальная скорость сжигания топлива при 100% нагрузке (жидкое топливо [галлоны / час] / газообразное топливо [кубические футы / час]):
  • Конструкция двигателя: количество цилиндров
    • Рабочий объем на цилиндр (кубические дюймы)
    • двухтактный или четырехтактный
    • с турбонаддувом, наддувом или без наддува?
    • с промежуточным или промежуточным охлаждением?
    • метод зажигания [искра или сжатие (дизельный цикл)]:
  • Сертифицирован ли двигатель на соответствие федеральным ограничениям выбросов для двигателей внедорожников согласно 40 CFR Part 89 или Part 1039?
  • Если да, укажите уровень сертификации двигателя и год сертификации (т. Е.год соответствия стандартам, по которым он сертифицирован):
  • Будет ли использоваться расслоенный заряд или замедление двигателя?
  • Будет ли двигатель использовать катализатор для борьбы с загрязнением воздуха?
  • Будет ли двигатель оборудован уловителем частиц дыма для уменьшения выбросов твердых частиц?
  • Производитель генератора, Модель №, Серийный № (при наличии)
  • Мощность генератора (кВт): основная мощность и / или резервная мощность
  • Химия выхлопных газов (при наличии)

Государственные правила для генераторов
Освобождение от государственных разрешений на аварийные генераторы распространяется только на аварийных генераторов, только генераторов и только в том случае, если совокупная мощность этих двигателей-генераторов на всем объекте составляет менее 2000 л.с.Вермонтское определение только для аварийного использования допускает неограниченную работу во время аварийных событий вне контроля предприятия, а также до 100 часов в год на плановые испытания и техническое обслуживание. Только в соответствии с определением штата Вермонт, аварийные события также включают работу в рамках программ реагирования на чрезвычайные ситуации ISO Новой Англии или местных энергетических компаний. Эти программы используются для обеспечения надежности электросети в периоды чрезвычайно высокого потребления электроэнергии и реализуются только после того, как будут выполнены отключения электроэнергии.Эти программы очень ограничены и не включают в себя большинство программ пиковых значений или сброса нагрузки, используемых для снижения потребления электроэнергии, когда затраты на электроэнергию высоки, но надежность сети не находится под угрозой. В случае сомнений вам следует связаться с вашей энергетической компанией и в Отдел разрешений и инжиниринга AQCD, чтобы подтвердить, соответствует ли программа требованиям. Даже если ваш аварийный генератор имеет право на освобождение от разрешений, он не может быть освобожден от соблюдения минимальных стандартов выбросов. Если двигатель мощностью 450 л.с. или больше и установлен после 1 июля 2007 года, он должен как минимум соответствовать федеральным стандартам EPA Tier 2 на выбросы загрязняющих веществ для внедорожных двигателей 40 CFR Part 89 или аналогичным.Сюда входят двигатели, которые будут использоваться для аварийного резервного копирования. Эффект этого правила заключается в том, что многие старые несовместимые двигатели не могут быть установлены в Вермонте. Большинство существующих аварийных генераторов, установленных до этой даты, было разрешено использовать только в аварийных ситуациях. Если ваш двигатель имеет мощность 450 л.с. или больше, вам необходимо будет предоставить документацию в Отдел разрешений и проектирования AQCD о том, что предлагаемый двигатель соответствует требованиям, прежде чем устанавливать двигатель.

Федеральные правила для генераторов
Федеральное агентство по охране окружающей среды США имеет два правила, касающихся загрязнения воздуха, которые могут применяться к вашему генератору.Один применяется к новым двигателям, а другой — к существующим. Оба позволяют аварийным генераторам работать неограниченное количество часов в аварийных ситуациях и до 100 часов в год для проверок технического обслуживания и проверки готовности, но оба имеют более строгие требования к работе в рамках программ реагирования на аварийные ситуации.

Точное применение этих правил очень сложно для двигателей, установленных в переходный период 2005-2007 гг. Одно правило применяется к новым двигателям 2007 модельного года и новее, а также к двигателям, заказанным после 11 июля 2005 года, которые были изготовлены (не установлены) после 1 апреля 2006 года, а другое — к существующим двигателям, установленным до 12 июня 2006 года.Применимость к этим правилам в переходный период не безупречна, и двигатель может подпадать под действие одного, обоих или ни одного из правил.

Краткое изложение этих правил приводится ниже. Поскольку Вермонт не принял на себя делегирование этих правил, Агентство по охране окружающей среды США является исполнительным органом и несет ответственность за определение применимости и выполнения этих правил. Для получения дополнительной информации обратитесь непосредственно в Агентство по охране окружающей среды США и на их веб-сайт.

Part 60 Subpart IIII
Настоящие правила применяются к более новым двигателям, включая аварийные генераторы, примерно 2007 модельного года и новее. За некоторыми исключениями, этот регламент для стационарных двигателей по существу указывает на стандарты выбросов для внедорожных двигателей, содержащиеся в 40 CFR Part 89 и 1039. Его требования относятся, прежде всего, к производителю двигателей, который должен производить двигатели, соответствующие все более строгим стандартам выбросов для новых моделей. годы.Стандарты выбросов различаются в зависимости от года выпуска, размера двигателя и в некоторых случаях предполагаемого использования двигателя. Хотя большинство двигателей, произведенных после 2014 года, должны соответствовать стандартам выбросов Tier 4, которые требуют передовых средств контроля выбросов оксидов азота, включающих катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) и впрыск жидкости для выхлопных газов дизельных двигателей (DEF) 1 , некоторые двигатели производятся и сегодня. в соответствии с менее строгими стандартами выбросов, если они предназначены для , только для аварийного использования или для больших (> 750 л.с.) приложений, не связанных с генераторными установками.Если двигатель сертифицирован только для аварийного использования , оператор должен ограничить его работу только для аварийного использования. На этикетке сертификации выбросов двигателя будет указано, ограничены ли для двигателя такие ограничения. Перед покупкой любого двигателя убедитесь, что он предназначен только для аварийного использования. Такие двигатели никогда не могут быть использованы или переведены на неаварийную работу в любой момент в будущем. Независимо от уровня сертификации выбросов двигателя, оператор двигателя должен использовать только топливо ULSD и должен обслуживать двигатель в соответствии с рекомендациями производителя и в соответствии с надлежащими методами контроля загрязнения воздуха для минимизации выбросов.

Если вы планируете использовать биодизельное топливо, обратите внимание, что должны выполняться все из следующих условий:

  • Биодизель соответствует требованиям к топливу 40 CFR 60.4207 (b),
  • Гарантия производителя двигателя на двигатель (включая системы контроля выбросов) включает использование биодизеля (или смеси биодизеля), используемого в двигателе, и
  • Биодизель соответствует стандарту ASTM D6751.

1 Для стационарных двигателей, изготовленных и помеченных как , используйте только аварийный , Подчасть IIII не требует, чтобы они соответствовали последним (Уровень 4) стандартам выбросов, установленным для внедорожных двигателей в 40 CFR Part 89 и 1039.Для таких стационарных двигателей в аварийных ситуациях разрешено использовать только двигатели с маркировкой , которые соответствуют требованиям уровня 3 для двигателей мощностью менее 750 л.с. и уровня 2 для двигателей мощностью более 750 л.с. Кроме того, для внедорожных двигателей мощностью более 750 л.с. (560 кВт), которые не являются компонентом генераторной установки, стандарты выбросов Tier 4, вероятно, могут быть выполнены без необходимости в катализаторе селективного каталитического восстановления (SCR) и впрыскивании дизельного топлива. выхлопная жидкость (DEF).

Часть 63 Подчасть ZZZZ
Настоящие правила применяются к существующим двигателям, установленным до ~ 12 июня 2006 г., и его требования относятся в основном к предприятиям, эксплуатирующим двигатель.Требования различаются в зависимости от размера и использования двигателя. Аварийные генераторы на жилых / коммерческих / институциональных объектах, но не на промышленных объектах, не облагаются налогом. Федеральное определение экстренной операции не соответствует определению штата и является предметом текущих судебных разбирательств. В настоящее время двигатели , предназначенные только для аварийного использования, могут эксплуатироваться не в рамках программы реагирования на чрезвычайные ситуации ISO Новой Англии. Допускается некоторая неаварийная операция, но такая операция не может использоваться для снижения пиковых нагрузок или реагирования на неаварийный спрос или для получения дохода для объекта, за исключением случаев, разрешенных в настоящее время в (f) (4) (ii), которые по-прежнему допускают до 50 часов реакции на «местный» спрос.Вам следует напрямую проконсультироваться с нормативными актами и EPA, чтобы убедиться, что вы соблюдаете эти положения, если вы намереваетесь использовать двигатель для любых неаварийных программ или программ реагирования на запросы.

Аварийные генераторы на промышленных объектах и ​​неаварийные двигатели мощностью менее 300 л.с. должны устанавливать счетчик отработанного времени (аварийные устройства), менять масло и фильтр каждые 500 часов (аварийные устройства) или 1000 часов (неаварийные устройства) работы, но не реже одного раза в год, проверяйте воздушный фильтр двигателя каждые 1000 часов работы, но не реже одного раза в год, проверяйте шланги и ремни двигателя каждые 500 часов, но не реже одного раза в год, и ведите соответствующие записи.В неаварийных двигателях мощностью 300 л.с. и выше должен быть установлен катализатор окисления для снижения выбросов монооксида углерода, должно использоваться только топливо ULSD и двигатель должен обслуживаться в соответствии с рекомендациями производителя и в соответствии с надлежащей практикой контроля загрязнения воздуха для минимизации выбросов, включая ограничение времени работы на холостом ходу.

Какие еще разрешения или требования могут быть применимы к моему проекту?
Управление по оказанию помощи в области охраны окружающей среды Департамента охраны окружающей среды имеет специалистов по разрешениям, которые могут оказать помощь в определении того, какие другие государственные разрешения или программы могут быть применимы к вашему проекту.Дополнительную информацию об этой услуге можно найти на следующем веб-сайте: http://dec.vermont.gov/environmental-assistance/permit

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *