Двигатель внутреннего сгорания — презентация онлайн
Похожие презентации:
Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов
Газовая хроматография
Геофизические исследования скважин
Искусственные алмазы
Трансформаторы тока и напряжения
Транзисторы
Воздушные и кабельные линии электропередач
Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса
Магнитные аномалии
Нанотехнологии
1. Проектная Работа по Физике на тему Двигатель внутреннего сгорания
Подготовил:Дзюбан Алексей
ученик 8 В класса
МБОУ СОШ №8
Учитель: Ткачёва Ю.А.
2. Общий вид
3. Содержание:
ВведениеДВС
История изобретения
Виды ДВС
Устройство и принцип действия четырёхтактного ДВС
Устройство и принцип действия двухтактного ДВС
Сравнительная характеристика четырёхтактного и
двухтактного двигателей
Применение ДВС
ДВС и загрязнение окружающей среды
Введение
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. Рассмотрим один из примеров использования превращения
внутренней энергии названных тел в механическую энергию.
Цели, задачи.
Я поставил перед собой задачу изучить историю создания и развитие
двигателей внутреннего сгорания. Подробнее изучить строение и
разновидности двигателей внутреннего сгорания. Рассмотреть
принцип работы двигателей внутреннего сгорания.
Актуальность.
Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели
внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества.
5. Описание ДВС
Двигатель внутреннего сгорания (сокращённоДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в
которой химическая энергия топлива (обычно
применяется жидкое или газообразное
углеводородное топливо), сгорающего в
рабочей зоне, преобразуется в механическую
работу.
Несмотря на то, что ДВС относятся к
относительно несовершенному типу тепловых
машин (сильный шум, токсичные выбросы,
небольшой ресурс), благодаря своей
автономности (используемое топливо содержит
гораздо больше энергии, чем лучшие
электрические аккумуляторы) ДВС очень
широко распространены, например в
транспорте.
Роторно-поршневой ДВС
Развитие техники зависит от умения использовать
громадные запасы внутренней энергии,
содержащиеся в топливе.
Использовать внутреннюю энергию – значит
совершить за счёт неё полезную работу, например
поднять груз, перевезти вагоны и
т. д. То есть внутреннюю энергию необходимо
превратить в механическую.
7. Жан Этьен Ленуар
ЛЕНУАР ЖАН ЭТЬЕН (Lenoir Jean Etienne) французский изобретатель. Родился 12 января1822 г. в Бельгии (по другим данным в
Люксембурге).
В 1957-1958 гг. изобретатель собрал свой
двигатель. Его мощность составляла 1,5 л.с.
при 1000 об/мин. К.
п.д. этого двигателя былавсего 4%. Он работал на каменноугольном
газе в трехтактном режиме.
В январе I860 г. он получил патент на
собственный двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель имел большой коммерческий
успех. Было построено около 500 двигателей
Ленуара.
Ленуар умер 4 августа 1900 г.
Двигатель
Ленуара
8. Двигатель Ленуара
9. Отто Николаус Август
•Отто(Otto) Николаус Август родился
10.06.1832, в Хольцхаузен,
•Немецкий конструктор и предприниматель.
•После окончания в 1848 училища занялся
коммерческой деятельностью.
•В 1867 (совместно с немецким инженером Э.
Лангеном) разработал атмосферный двигатель,
•В 1876, использовав идею 4-тактного цикла со
сжатием, высказанную французским
инженером А. Бо де Роша (1862)
•Сконструировал более совершенный 4тактный газовый двигатель. В 1884 предложил
электрическое зажигание, что позволило
применить для двигателя жидкое топливо.
10.
Виды ДВС1.2.
3.
4.
По смесеобразованию:
1. С внешним смесеобразованием – карбюраторные и газовые
2. С внутренним смесеобразованием — дизели
По способу воспламенения смеси:
1. От искры — карбюраторные
2. От сжатия — дизели
По числу тактов рабочего цикла:
1. Четырёхтактные
2. Двухтактные
3.Шеститактные
По способу охлаждения:
1. Жидкостные
2. Воздушные
По числу цилиндров:
1. Рядные
2. V- образные
По типу используемого топлива делятся на:
Бензиновые
Дизельные
Газовые
Газодизельные
11. Бензиновые
Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе идалее во впускном коллекторе, или во впускном
коллекторе при помощи распыляющих форсунок
(механических или электрических), далее смесь подаётся
в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи
искры, проскакивающей между электродами свечи.
Основная характерная особенность топливо-воздушной
смеси в этом случае — её гомогенизированность.
Чемболее однородной по составу является смесь, тем более
качественно идёт процесс сгорания. Также существует
способ смесеобразования путем непосредственного
впрыска бензина в цилиндр при помощи распыляющих
форсунок. Смесь в этом случае готовится
непосредственно в цилиндре и не является
гомогенизированной.
12. Дизельные
Специальное дизельное топливо впрыскивается вцилиндр под высоким давлением. Горючая смесь
образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в
цилиндре по мере впрыска порции топлива.
Воспламенение смеси происходит под действием
высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в
цилиндре.
13. Газовые
Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды,находящиеся в газообразном состоянии при нормальных
условиях:
Смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под
давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в
испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси
ступенчато теряет давление в газовом редукторе до
близкого атмосферному, и всасывается двигателем во
впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель
или впрыскивается во впускной коллектор посредством
электрических форсунок.
Зажигание осуществляется припомощи искры, проскакивающей между электродами
свечи.
14. Газодизельные
Основная порция топлива приготавливается, как водной из разновидностей газовых двигателей, но
зажигается не электрической свечой, а запальной
порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр
аналогично дизельному двигателю.
15. Общее устройство ДВС
16. Схема работы четырехтактного цилиндра двигателя.
1.впуск
Поршень опускается, и смесь топлива и воздуха
засасывается
в цилиндр
2. Сжатие
поршень поднимается и сжимает топливо и
воздух. Смесь разогревается
3. Рабочий ход
Искра от свечи поджигает смесь. Газ
расширяется и толкает поршень вниз.
Именно на этом такте производится
механическая энергия
4. Выпуск
Поршень вновь поднимается и выталкивает
продукты горения — выхлопные газы
17. Двухтактный двигатель
Поршневой двигатель внутреннегосгорания в котором рабочий процесс в
каждом из цилиндров совершается за
один оборот коленчатого вала, то есть
за два хода поршня.
Такты сжатия ирабочего хода в двухтактном двигателе
происходят так же, как и в
четырехтактном, но процессы очистки
и наполнения цилиндра совмещены и
осуществляются не в рамках отдельных
тактов, а за короткое время, когда
поршень находится вблизи нижней
мертвой точки, с помощью
вспомогательного агрегата —
продувочного насоса.
18. Практическая часть
Это двухтактный двигать от бензопилы. Я решилиспользовать его для изучения. Но его пришлось от
дефектовать и отремонтировать что бы привести его в
надлежащее состояние. Так же пришлось придумать
кронштейн под бак.
19. Немногие знают
двигательПреимущества
недостатки
Двухтактный
Все рабочие циклы
происходят в течение
одного оборота
коленвала за два
основных такта.
Повышенные обороты
коленчатого вала.
Недостатком являются высокая
термическая нагруженность
поршневой группы, снижающая
надёжность двигателя, и
сложность осуществления
продувки.
четырехтактный
•экономичность расхода Уступают по количеству оборотов
топлива
коленчатого вала двухтактным.
•Надежность
•простота
обслуживания
•четырехтактный
двигатель работает
тише и устойчивей.
20. Применение ДВС
ДВС ШИРОКО ПРИМЕНЯЮТСЯ В ЛЮБЫХ ВИДОВАВТОМОБИЛЕЙ, КОРАБЛЕЙ, САМОЛЕТОВ И ТД.
21. ДВС и загрязнение окружающей среды
ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЫХМАШИН НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ СВЯЗАНО
С ДЕЙСТВИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ.
-ВО-ПЕРВЫХ, ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА
ИСПОЛЬЗУЕТСЯ КИСЛОРОД ИЗ АТМОСФЕРЫ,
ВСЛЕДСТВИЕ ЧЕГО СОДЕРЖАНИЕ КИСЛОРОДА
В ВОЗДУХЕ ПОСТЕПЕННО УМЕНЬШАЕТСЯ.
-ВО-ВТОРЫХ, СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
СОПРОВОЖДАЕТСЯ ВЫДЕЛЕНИЕМ В
АТМОСФЕРУ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА.
-В ТРЕТЬИХ, ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЯ И НЕФТИ
АТМОСФЕРА ЗАГРЯЗНЯЕТСЯ АЗОТНЫМИ И
СЕРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ, ВРЕДНЫМИ ДЛЯ
ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА. А АВТОМОБИЛЬНЫЕ
ДВИГАТЕЛИ ЕЖЕГОДНО ВЫБРАСЫВАЮТ В
АТМОСФЕРУ ДВЕ-ТРИ ТОННЫ — СВИНЦА.
Выхлопные газы и
уменьшение последствий
их воздействий на
окружающую среду.
23. Заключение
Открытие двигателя внутреннего сгорания оказало большое влияниена развитие многих отраслей промышленности, сельского хозяйства и
науки. И пускай проходит эра двигателей внутреннего сгорания, пусть
у них есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не
загрязняющие внешнею среду и не использующие функцию теплового
расширения,но первые ещё долго будут приносить людям пользу, и
люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо
человечество поднялось еще выше.
В результате реализации проекта я выяснил, что возникает много
конструктивных, технических и экологических проблем при
использовании ДВС, но и отказаться от их использования мы тоже не
можем. Так как во всех отраслях народного хозяйства, да и нашего
быта без ДВС на просто не обойтись, значит решать проблемы
необходимо,и они обязательно будут решены.
English Русский Правила
Анализ конструктивных решений по созданию транспортной энергоустановки на базе свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания
В настоящей статье проведен анализ существующих конструктивных решений, используемых при создании транспортной энергоустановки на базе свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания.
Определена оптимальная кинематическая схема энергоустановки, наиболее эффективная конструкция теплового двигателя и нагружающего устройства, а также предъявлены требования к вспомогательным системам и агрегатам.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, кривошипно-шатунный механизм, свободнопоршневой двигатель, энергоустановка, линейный генератор
Введение
Основным источником энергии как на автомобильном транспорте, так и в малой энергетики в настоящее время остаются тепловые двигатели, основным конструктивным узлом в которых является кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Устойчивую позицию этим двигателям обеспечивают распространенность используемого топлива, преимущественно нефтяного происхождения, высокая технологичность конструкции и, как следствие, доступная стоимость изготовления, относительно не высокие эксплуатационные расходы, ресурсные параметры, а также относительно неплохие показатели энергоэффективности и экологичности.
Современные тепловые двигатели вплотную приближаются к границе своего технического совершенства, а применяемые конструктивные и прочие мероприятия, становясь все более изощреннее, в конструктивном смысле, и дороже, приносят все менее ощутимый эффект. Вполне обоснованно можно предположить, что в ближайшие десятилетия дальнейшее совершенствование традиционных тепловых двигателей будет уже экономически нецелесообразно, т. к. будет пройден тот рубеж, при переходе через который стоимость изготовления, а также дальнейшей эксплуатации и обслуживания превысят экономическую выгоду от снижения расхода топлива, которую смогут обеспечить внедряемые технические решения, а единственным стимулом, оправдывающим усложнение конструкции двигателей и энергоустановок в целом, будет снижение эмиссии вредных веществ.
Все это предопределяет необходимость поиска свежих идей в области создания альтернативных конструкторских решений и новых типов двигателей, которые позволят поднять показатели тепловых двигателей на новую ступень, при этом сохранив рациональность их использования в автотранспортных средствах и малой энергетике.
Одним из таких решений, набирающим популярность в последнее десятилетие, является использование свободнопоршневых кинематических схем в тепловых двигателях, позволяющих получать механическую энергию, произведенную в результате сжигания топлива, непосредственно с рабочего поршня. Причины возобновления интереса научной общественности к данному направлению кроются в ряде преимуществ, которыми обладают свободнопоршневые (СП) тепловые двигатели в сравнении с традиционными двигателями, у которых тепловая энергия передается от поршня через кривошипно-шатунный механизм на вращающийся коленчатый вал двигателя. В частности, можно отметить, что свободнопоршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) превосходят кривошипно-шатунные аналоги по материалоемкости, технологичности и стоимости изготовления, массогабаритным параметрам, ресурсу, показателям удельного эффективного расхода топлива при низких требованиях, предъявляемых к используемому топливу, а также по уровню эмиссии вредных веществ [5].
В ходе проведения исследований одной из поставленных задач являлось формирование технического облика автотранспортной энергоустановки на базе СП ДВС.
Обзор ианализ существующих конструктивных решений
Очевидно, что на транспорте СП ДВС целесообразнее использовать в составе гибридной энергоустановки [6], а также в роли основной составляющей «увеличителя пробега» (в переводе с англ. «range extender») электромобилей [7] совместно с линейным генератором для выработки электроэнергии, которая в последствии должна использоваться для привода автомобиля и питания бортовых систем, а не в качестве движителя транспортного средства. В ходе сравнения существующих видов и концепций энергоустановок на базе СП ДВС, основанного на анализе современных научно-технических источников, были сделаны следующие выводы:
1) Наиболее предпочтительным по энергетическим показателям для СП ДВС является двухтактный рабочий процесс.
Применение четырехтактного рабочего процесса для СП ДВС нецелесообразно в виду значительного снижения эффективности за счет большего числа преобразований энергии для реализации четырех рабочих тактов, а так же в связи с проблемами, связанными с неравномерностью работы установки, усложнения конструкции двигателя и потенциального увеличения его стоимости.
2) Важным вопросом при создании СП ДВС является выбор кинематической схемы с точки зрения количества, вида связи и взаимного направления перемещения рабочих поршней.
Применение компоновок с отдельной камерой сгорания для каждого рабочего поршня, в т. ч. одноцилиндровых или двух цилиндровых конструкций, но с жестко связанными поршнями, осложняется за счет неуравновешенности сил инерции, вследствие чего при работе двигателя будут возникать повышенные вибрации. Использование данных кинематических схем возможно при модульном подходе в создании энергоустановок, предусматривающим наличие четного числа СП ДВС, работающих в противофазе, и тем самым обеспечивающих взаимное уравновешивание, однако в данном случае могут возникнуть сложности с обеспечением их синхронизации.
Наиболее оптимальной кинематической схемой для СП ДВС, представленной на рисунке 1, является конструкция с двумя противоположно движущимися поршнями, объединенными общим цилиндром.
Рис. 1. Кинематическая схема СП ДВС с противоположно движущимися поршнями
Применение такого технического решения позволяет избавиться от вибраций за счет компенсации инерционных нагрузок при сохранении приемлемых массогабаритных показателей.
3) В качестве нагружающего устройства для СП ДВС в транспортной энергоустановке наиболее подходят асинхронные линейные машины на постоянных магнитах из редкоземельных металлов [8] за счет простоты конструкции, высокой эффективности, низкого уровня тепловых потерь, хороших динамических показателей и высокой точности позиционирования. Учитывая вышеописанную схему СП ДВС, основанную на двух противоположно движущихся поршнях, очевидно, что конструкция энергоустановки должна включать в себя две линейные электромашины, подвижные части которых жестко связаны с рабочими поршнями.
4) Результаты динамического анализа [9] показали, что для оптимизации энергоэффективных и массогабаритных показателей в состав энергоустановки на базе СП ДВС целесообразно ввести пневматические пружины, поршни которых жестко связаны с рабочими поршнями СП ДВС и подвижными частями электромашин (см. рисунок 2), выполняющие роль, во-первых, накопителей кинетической энергии, необходимой для возврата поршней в верхнюю мертвую точку для сжатия свежего заряда на каждом последующем такте, а во-вторых, дополнительного источника механической энергии для обеспечения работы линейных электрических машин в режиме генератора на всех тактах работы СП ДВС. Такой подход позволяет существенно минимизировать размеры подвижных частей линейных электромашин при значительном снижении инерционных нагрузок в системе.
Рис. 2. Схема энергоустановки на базе СП ДВС
Стоит отметить, что при выборе геометрических параметров пневмопружин необходимо искать компромисс между диаметром поршней и рабочим давлением.
Увеличение диаметра, безусловно, позволяет понизить величину рабочего давления внутри пневмопружин, тем самым снижая требования к конструкционным параметрам их деталям, однако негативно сказывается на габаритных показателях энергоустановки в целом. Применение дополнительного жидкостного охлаждения позволяет нивелировать негативное влияние повышенного давления за счет понижения рабочей температуры в пневмопружинах.
5) Особое внимание при создании энергоустановок с СП ДВС необходимо уделить вопросу организации газообмена в двигателе. Процесс газообмена в свободнопоршневом двигателе целесообразнее осуществлять по двухтактной схеме через впускные и выпускные окна, поэтому рассмотрим подробнее различные методы организации продувки для данного типа двигателей и определим оптимальный из них.
Для свободнопоршневого двигателя аналогом кривошипно-камерной продувки является запоршневое пространство. Применение продувки посредством запоршневого пространства осложняется тем, что в нём должна осуществляться смазка цилиндропоршневой группы, при этом часть масла неизбежно будет попадать в рабочий цилиндр двигателя вместе с продувочным воздухом и сгорать вместе с топливовоздушной смесью, что негативно повлияет на экологические показатели СП ДВС.
Другим вариантом газообмена является установка дополнительной продувочной камеры, которая будет обеспечивать продувку, но ее наличие будет увеличивать габаритные размеры двигателя. Оба указанные варианты имеют недостаток, свойственный всем классическим двухтактным двигателям, который заключается в том, что при газообмене кривошипно-камерной продувкой возникают проблемы с высоким процентом остаточных газов, кроме того, такая продувка не позволяет эффективно применять наддув.
Улучшение процесса газообмена может быть обеспечено за счет применения выпускных клапанов в системе газообмена двигателя по аналогу прямоточно-клапанной продувки цилиндра. Применение такой схемы позволяет управлять моментом закрытия выпускного клапана, что позволяет избежать выброса топливовоздушной смеси в выпускной коллектор, тем самым снизить расход топлива, а также позволяет эффективно использовать системы наддува и повысить мощность. Однако, применение клапанов в системе газообмена свободнопоршневого двигателя затруднено отсутствием вращающихся узлов, необходимых для привода кулачкового механизма, и невозможно без использования отдельных приводных агрегатов.
Современный уровень развития электротехники и систем управления позволяет применить индивидуальный электромагнитный привод клапанов, но стоит учитывать, что его интеграция в двигатель принесет и ряд недостатков, к которым, например, можно отнести большие энергозатраты на электропривод и проблему обеспечения безударной посадки клапана в седло.
Учитывая тот факт, что концепция свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания не предусматривает наличие вращающихся элементов, которые могли бы обеспечить привод механизма газораспределения аналогично традиционным двигателям с КШМ, наиболее технологичным способом организации газообмена остается использование прямоточно-щелевой продувкой, схема которой представлена на рисунке 3. В данной схеме один поршень перекрывает выпускные окна, а второй продувочные.
Рис. 3. Прямоточно-щелевая схема газообмена в СП ДВС с противоположно движущимися поршнями
Применение прямоточно-щелевой продувки, предусматривающей наличие системы наддува, компрессора или продувочного насоса, позволяет производить качественную продувку цилиндра, за счет чего снижается коэффициент остаточных газов и повышается эффективность двигателя.
Естественно, такая схема не лишена недостатков. Одним из них является снижение действительной степени сжатия за счет расположения окон возле НМТ, что обязательно должно учитываться при моделировании процессов в СП ДВС. Также стоит отметить, что данная концепция газообмена существенно ограничит возможность регулирования процесса наполнения свежим зарядом и отвода отработавших газов в ходе работы двигателя, однако, учитывая специфику применения СП ДВС для работы в составе автомобильной энергоустановки, которой характерны квазистационарные режимы, это техническое решение позволит достичь требуемых энергоэффективных показателей двигателя при значительном упрощении его конструкции и повышении надежности. Для повышения эффективных показателей СП ДВС целесообразно организовать продувку посредством турбокомпрессора, приводимого кинетической энергией отработавших газов.
6) Рассматривая проблему организации смазки в СП ДВС, можно отметить, что применение в свободнопоршневых двигателях смазки путем разбавления топлива маслом, характерной для двухтактных двигателей, неэффективно, так как это возможно только при использовании продувки запоршневым пространством, кроме того такая организация смазки приводит к росту концентрации вредных веществ, выбрасываемых двигателем в атмосферу.
Стоит также отметить снижение потребительских и эксплуатационных показателей ДВС с описанной организацией системы смазки вследствие необходимости подготовки бензо-масляной смеси в процессе каждой заправки топливом.
Применение классической комбинированной системы смазки, характерной для четырехтактных двигателей, в свободнопоршневом двигателе осложнено наличием в зоне хода компрессионных и маслосъемных (в некоторых случаях) колец органов газообмена, поэтому разработка системы смазки требует особого внимания. Одним из перспективных на сегодняшний день технических решений, позволяющих повысить экономические, экологические и ресурсные показатели ДВС, является совместное использование комбинированной системы смазки пониженной производительности и твердых смазочных покрытий, наносимых на детали трения [10, 11].
7) При создании энергоустановок на базе СП ДВС, учитывая характер тепловыделения в таких двигателях, которым свойственны большая скорость и величина тепловыделения в сравнении с кривошипно-шатунными ДВС (см.
рисунок 4), вопрос правильной организации охлаждения деталей двигателя играет важное место. Ситуацию усугубляет также необходимость минимизации массы всех подвижных частей двигателя, в т. ч. рабочих поршней, в угоду снижения инерционных нагрузок, что предъявляет повышенные требования к отводу тепла от нагревающихся деталей, учитывая повышенную теплонапряженность двухтактного двигателя.
Для свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания в составе энергоустановки предпочтительно использование жидкостной системы охлаждения с регулируемой производительностью и независимым электроприводом, которая позволит точно регулировать температурный режим двигателя вне зависимости от параметров окружающей среды, а также даст возможность в перспективе повысить энергоэффективность энергоустановки в целом путем реализации различных мероприятий по утилизации тепловой энергии, в том числе отводимой в систему охлаждения [13, 14, 15] и с отработавшими газами [16, 17, 18], в том числе, используемыми в системе рециркуляции отработавших газов.
Рис. 4. График скорости тепловыделения [12]: 1 — свободнопоршневой двигатель; 2 — обычный дизельный двигатель
8) Учитывая целесообразность реализации двухтактного рабочего цикла в СП ДВС, для обеспечения в нем лучшей топливной экономичности и высоких экологических показателей необходимо использовать систему непосредственного впрыска топлива, которая позволит обеспечить точное дозирование цикловой подачи топлива и исключить выброс топлива в выпускной коллектор в процессе продувки цилиндра.
Выводы
В настоящей статье проведен сравнительный анализ конструктивных параметров основных элементов и сформирован технический облик транспортной энергоустановки на базе свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания. Объединение предложенных технических решений позволит обеспечить оптимальное сочетание экологических, энергоэффективных и многих эксплуатационных показателей при интеграции свободнопоршневого двигателя в состав транспортного средства.
Статья подготовлена в рамках проведения НИР по теме «Разработка научных основ и практических способов совершенствования показателей свободнопоршневых тепловых двигателей для транспортных и стационарных энергоустановок» в рамках стипендии Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики, регистрационный номер СП-264.2015.1 при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.
Литература:
1. Хрипач Н. А., Лежнев Л. Ю., Папкин Б. А., Шустров Ф. А., Татарников А. П., Тингаев Н. В. Анализ конструкций, обеспечивающих максимальную термодинамическую эффективность поршневых двигателей//Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал. -М.: МГТУ «МАМИ», 2012. — № 2 (14). -Т. 1 -С. 360–367.
2. Петриченко Д. А., Хрипач Н. А., Лежнев Л. Ю., Папкин Б. А., Шустров Ф. А., Татарников А. П. Использование многопараметрической нейросетевой модели управления энергоустановками на базе двигателя внутреннего сгорания.
Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. Т. 1. № 1. — 81 с.
3. Лежнев Л. Ю. Улучшение топливно-экономических и экологических показателей ДВС в составе комбинированных энергетических установок автотранспортных средств. Дисс. на соиск. Ученой степени канд. техн. наук — М: НАМИ, (2005) — 134с.
4. Лежнев Л. Ю., Иванов Д. А. Способы повышения энергоэффективных показателей двигателей с внешним подводом теплоты, работающих в составе установок автономного энергоснабжения//Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5; URL: www.science-education.ru/111–10139.
5. Шустров Ф. А. и др. Оценка эффективности использования свободнопоршневых тепловых двигателей в составе транспортных и стационарных энергоустановок. / Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 10–3. С. 449–453.
6. Лежнев Л. Ю., Минкин И. М. АТС с комбинированной энергетической установкой//Автомобильная промышленность. 2003. — № 11 — С.
15–17.
7. Эйдинов А. А., Каменев В. Ф., Лежнев Л. Ю. Электромобили и автомобили с КЭУ//Автомобильная промышленность. 2002, № 11.
8. Goncharov V. I., Ezhov E. V., Chirkin V. G., Shirinsky S. V., Petrichenko D. A. Linear Alternator with Reciprocating Mover: Review of Designs and Machine Types. Biosciences Biotechnology Research Asia, 2015, Vol. 12(Spl. Edn. 2), pp. 409–418.
9. Petrichenko D., Tatarnikov A., Papkin I. Approach to Electromagnetic Control of the Extreme Positions of a Piston in a Free Piston Generator. Modern Applied Science. Vol. 9, No. 1, 2015, pp. 119–128.
10. Nikolay Khripach, Leonid Lesnevskiy, Maxim Lyahovetskiy, Alexander Troshin. Potential of Microarc Oxidation for Implementation of Dry Friction and Boundary Lubrication Modes in Free-piston Internal Combustion Engines. International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973–4562 Volume 10, Number 20 (2015), pp 40956–40964.
11. L. N. Lesnevskiy, L. Yu. Lezhnev, M.
A. Lyakhovetskiy,A. E. Troshin, P. V. Gavrilov, and A. M. Ushakov. Inorganic Solid Lubricating Coatings for Heat Engines and Power Plants. Journal of Machinery Manufacture and Reliability, 2015, Vol. 44, No. 5, pp. 455–463.
12. R. Mikalsen, A. P. Roskilly «A Review of Free-Piston Engine History and Applications», Applied Thermal Engineering, Vol. 27, № 14–15, 2007.
13. Nikolay Anatolyevich Khripach, Viktor Sergeyevich Korotkov and Igor Arkadyevich Papkin. Thermoelectric cooling system for internal combustion engine. Part 1: development of the technical aspects. International Journal of Applied Engineering Research, ISSN 0973–4562, Volume 11, Number 15 (2016), pp 8547–8552.
14. Nikolay Anatolyevich Khripach, Denis Alekseevich Ivanov and Igor Arkadyevich Papkin. Thermoelectric Cooling System for Internal Combustion Engine Part 2: Experimental Studies. International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973–4562 Volume 11, Number 15 (2016), pp 8540–8546.
15. Boris Arkadyevich Papkin, Nikolay Anatolyevich Khripach, Viktor Sergeevich Korotkov and Denis Alekseevich Ivanov. Thermoelectric generator for a vehicle engine cooling system research and development. International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973–4562 Volume 11, Number 15 (2016), pp 8557–8564.
16. Khripach N., Papkin B., Korotkov V. Thermoelectric generators of motor vehicle powertrains, problems and prospects. Life Sci J 2014;11(12):503–507.
17. Nikolay Anatolyevich Khripach, Boris Arkadyevich Papkin, Viktor Sergeevich Korotkov and Dmitriy Vladimirovich Zaletov. Study of the Influence of Heat Exchanger Body Design Parameters on the Performance of a Thermoelectric Generator for Automotive Internal Combustion Engine. BIOSCIENCES BIOTECHNOLOGY RESEARCH ASIA, September 2015. Vol. 12(Spl. Edn. 2), pp. 677–689.
18. NikolayAnatolyevichKhripach, BorisArkadyevichPapkin, ViktorSergeevichKorotkov, AlexanderSergeevichNekrasovandDmitriyVladimirovichZaletov.
Effect of a Thermoelectric Generator on the Fuel Economy of a Vehicle Operating in a Real-world Environment. BIOSCIENCES BIOTECHNOLOGY RESEARCH ASIA, September 2015. Vol. 12(Spl. Edn. 2), pp. 375–386.
Основные термины (генерируются автоматически): свободнопоршневой двигатель, двигатель, баз СП, внутреннее сгорание, показатель, кривошипно-шатунный механизм, поршень, создание энергоустановок, транспортная энергоустановка, Российская Федерация.
Двигатель внутреннего сгорания — Путь вперед
Вместо того, чтобы найти жизнеспособные варианты, люди часто запрещают многие вещи, которые они не могут контролировать. Наряду с глобальными дебатами о криптовалютах, контроле над оружием и многом другом, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) последним попал в список запрещенных. Будучи изображенными главными злодеями глобального потепления, несколько стран G7, таких как Франция, Германия и Великобритания, разработали стратегию запрета ДВС на следующие два десятилетия.
Учитывая выбросы парниковых газов и постоянное стремление улучшить качество воздуха, останется ли двигатель внутреннего сгорания (ДВС) основным транспортным средством в будущем?
Электрическая мобильность против ДВС
По оценкам, в настоящее время во всем мире используется около 2 миллиардов двигателей внутреннего сгорания. Самое главное, что эти двигатели используются не только для автомобилей, но и для функциональных грузовиков, поездов, кораблей и многого другого. Количество исследований, проведенных в отношении ДВС, сделало его не только более эффективным, но, что более важно, также позволило разработать методы снижения вредных выбросов. Хотя каталитические нейтрализаторы весьма эффективны в борьбе с выбросами в бензиновых двигателях, их успех в дизельных двигателях все еще весьма ограничен. Учитывая ограниченность запасов ископаемого топлива и тот факт, что использование этих видов топлива способствует выбросам, крайне важно найти альтернативное решение, причем быстро.
Из всех вариантов, которые существуют, электрический является наиболее популярной альтернативой на рынке.
Рыночный сценарий
Феномен электромобилей демонстрирует тенденцию к росту на всех основных рынках. Сейчас на рынке появляется все больше и больше электромобилей. В 2017 году во всем мире было добавлено более 1 миллиона автомобилей. Лидирует в этом росте Китай, за ним следуют Европа и США. Такие страны, как Индия, также становятся крупным рынком с их национальной программой электромобилей, нацеленной на то, чтобы к 2030 году 30% автомобилей, которые будут проданы, были электрическими.
Инфраструктура
Чтобы электромобили (EV) были такими же функциональными и распространенными, как ДВС, необходимая инфраструктура все еще нуждается в большом количестве разработок и научных прорывов, особенно в области аккумуляторных технологий. Для ископаемых видов топлива заправка — это быстрый и эффективный процесс, который можно эффективно выполнять через заранее определенные интервалы времени на заправочных станциях, обслуживающих тысячи автомобилей.
Но когда, по оценкам, к 2030 году от 10 до 25% транспортных средств на дорогах будут электрическими, какие усилия прилагаются для создания такой зарядной инфраструктуры? Учитывая использование электромобилей для ежедневных поездок на работу, наличие домашних зарядных устройств становится обязательным. Логистика установки и обслуживания этих зарядных станций снова создаст свои проблемы.
По мере того, как люди начинают ездить на электромобилях вне своих ежедневных поездок на работу и на большие расстояния, потребность в крупномасштабной сети зарядки становится еще более очевидной. Несмотря на то, что для его развития выделяются инвестиции, все еще существует несколько проблем, которые необходимо решить, в том числе проблема подключения к сети. Несмотря на продолжающиеся исследования по сокращению времени подзарядки автомобиля, современная аккумуляторная технология не позволяет безопасно заряжать аккумулятор электромобиля даже за время, вдвое превышающее время, необходимое для полной заправки топливного бака автомобиля.
Например, чтобы зарядить Tesla с 20% до 80% на суперзарядной станции, потребуется от 20 до 30 минут; в то время как это займет более 90 минут, чтобы достичь 100%. Следовательно, в то время как электродвигатели обеспечивают новаторские характеристики электромобилям, их широкое внедрение будет проблемой, если не будет доступной техники для эффективной заправки транспортных средств со скоростью, аналогичной времени, необходимому для заправки топливом.
А водород?
Водород используется для питания ракет, лодок, самолетов и многого другого. В автомобильном сценарии химическая энергия водорода используется для питания автомобилей путем его сжигания в двигателях внутреннего сгорания или путем использования топливных элементов для преобразования его в электричество для запуска электродвигателей. В двигателе внутреннего сгорания ископаемое топливо и водород работают с термодинамическим КПД примерно от 20 до 25%, в то время как использование топливного элемента для преобразования водорода в электричество и работы электродвигателя работает с КПД более 60%.
Аккумуляторные электромобили или электромобили на топливных элементах?
Как электромобили с батарейным питанием, так и электромобили на топливных элементах используют электричество для приведения в действие электродвигателей, обеспечивающих тягу. Используя доступные в настоящее время технологии, эффективность, достигаемая при зарядке аккумуляторов и использовании их для питания электродвигателей, более эффективна, чем при производстве водорода и использовании топливных элементов для производства электроэнергии. Однако недостатком батареи является то, что с увеличением дальности увеличивается потребляемая мощность, увеличивается вес батареи и это в конечном итоге снижает общую эффективность батареи.
Каковы проблемы?
Самой большой проблемой при использовании водорода является стоимость производства. В настоящее время большая часть водорода производится из углеводородов с использованием методов парового риформинга, эффективность которых составляет от 60 до 70%.
Благодаря достижениям в области технологии топливных элементов можно достичь эффективности производства водорода более 80%. В любом случае, стоимость производства водорода все еще довольно высока.
Хотя водород можно транспортировать и распределять, используя ту же инфраструктуру, что и дизельное топливо или бензин, можно также производить водород в месте его распределения, чтобы снизить стоимость. Стоимость производства водорода может быть дополнительно снижена, если производственный процесс будет использовать непиковую нагрузку или избыточную энергию, которую можно получить из возобновляемых источников энергии.
Вердикт
Двигатель внутреннего сгорания используется уже более века. Было проведено множество исследований, направленных на увеличение мощности, снижение выбросов и в целом на повышение эффективности. Недавно Mazda объявила об инновациях в технологии своих бензиновых двигателей, которые повысят их эффективность примерно на 20–30%.
Ожидается, что автомобили с этой технологией появятся на рынке к 2019 году.
Даже характеристики, достигнутые грядущим родстером Tesla, бросают вызов установленным эталонным показателям производительности, установленным производителями высокопроизводительных автомобилей, такими как Koenigsegg. Тем не менее, полностью электрические автомобили все еще довольно дороги. Без субсидий и стимулов экономическая выгода, которую можно получить за счет снижения эксплуатационных расходов в соответствии с увеличением первоначальных инвестиций, не имеет коммерческого смысла для среднего владельца автомобиля.
Футуристические автомобили
Двигатели внутреннего сгорания способствовали глобальному потеплению, из-за чего на их использование накладываются дополнительные ограничения. Для устойчивого будущего необходимо изучить другие жизнеспособные варианты. Электромобили, которые уже доступны в продаже, доказывают, что это жизнеспособное транспортное средство.
Несомненно, электродвигатели, аккумуляторы, топливные элементы и т. д. будут играть ключевую роль в развитии футуристических транспортных средств. Будь то использование аккумуляторов или топливных элементов, развитие технологий в области накопления энергии, безусловно, будет стимулировать развитие электромобилей. Опять же, пройдет немало времени, прежде чем мы увидим конец двигателей внутреннего сгорания.
Применение двигателей внутреннего и внешнего сгорания (IC & EC)
Опубликовано .by ClubTechnical.Опубликовано в Двигатели внутреннего сгорания. Пока без коментариев .Содержание
В зависимости от места фактического сгорания топлива двигатели подразделяются на двигатели внутреннего и внешнего сгорания.
В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри двигателя, а в двигателе внешнего сгорания фактическое сжигание топлива происходит вне двигателя, а тепло передается двигателю с помощью рабочего тела.
Двигатели внутреннего и внешнего сгорания имеют разные области применения. Для лучшего понимания мы поместили приложения обоих типов Двигателей в табличную форму.
Применение двигателя внешнего сгорания и двигателя внутреннего сгорания
Применение двигателя внутреннего сгорания
| Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) | |
| Тип | Приложение |
| Бензиновые двигатели | Автомобильная, морская, авиационная |
| Газовые двигатели | Промышленная мощность |
| Дизельные двигатели | Автомобильная, железнодорожная, энергетическая, морская |
| Газовые турбины | Силовой, авиационный, промышленный, морской |
Применение двигателя внешнего сгорания
| Двигатель внешнего сгорания (EC) | |
| Тип | Применение |
| Паровые двигатели | Локомотив, Морской |
| Двигатели Стирлинга | Экспериментальные космические аппараты |
| Паровые турбины | Мощный, большой морской пехотинец |
| Газовая турбина замкнутого цикла | Сила, Морской пехотинец |
Краткое описание различных типов двигателей внутреннего и внешнего сгорания
Бензиновые двигатели
Бензиновый двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, который вырабатывает энергию за счет сжигания летучего жидкого топлива (бензина или смеси бензина, такой как этанол).
) с воспламенением от электрической искры.
Газовая турбина
Газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания, который может преобразовывать природный газ или другое жидкое топливо в механическую энергию. Затем эта энергия приводит в действие генератор, который производит электрическую энергию. Это электрическая энергия, которая движется по линиям электропередач к домам и предприятиям.
Дизельные двигатели
Дизельный двигатель – это тип двигателя внутреннего сгорания , который воспламеняет топливо, впрыскивая его в горячий воздух под высоким давлением в камере сгорания.
Газовые двигатели
Газовый двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, работающий на газовом топливе, таком как угольный газ, генераторный газ, биогаз, свалочный газ или природный газ.
Паровые машины
Паровая машина — это тепловая машина, выполняющая механическую работу с использованием пара в качестве рабочего тела. Паровые двигатели – это двигатели внешнего сгорания, в которых рабочее тело отделяется от продуктов сгорания.