Принцип работы двигателя машины: Что такое двигатель внутреннего возгорания. Принцип работы и устройство двигателя автомобиля. Техническое обслуживание двигателя автомобиля. Принципы работы ДВС

кредитов

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и дополнили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Принципы работы бензинового двигателя — Научные проекты

Сбор информации:

Узнайте о бензиновых двигателях. Прочтите книги, журналы или спросите профессионалов, которые могут знать, чтобы узнать о принципах работы бензиновых двигателей. Посетите сайт старинных двигателей, чтобы увидеть простой дизайн первых бензиновых двигателей. Следите за тем, откуда вы получили информацию.

Физика бензинового двигателя

, также известный как

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Наиболее часто используемый тип автомобильного двигателя сегодня основан на цикле Отто, названном в честь его создателя Николауса Отто.Термин «четырехтактный» относится к четырем различающимся движениям, которые совершает поршень во время преобразования химической энергии в энергию вращения, которую можно использовать для практического использования, в данном случае для приведения в движение автомобиля.

Это изображение используется как ссылка на части двигателя, упомянутые на этой странице веб-сайта.
Простой двигатель включает один цилиндр, один поршень, свечу зажигания, установленную на одном конце цилиндра, и коленчатый вал на другом конце цилиндра.Цилиндр также включает в себя два клапана. Один клапан предназначен для входа смеси воздуха и бензина, а другой клапан — для выхода горячих газов.

1. ход впуска:

Первый ход цикла описывается как цикл впуска, когда поршень, который начинается в верхней части камеры цилиндра, начинает двигаться вниз. В то же время, когда поршень начинает движение вниз, впускной клапан открывается и позволяет воздуху втягиваться в камеру цилиндра движущимся вниз поршнем.Также в это время небольшое количество бензина впрыскивается в камеру через топливную форсунку и смешивается с воздухом. Бензин должен быть смешан с воздухом, поскольку жидкий бензин не будет гореть, поэтому он должен испаряться форсункой и смешиваться с воздухом. Идеальное соотношение воздуха и газа составляет 14 частей воздуха на одну часть топлива. Этим соотношением электронно управляет компьютер, подключенный к топливному насосу и форсункам, которые подают количество топлива в зависимости от количества воздуха, которое двигатель может втянуть в цилиндр.

2. Ход сжатия:

Второй ход, также известный как ход сжатия, начинается с закрытия впускного клапана. Когда впускной клапан закрывается, между поршнем и верхней частью цилиндра, где расположены клапаны, образуется герметичная камера. Затем поршень начинает свой путь вверх, смесь бензина и воздуха сжимается в соотношении примерно 10: 1. Это соотношение возникает из-за разницы в объеме между объемом камеры цилиндра в верхней части хода поршня по сравнению с объемом камеры цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего пути.Чем больше можно сделать это соотношение, тем большую мощность может произвести двигатель. Для автомобилей с заданным объемом 454 куб. Дюймов или 5,0 л — это общий объем всех цилиндров на их такте впуска. Следовательно, двигатель 454 куб. Дюймов с 8 цилиндрами может удерживать 56,75 куб. Дюймов на цилиндр и, следовательно, со степенью сжатия 10: 1 может сжать это до 5,67 куб. Дюймов. Это сжатие создает большое давление в камере цилиндра.

3. Ход горения:

Третий такт цикла, рабочий такт, относится к самому сгоранию.Теперь, когда камера цилиндра заполнена сильно сжатым воздухом и бензином, искра от свечи зажигания вызывает взрыв в камере, который вызывает быстрое расширение сжатой смеси, в результате чего поршень очень быстро опускается вниз. Расширение газа, вызванное сгоранием, является самой важной стадией цикла. Также очень важно, чтобы в системе не было утечек, иначе давление будет потеряно, что приведет к потере мощности.

4.Ход выпуска:

Четвертый и последний ход известен как ход выпуска. Когда после взрыва поршень достигает нижней точки своего пути, все, что остается в камере цилиндра, становится отходами. Как только поршень начинает движение вверх в цилиндре, выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает выхлоп из камеры и от двигателя. После удаления выхлопных газов впускной клапан открывается, позволяя воздуху проникать в камеру и продолжать цикл.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ГЛАВА ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

По завершении этой главы вы сможете делать следующее:

• Объясните принципы работы двигателя внутреннего сгорания.
• Объясните процесс цикла двигателя.
• Изложите классификации двигателей.
• Обсудить конструкцию двигателя.
• Перечислить вспомогательные узлы двигателя.

Автомобиль — знакомый всем нам объект. Двигатель, который его приводит в движение, — один из самых интересных и обсуждаемых из всех сложных механизмов, которые мы используем сегодня. В этой главе мы кратко объясним некоторые принципы работы и основные механизмы этой машины.Изучая его работу и конструкцию, обратите внимание, что он состоит из многих устройств и основных механизмов, описанных ранее в этой книге.

ДВИГАТЕЛЬ СГОРАНИЯ

Мы определяем двигатель просто как машину, преобразующую тепловую энергию в механическую. Двигатель делает это посредством внутреннего или внешнего сгорания.

Горение — это акт горения. Внутренние средства внутри или закрытые. Таким образом, в двигателях внутреннего сгорания сжигание топлива происходит внутри двигателя; то есть горение происходит в том же цилиндре, который производит энергию для вращения коленчатого вала.В двигателях внешнего сгорания, таких как паровые двигатели, сжигание топлива происходит вне двигателя. На рис. 12-1 в упрощенном виде показаны двигатель внешнего и внутреннего сгорания.

Двигатель внешнего сгорания содержит водогрейный котел. Тепло, приложенное к котлу, вызывает кипение воды, что, в свою очередь, производит пар. Пар проходит в цилиндр двигателя под давлением и заставляет поршень двигаться вниз. С внутренним

Рисунок 12-2.-Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал одноцилиндрового двигателя.

двигатель внутреннего сгорания, сгорание происходит внутри цилиндра и непосредственно отвечает за перемещение поршня вниз.

Преобразование тепловой энергии в механическую в двигателе основано на фундаментальном законе физики. В нем говорится, что газ расширяется под воздействием тепла. В законе также сказано, что сжатие газа увеличивает его температуру. Если газ ограничен без выхода для расширения, приложение тепла увеличит давление газа (как в автомобильном баллоне).В двигателе это давление действует на головку поршня, заставляя его двигаться вниз.

Как известно, поршень перемещается в цилиндре вверх и вниз. Движение вверх и вниз известно как возвратно-поступательное движение. Это возвратно-поступательное движение (прямолинейное движение) должно измениться на вращательное движение (поворотное движение) для поворота колес транспортного средства. Кривошип и шатун изменяют это возвратно-поступательное движение на вращательное движение.

Все двигатели внутреннего сгорания, бензиновые или дизельные, в основном одинаковы.Все они полагаются на три элемента: воздух, топливо и зажигание.

Топливо содержит потенциальную энергию для работы двигателя; воздух содержит кислород, необходимый для горения; и зажигание начинает горение. Все они фундаментальны, и двигатель не будет работать без одного из них. Любое обсуждение двигателей должно основываться на этих трех элементах, а также на этапах и механизмах, участвующих в их доставке в камеру сгорания в нужное время.

Паровой двигатель | Энциклопедия.com

История

Принцип работы паровой машины

Ресурсы

Паровая машина — это машина, которая преобразует тепловую энергию пара в механическую с помощью поршня, движущегося в цилиндре. Как двигатель внешнего сгорания — поскольку он сжигает свое топливо вне двигателя, паровой двигатель передает свой пар в цилиндр, где пар затем толкает поршень вперед и назад. Именно с этим движением поршня двигатель может выполнять механическую работу. Паровая машина была основным источником энергии в ходе промышленной революции (которая началась в Англии в восемнадцатом веке) и доминировала в промышленности и транспорте в течение 150 лет.Это все еще полезно сегодня в определенных ситуациях и во многих развивающихся странах.

Самыми ранними известными паровыми двигателями были новинки, созданные греческим инженером и математиком Героем (Героном) Александрийским (ок. 10–70), жившим в первом веке нашей эры. Его самое известное изобретение было названо элиопилом. Это изобретение представляло собой небольшую полую сферу, к которой были прикреплены две изогнутые трубки. Сфера была прикреплена к котлу, производившему пар. Когда пар выходил из полых трубок сферы, сама сфера начинала кружиться и вращаться.Герой и несколько других греков разработали множество других паровых устройств, таких как паровой орган и автоматические двери, но всегда в контексте игривости и, по-видимому, без какого-либо интереса к использованию пара на практике. Тем не менее, их работа установила принцип силы пара, и их игровые устройства были реальной демонстрацией преобразования энергии пара в какое-то движение.

Хотя греки установили принцип паровой энергии, он игнорировался более 1500 лет до конца 1600-х годов в Европе.В течение этого длительного периода основными источниками энергии были, в первую очередь, сила мускулов человека или тягловые животные, а затем энергия ветра и воды. Ветряные мельницы и водяные колеса подходили для медленных повторяющихся работ, например, для измельчения кукурузы, когда отключение электричества не имело особых последствий. Однако для некоторых работ, таких как откачка воды из шахты, источник энергии, который мог отключиться в любой момент, не всегда был удовлетворительным. Фактически, сама глубина английских шахт подтолкнула инженеров к поиску насосов, которые были бы быстрее старых водяных насосов.К середине шестнадцатого века работа над воздушными насосами установила представление о поршне, работающем в цилиндре, и примерно в 1680 году французский физик Дени Папен (1647–1712) налил немного воды на дно трубы, нагрел ее, преобразовал он превратился в пар, и увидел, что расширенный пар с силой толкает и перемещает поршень прямо перед ним. Когда трубка остыла, поршень вернулся в исходное положение. Хотя Папену было хорошо известно, что он создал двигатель, который в конечном итоге мог работать, его отпугнули вполне реальные механические трудности своего времени, и он решил работать в меньшем масштабе, создав первую в мире скороварку.

Вслед за Папеном английский военный инженер Томас Савери (около 1650–1715 гг.) Построил то, что многие считают первой практичной паровой машиной. В отличие от системы Папена, у этой машины не было поршня, поскольку Савери хотел только черпать воду из угольных шахт глубоко под землей. Зная, что он может использовать пар для создания вакуума в сосуде, он соединил такой сосуд с трубкой, ведущей в воду внизу. Затем вакуум всасывал воду в трубку и выдувал ее под давлением пара. Систему Savery назвали «Друг шахтера», поскольку она поднимала воду из шахт за счет всасывания, производимого конденсацией пара.Несколько лет спустя английский инженер и партнер Savery Томас Ньюкомен (1663–1729) улучшил паровой насос, повторно установив поршень. К 1712 году он построил двигатель, который использовал пар атмосферного давления (обычная кипящая вода), и его было довольно легко построить. Его поршневой двигатель был очень надежен и стал широко использоваться в Англии примерно в 1725 году. Его машина была названа балочным двигателем, потому что наверху у него был огромный качающийся рычаг или поперечный рычаг, движение которого передавало мощность от единственного цилиндра двигателя к двигателю. Помпа.

Понимание того, как работает двигатель Ньюкомена, дает представление обо всех последующих паровых двигателях. Во-первых, вся машина находилась в машинном отделении высотой около трех этажей, из верхней стены которого торчала длинная дубовая балка, которая могла качаться вверх и вниз. Дом построен сбоку от шахты. Внизу вала находился водяной насос, который соединялся с двигателем длинной штангой насоса. Под балкой внутри дома находился длинный латунный цилиндр, который находился на кирпичном котле.Котел питался углем и подавал пар. Внутри цилиндра находился поршень, который мог скользить вверх и вниз и был соединен с балкой наверху. Двигатель всегда запускался с поршнем в верхнем положении. Затем пар заполнил цилиндр из открытого клапана. При заполнении цилиндр опрыскивался водой, в результате чего пар внутри конденсировался в воду и создавал частичный вакуум. В соответствии с этим изобретением давление наружного воздуха вынудило бы поршень опуститься, который раскачивал балку, поднимал штоки насоса и всасывал около 12 галлонов (45 л) воды.Затем поршень вернулся в исходное положение (вверх) в цилиндре, и процесс был повторен. Помимо того, что двигатель Ньюкомена назывался балочным двигателем, его также называли атмосферным двигателем, поскольку он использовал давление воздуха для перемещения поршня (вниз).

Самое важное усовершенствование в конструкции парового двигателя было внесено шотландским инженером Джеймсом Ваттом (1736–1819). В 1763 году Ватта попросили отремонтировать двигатель Ньюкомена, и он был поражен тем, что он считал его неэффективным. Он намеревался улучшить его характеристики и к 1769 году пришел к выводу, что если пар конденсируется отдельно от цилиндра, последний всегда можно поддерживать горячим.В том же году он представил паровую машину с отдельным конденсатором. Поскольку это позволяло разделить процессы нагрева и охлаждения, его машина могла работать постоянно без длительных пауз в каждом цикле для повторного нагрева цилиндра. Ватт продолжал улучшать свой двигатель и сделал три очень важных дополнения. Во-первых, он сделал его двойным, позволив пару входить попеременно с обеих сторон поршня. Это позволяло двигателю работать быстро и передавать мощность как при нижнем, так и при восходящем ходе поршня.Во-вторых, он разработал солнечно-планетарную передачу, которая могла переводить возвратно-поступательное движение луча во вращательное движение. В-третьих, он добавил центробежный регулятор, который поддерживал постоянную скорость двигателя, несмотря на меняющиеся нагрузки. Это в высшей степени инновационное устройство знаменует собой ранние истоки автоматизации, поскольку Ватт создал систему, которая, по сути, была саморегулирующейся. Ватт также разработал манометр, который добавил к своему двигателю. К 1790 году усовершенствованные паровые машины Ватта стали мощным и надежным источником энергии, который можно было разместить практически где угодно.Это означало, что фабрики больше не нужно было располагать рядом с источниками воды, а можно было строить ближе как к их сырью, так и к транспортным системам. Больше всего на свете паровая машина Ватта ускорила промышленную революцию как в Англии, так и во всем мире.

Паровая машина Ватта, однако, не была идеальной и имела одно серьезное ограничение; он использовал пар под низким давлением. Пар высокого давления означал большую мощность для двигателей меньшего размера, но также означал крайнюю опасность, поскольку взрывы плохо сделанных котлов были обычным явлением.Первым, кто продемонстрировал реальный успех, был английский изобретатель Ричард Тревитик (1771–1833). К концу восемнадцатого века методы металлургии совершенствовались, и Тревитик считал, что сможет построить систему, которая будет обрабатывать пар под высоким давлением. К 1803 году Тревитик построил мощный двигатель высокого давления, которым он приводил в движение поезд. Его технические новшества были поистине замечательными, но двигатели высокого давления заработали в Англии такую ​​плохую репутацию, что пройдет двадцать лет, прежде чем английский изобретатель Джордж Стефенсон (1781–1848) подтвердит свою ценность с собственными локомотивами.

В Соединенных Штатах, однако, было мало предубеждений против мощности пара или почти ничего не знали о ней. К концу восемнадцатого века Эванс начал работу над паровой машиной высокого давления, которую он мог использовать в качестве стационарного двигателя для промышленных целей, а также для наземного и водного транспорта. К 1801 году он построил стационарный двигатель, который использовал для дробления известняка. Его главная инновация в области высокого давления разместила цилиндр и коленчатый вал на одном конце балки, а не на противоположных концах.Это позволило ему использовать гораздо более легкий луч.

За эти годы компания Evans построила около 50 паровых машин, которые использовались не только на заводах, но и для питания землеройных экскаваторов. Пар под высоким давлением создавал эту странно выглядящую шалость, представлявшую собой земснаряд, который мог двигаться как по суше, так и по воде. Это был первый дорожный транспорт с приводом, который работал в Соединенных Штатах.

Несмотря на упорный труд и настоящий гений Эванса, его новаторские усилия в области Steam при его жизни не увенчались успехом.Производители часто встречали его безразличие или простое нежелание менять свои старые методы и переходить на пар. Его использование пара для движения по суше сдерживалось плохими дорогами, личным интересом к лошадям и ужасно неадекватными материалами. После Эванса пар высокого давления стал широко использоваться в Америке, в отличие от Англии, где замена двигателей низкого давления Ватта потребовала много времени. Но, тем не менее, улучшения были внесены, и железо в конечном итоге заменило дерево в конструкции двигателей, а горизонтальные двигатели стали даже более эффективными, чем старые вертикальные.

На протяжении всего процесса разработки и усовершенствования паровой машины никто не знал, что за ней стоит наука. Вся эта работа была выполнена на эмпирической основе без ссылки на какую-либо теорию. Лишь в 1824 году эта ситуация изменилась после публикации Reflexions sur La Puissance Motrice du Feu французского физика Николя Леонарда Сади Карно (1796–1832). В своей книге О движущей силе огня Карно основал науку о термодинамике (или тепловом движении) и был первым, кто рассмотрел количественно, каким образом связаны тепло и работа.Определяя работу как «подъем веса на высоту», он попытался определить, насколько эффективен или сколько работы может произвести двигатель Ватта. Карно смог доказать, что существует максимальный теоретический предел эффективности любого двигателя, и что это зависит от разницы температур в двигателе. Он показал, что для обеспечения высокого КПД пар должен проходить через широкий диапазон температур, поскольку он расширяется внутри двигателя. Наивысшая эффективность достигается за счет использования низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле.Пар был успешно адаптирован для работы на лодках в 1802 году и на железных дорогах в 1829 году. Позже некоторые из первых автомобилей приводились в движение паром, а в 1880-х годах английский инженер Чарльз А. Парсонс (1854–1931) произвел первую паровую турбину. Эта мощная и высокоэффективная турбина могла вырабатывать не только механическую, но и электрическую энергию. К 1900 году паровая машина превратилась в сложный и мощный двигатель, который приводил в движение огромные корабли в океанах и приводил в действие турбогенераторы, снабжавшие электричеством.

Когда-то доминирующим источником энергии, паровые двигатели со временем потеряли свою популярность по мере того, как стали доступны другие источники энергии. Хотя в период с 1897 по 1927 год в Соединенных Штатах было произведено более 60 000 паровых машин, паровая машина в конечном итоге дала

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

Конденсатор — инструмент для сжатия воздуха или газов.

Цилиндр — камера двигателя, в которой движется поршень.

Регулятор — механическое регулирующее устройство, которое работает автоматически и позволяет саморегулировать скорость двигателя.

Поршень — скользящая деталь, которая перемещается или движется против давления жидкости внутри цилиндрического сосуда или камеры.

путь к двигателю внутреннего сгорания для приведения в движение автомобиля. Сегодня интерес к пару в некоторой степени возродился, поскольку усовершенствования делают его более эффективным, а низкий уровень загрязнения — более привлекательным.

См. Также Дизельный двигатель; Реактивный двигатель.

КНИГИ

Хиндл, Брук и Стивен Любар. Двигатели перемен. Вашингтон: Smithsonian Institution Press, 1986.

Lohani, Ashwani. Курящие красавицы: паровозы мира. Нью-Дели, Индия: Дерево мудрости, 2004.

Ратленд, Джонатан. Эпоха Steam. New York: Random House, 1987.

OTHER

History Resources, University of Rochester. «Рост парового двигателя». (по состоянию на 29 октября 2006 г.).

Леонард К. Бруно

Двигатель внешнего сгорания — обзор

13.12 Воздушные стандартные энергетические циклы

В большинстве современных газовых энергетических циклов используются двигатели внутреннего или внешнего сгорания с разомкнутым контуром. Рабочее тело в этих двигателях имеет очень изменчивые физические и химические свойства, что затрудняет анализ их термодинамического цикла. Поскольку наиболее распространенным химическим компонентом рабочей жидкости воздушно-реактивных двигателей является азот, который в значительной степени химически инертен внутри двигателя, можно разработать эффективную модель двигателя с замкнутым контуром , в которой только воздух считается рабочим. жидкость.Такое приближение к реальной термодинамике двигателя называется стандартным воздушным циклом , сокращенно ASC. ASC позволяет провести простой, но в высшей степени идеализированный термодинамический анализ с замкнутым контуром, который может быть выполнен в очень сложной системе с разомкнутым контуром. Допущения, воплощенные в анализе ASC двигателя IC или EC, следующие:

1.

Двигатель работает по замкнутому термодинамическому циклу, а рабочая жидкость представляет собой фиксированную массу атмосферного воздуха.

2.

Этот воздух ведет себя как идеальный газ на протяжении всего цикла.

3.

Процесс сгорания в двигателе заменяется простым процессом добавления тепла от внешнего источника тепла.

4.

Процессы впуска и выпуска двигателя заменены внешним процессом отвода тепла в окружающую среду.

5.

Предполагается, что все процессы в термодинамическом цикле обратимы.

Обратите внимание, что пункт 5 подразумевает, что все процессы в пределах цикла, которые не имеют связанной теплопередачи, также являются изоэнтропическими процессами (т.е. они обратимы адиабатическими и ). Поскольку численные результаты анализа с использованием ASC зависят от того, как решается проблема удельной теплоемкости идеального газа, анализ ASC далее характеризуется как стандартный цикл холодного воздуха , если удельная теплоемкость воздуха предполагается постоянной и оценивается при комнатной температуре, или стандартный цикл горячего воздуха , если предполагается, что удельная теплоемкость воздуха зависит от температуры.Когда делается более сложный анализ, в котором используются фактическая топливно-воздушная смесь и выхлопные газы, его обычно называют стандартным циклом реальной смеси .

Двигатель IC или EC, работающий на ASC, можно схематически представить, как показано на рисунке 13.36. Поскольку фактический рабочий тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания часто сравнивают с его идеальным тепловым КПД ASC, чтобы оценить влияние реальных необратимых факторов на производительность двигателя, анализ ASC служит той же идеализированной функции сравнения эталонных показателей, что и анализ изоэнтропического цикла Ренкина. пароэнергетических циклов.

Рисунок 13.36. Двигатель IC или EC, работающий по стандартному воздушному циклу с замкнутым контуром.

Если рабочим телом в цикле Карно, показанном на рис. 13.37, является воздух (функционирующий как идеальный газ), то у нас будет ASC Карно. Поскольку (по определению) цикл Карно является термодинамически обратимым, используя обозначения рисунка 13.37, с ₁ = с ₂ и с ₃ = с ₄ .

Рисунок 13.37.Стандартный цикл воздуха Карно.

Изэнтропические процессы сжатия и расширения идеального газа с постоянной удельной теплоемкостью обсуждаются в главе 7, и соотношение p — v — T для этих процессов дается формулой. (7.38), из которого видно, что его можно записать непосредственно в терминах отношения температур, степени давления или степени сжатия (объема).

Для процесса изоэнтропического расширения с ₁ = с ₂ = с _{2 с} ,

T2sT1 = (p2sp1) (k − 1) / k = (v2s1) (v2s1) 1 − k

Для процесса изоэнтропического сжатия с ₃ = с ₄ = с _{4 с} ,

T3T4s = (p3p4s) (k − 1) / k = (v3v4s) 1 − k

, где

T1 = T4s = TH

и

T2s = T3 = TL

Далее мы определяем

v2s / v1 = v3 / v4s = степень изоэнтропического сжатия, CR

и CR

p1 / p2s = p4s / p3 = изоэнтропическое соотношение давлений, PR

Критическое мышление

Когда мы говорим, что двигатель или компрессор является изэнтропическим , мы имеем в виду, что энтропия на выходе такая же, как энтропия на входе .Но одного этого условия недостаточно, чтобы зафиксировать выходное состояние, поскольку мы должны указать два независимых термодинамических свойства, чтобы зафиксировать состояние. Мы могли бы выбрать фактическое давление на выходе или фактическую температуру на выходе в качестве второго независимого свойства на выходе. Однако на практике мы всегда выбираем фактическое давление на выходе в качестве второго независимого свойства. Почему мы это делаем?

Ответ прост: давление на выходе чаще известно или легко определяется, чем температура на выходе.Например, когда двигатель выходит в атмосферу, давление выхлопных газов всегда является атмосферным, независимо от давления на входе и процессов, происходящих внутри двигателя. Но температура выхлопных газов всегда зависит от температуры на впуске и сложных процессов, которые происходят между впуском и выпуском внутри двигателя.

Следовательно, изоэнтропическое давление всегда принимается равным фактическому давлению на выходе изоэнтропического процесса , а степень изоэнтропического давления всегда такая же, как и степень фактического давления для этих систем.

Уравнение теплового КПД холодного ASC Карно теперь можно записать как

(13,18) (ηT) Carnotcold ASC = 1 − TL / TH = 1 − PR (1 − k) / k = 1 − CR1− k

Большинство паровых энергетических циклов хотя бы частично попадают под паровой купол и поэтому могут быть смоделированы с помощью единственного практического термодинамического цикла, цикла Ренкина. К сожалению, за пределами парового купола ни один термодинамический цикл не моделирует все возможные практические газовые энергетические циклы. В следующих разделах мы обсудим несколько коммерчески ценных газовых энергетических циклов и оценим их тепловой КПД ASC.Хотя эти циклы не охватывают все возможные циклы, именно они добились значительного экономического успеха на протяжении многих лет. Мы обсуждаем их в том хронологическом порядке, в котором они были разработаны.

Как работают двигатели Стирлинга?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 мая 2021 г.

Двигатели работают в нашем мире с Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие на угле, затем более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время реактивные двигатели в самолетах.Основная концепция двигателя — то, что использует разницу между высокой и низкой температурой. один — не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все же придумывают незначительные улучшения, которые сделайте процесс немного быстрее или эффективнее. Один двигатель ты возможно, в последнее время много слышал о двигателе Стирлинга, что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует тот же воздух или газ. снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной.В команде Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям, двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но они действительно существуют с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования Возобновляемая энергия. На этом фото вы можете увидеть массив зеркал. концентрация солнечного тепла на двигателе Стирлинга, вырабатывающем электричество. Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Что такое двигатель?

Двигатели транспортных средств или заводских машин являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для выпуска тепловая энергия, которая используется для производства газ расширяется и охлаждается, толкает поршень, поверните колесо и заведите машину. Двигатели бывают двух основных типов: двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят топливо в одном месте и производить энергию в другой части такая же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные) сжигать топливо и производить мощность в одном и том же месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах).Оба типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляя газ расширяться, а затем остыть. Чем больше разница температур (между газом при самый горячий и самый холодный), тем лучше работает двигатель. Теория того, как двигатель работает на основе науки термодинамики (буквально «как движется тепло») и теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются. газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде, чем мы узнаем, что такого хорошего в Двигатели Стирлинга, это помогает, если мы знаем, что в них такого плохого. Паровые двигатели.Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает вода, пока она не закипит и не станет паром. Пар движется по трубе к цилиндру через открытый входной клапан, где он толкает поршень и водит колесо. Затем входной клапан закрывается, а выходной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Паровозы, такие как в этом локомотиве, являются примерами. двигателей внешнего сгорания.Огонь, который обеспечивает энергию за счет горения (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть бойлер (2), преобразующий тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ питания движущейся машины особенно неэффективным и неудобным.Но это было нормально в те дни, когда угля было в изобилии, и никого не волновало нанесение ущерба планете.

Проблем со steam много двигателей, но вот четыре наиболее очевидных. Во-первых, котел что заставляет пар работать под высоким давлением и есть риск что он может взорваться (взрывы котла были серьезной проблемой с очень ранней паровой двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстояние от цилиндра, поэтому энергия теряется, получая тепло от один к другому.В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще довольно горячий, поэтому он содержит потерянную энергию. В-четвертых, потому что пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные количества воды, а также топлива. (Вот почему у паровозов постоянно останавливаться у бортовых цистерн с водой.)

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, который преодолеет эти проблемы? Допустим, мы избавимся от котла (что решит проблему риск взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую.Тогда вместо использования пара для передачи тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и используйте обычный воздух (или какой-то другой простой газ), чтобы переместить тепло энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда назвал двигатели горячего воздуха .) Если мы закроем этот воздух в закрытую трубу, то тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию от огня и выпустив его в баллон, решаем проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды.Наконец, почему бы и нет добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми Двигатель Стирлинга лучше парового двигателя. Иногда ты увидишь Двигатели Стирлинга описываются как «замкнутый цикл, регенеративное тепло». двигателей «, что является очень кратким выражением того, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют запечатанный объем газа для отвода тепла обратно и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они используйте теплообменники, чтобы сохранить часть тепла, которое в противном случае теряться в каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровом двигателе).

Простой или сложный?

Некоторые говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то это так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но они будут более богатыми, сложными и потенциально очень запутанными, пока вы их не разберетесь. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube. покажите, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом.На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за тем, как он работает снаружи: вам нужно хорошо подумать о цикле шагов, которые он проходит, о том, что происходит с газом внутри, и чем он отличается. от того, что происходит в обычном паровом двигателе.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала посмотрев на компоненты, которые он содержит, затем подумайте о том, что они делают, и, наконец, посмотрим на более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Маленькие компактные двигатели Стирлинга, подобные этому, могут работать от крошечных перепады тепла — даже если положиться на чьи-то руки и отвести тепло, которое они содержат. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Какие основные части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как вытеснительный (или вытеснительный) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга).Это ключевые части:

Источник тепла

Источник тепла — это источник энергии, от которого двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь. огонь в солнечное зеркало, концентрирующее тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга описываются как двигатели внешнего сгорания, они не должны вообще использовать сжигание (фактическое сжигание топлива): они просто нужна разница в температуре источника тепла (откуда берется энергия) и радиатор (где он попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга с теплом от чашки кофе, теплая ладонь чьей-то руки или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, выделяемая двигателем, исходит от любой разницы в температуре между источником тепла и теплом раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, приводимым в движение что-то вроде чашки кофе просто потому, что он содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Иллюстрация: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Внутри машины в закрытом баллоне постоянно находится объем газа. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, которое остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия операции, через которые он проходит). Его единственная цель — переместить тепловую энергию от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к подобрать еще.Газ, передающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом в источник тепла. Обычно это какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который отводит отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня — это один из более очевидных вещей, которые отличает их от других двигателей.В общем дизайне под названием двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, есть два одинаковых поршня и цилиндра, а газовые челноки назад и вперед между ними, нагревание и расширение, затем охлаждение и сжатие, прежде чем цикл повторится.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой объемным (или бета) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (зеленого цвета), задача которого заключается в перемещении газа между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровом двигателе, буйковый уровнемер устанавливается очень свободно (с небольшим свободным пространством между край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад.Также есть рабочий поршень (темно-синего цвета), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, которая приводит в движение. независимо от того, какой двигатель работает. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелый маховик прикреплен для наращивания импульс и поддерживать бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень буйка постоянно движутся, но они не совпадают (одна четверть цикла или 90 ° по фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень буйка всегда на одну четверть цикла (90 °) опережает рабочего поршня.

Теплообменник

Также известный как регенератор, теплообменник находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла, за которую держится регенератор. Когда газ движется обратно, он снова улавливает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Итого

Как паровой двигатель или двигатель внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя серия основных операций, известная как ее цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга буйкового типа. На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит именно из-за того, что газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках движется от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно.Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для привода механизма, приводимого в действие двигателем, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повторяться. Работа зеленого поршня буйка заключается в перемещении газа от горячей стороны цилиндра (слева) к холодной стороне (справа) и обратно. Работая в команде, два поршня гарантируют, что тепловая энергия многократно перемещается от источника к раковине и преобразуется в полезную механическую работу.

Подробнее

1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) заканчивается справа на более холодном конце цилиндра.Когда он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня перемещаются внутрь (к центру).
2. Передача и регенерация: Поршень буйка перемещается вправо, а охлажденный газ перемещается вокруг него к более горячей части цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделял.
3. Нагрев и расширение: Большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра.Он нагревается огнем (или другим источником тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводится в действие двигателем. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую (и работает).
4. Передача и охлаждение: Поршень буйка перемещается влево, а горячий газ перемещается вокруг него к более холодной части цилиндра справа. Объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор (теплообменник), отдавая часть своей энергии по пути.Теперь цикл завершен и готов к повторению.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому месту, где он был запущен, это не симметричный процесс: энергия постоянно отводится от источника и откладывается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ объем работы над рабочим поршнем, когда он расширяется, но поршень выполняет меньше работы, сжимая охлажденный газ и возвращая его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, когда простой паровой двигатель может обойтись только одним? Почему все эти отдельные ступени? Почему бы не упростить все это?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам необходимо понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с законами газа (основные законы классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (сохранение тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

1. Изотермическое (при постоянной температуре) сжатие: наш этап (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается, поскольку он отдает тепло в сток.
2. Изометрический (постоянный объем) нагрев: наш этап (2) выше, на котором объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего предыдущего тепла.
3. Изотермическое (при постоянной температуре) расширение: наш этап (3) выше, на котором газ поглощает энергию из источника, его объем увеличивается, а его давление уменьшается, в то время как температура остается постоянной.
4. Изометрическое (постоянный объем) охлаждение: наш этап (4) выше, на котором объем газа остается постоянным, поскольку он проходит через регенератор и охлаждается.

Настоящий двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки данной статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, об этом можно прочитать в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

• В Википедии есть еще одна анимация двигателя Стирлинга бета-типа (хотя и красиво нарисован, за ним трудно проследить, потому что этапы рядом не поясняются).
• MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но сопровождающее объяснение довольно минимально.
• Лучшее из всех: на сайте есть отличная анимация и объяснение. Animated Engines, превосходный веб-сайт с множеством понятных и простых страниц, посвященных всем другим движкам, которые стоит изучить. Мне нравится, что все движки выполнены в одном простом стиле, поэтому вы можете легко их сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались установить на автомобили двигатели Стирлинга, эксперименты не увенчались успехом.Двигателю Стирлинга нужно время, чтобы набрать скорость, и он не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для привода автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом направлении: автомобили будущего, скорее всего, будут приводиться в действие электродвигателями или топливными элементами. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, требующих непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-то горячее и что-то холодное.Они идеально подходят для солнечных электростанций, где тепло Солнца играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которым необходимо обеспечивать стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга. используя их как основу для компактного домашнего электроснабжения генератор, получивший название Beacon 10, размером с бытовую стиральную машину.

В обычном двигателе Стирлинга тепло нагревается до горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора).Как только электродвигатели могут быть реверсивно использованы как генераторы, так что вы можете поставить энергии в двигатель Стирлинга и запустить его назад, эффективно отвод тепла от радиатора и отвод его на источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криокулер» — очень эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронное исследование.

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Фотография: Чистые, экологичные, безопасные, эффективные и компактные двигатели Стирлинга имеют множество преимущества.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за замкнутый цикл и регенеративный теплообменник). У них нет котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в водоснабжении и не имеют сложную систему открытия и закрытия клапанов, которые пар двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что они не обязательно предполагают сжигание топлива, они могут быть намного чище.В отличие от паровых машин, которые обычно сжигают уголь до кипения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разные виды топлива.

С другой стороны, двигатели Стирлинга запускаются не мгновенно (это требуется время для разогрева важнейшего теплообменника и для того, чтобы маховик набирают скорость), и они не так хорошо работают в режиме остановки-старта (в отличие от внутреннего сгорания двигатели). Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло, что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Изображение: Эта иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года). напоминает обычный паровой двигатель, но более сложный.Два больших чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор) и поршни буйка перемещаются внутри них вперед и назад. Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Произведение искусства из истории и прогресса парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стирлинг двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать двигатель, который был бы более безопасным и более совершенным. эффективнее, чем паровые машины, которые были разработаны примерно за столетие до этого Томас Ньюкомен (а позже улучшил Джеймсом Ваттом и другими).Рост объемов внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные двигатели) привел к Двигатели Стирлинга не использовались, хотя Компания Philips в середине 20 века. Совсем недавно они становятся популярными на солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии. энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология получил новый импульс в 1980-х, когда Иво Колин из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новый, очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между источник тепла и радиатор.

Узнать больше

На сайте

Статьи

Новости

• Металлический порошок: новое топливо с нулевым содержанием углерода? Александр Хеллеманс, IEEE Spectrum, 16 декабря 2015 г. Как двигатели Стирлинга топливо) может сыграть свою роль в чистом, зеленом будущем.
• Дин Камен думает, что его новый двигатель Стирлинга избавит вас от сети менее чем за 10 тысяч долларов от Кристофера Хелмана. Forbes, 2 июля 2014 г. Краткое знакомство с генератором Камена Beacon 10.
• Новый ядерный двигатель может помочь исследованию дальнего космоса. Автор: Адам Манн. Wired, 27 ноября 2012 г. НАСА исследует ядерный двигатель Стирлинга, который может приводить в действие космические зонды в местах, где солнечный свет (и солнечная энергия) недоступен.
• Ford Motors испытывает потенциальный двигатель будущего Ричарда Уиткина. The New York Times, 3 ноября 1975 года. Отчет из архива Times о первых испытаниях двигателей Стирлинга Фордом.
• Empire Off The Grid Салли Ади. IEEE Spectrum, 31 июля 2009 г.Как двигатели Стирлинга и возобновляемые источники энергии помогают Дину Камену жить автономно на его собственном частном острове.

Больше академических

• Двигатель Стирлинга Грэма Уокера, Scientific American, Vol. 229, № 2 (август 1973 г.), стр. 80–87. Хорошие иллюстрации различных конфигураций Стирлинга, включая Ванкеля, Ринию и другие варианты.
• Двигатель Стирлинга: «Циклическая жизнь» старой технологии Райнхольда Бауэра, Icon, Vol. 15 (2009), стр.108–118. Почему двигатели Стирлинга так и не получили коммерческого успеха? Сейчас для них перспективы лучше?

Книги

Двигатели Стирлинга

Термодинамика двигателя

• Двигатели: Введение Джона Лиска Ламли. Cambridge University Press, 1999. Хотя здесь основное внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания, оно будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
• «Термодинамика для чайников» Майка Паукена.Джон Вили и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение в таких вещах, как двигатели.

Видео

• Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация реального двигателя Стирлинга бета-типа, подобного показанному в моей анимации выше.
• Двигатель Стирлинга: разбираем один: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает различные детали внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Медиа-запросы?

Вы журналист, у вас есть вопрос для СМИ или просьба об интервью? Вы можете связаться со мной для получения помощи здесь.

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают дизельные двигатели?

Если вы попали на эту страницу, мы считаем, что можно с уверенностью считать, что вы уже знаете, что дизельный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания. Но что это на самом деле означает? Что ж, давайте разберемся с этим для вас.Горение является синонимом горения, что означает, что топливо, в данном случае дизельное топливо, сжигается внутри (внутри) двигателя для выработки энергии. То же самое верно и для бензиновых двигателей, однако есть резкая (или искрящаяся!) Разница в способах зажигания каждого из этих двигателей.

Благодаря внутреннему сгоранию в дизельных двигателях топливо сгорает внутри цилиндров, что позволяет максимально использовать энергию, так как нет необходимости в тепле, поступающем из другого места в цилиндр.Все основные процессы происходят в одном месте, что повышает общую эффективность двигателя в целом. Проще говоря, двигатели внутреннего сгорания вырабатывают больше энергии из того же объема топлива и, следовательно, намного эффективнее двигателей вечного сгорания.

Принцип работы дизельного двигателя

Теперь, когда мы поговорим об основах, пора глубже изучить механику дизельного двигателя!

Прежде всего, атмосферный воздух попадает в цилиндр двигателя.Поршень в нем сжимает воздух в 14-25 раз больше его первоначального объема. Напоминаем, что это сжатие намного меньше в бензиновом двигателе, где воздух сжимается только до одной десятой своего объема.

При таком высоком уровне сжатия воздуха выделяется столько тепла, что температура достигает 1000 ° F, а в некоторых случаях даже выше. Когда воздух сжимается, срабатывает электронная система впрыска топлива, которая обычно распыляет топливный туман в цилиндр, как аэрозольный баллончик.Конечно, объем впрыскиваемого топлива зависит от ускорения, применяемого водителем. Поскольку воздух очень горячий, топливо воспламеняется почти мгновенно и взрывается, в результате чего поршень выталкивается из цилиндра. Этот толчок приводит к выработке мощности, которая позволяет управлять транспортным средством или машиной, приводимой в движение двигателем. Когда поршень возвращается в исходное положение, выхлопные газы направляются к выпускному клапану. Этот процесс известен как дизельный цикл и повторяется по крайней мере сотни и даже тысячи раз каждую минуту!

В зависимости от количества ступеней в одном цикле дизельные двигатели могут быть классифицированы как четырехтактные двигатели или двухтактные двигатели.Давайте разберемся с каждым из них более подробно.

В этом случае дизельный двигатель работает, повторяя цикл из четырех тактов или ступеней. Характеризуется двукратным перемещением поршня вверх и вниз. Проще говоря, в четырехтактном двигателе коленчатый вал вращается дважды за цикл. Четыре ступени этого типа двигателя следующие —

Впускной: Открытый впускной воздушный клапан втягивает воздух в цилиндр, в результате чего поршень движется вниз.

Сжатие: Затем впускной клапан закрывается, поршень движется вверх и в результате сжимает воздух, вызывая его нагрев. Затем клапан впрыска топлива впрыскивает топливо в горячее, что приводит к самовозгоранию топлива.

Мощность: Когда смесь воздуха и топлива воспламеняется и начинает гореть, поршень толкается вниз, давая возможность коленчатому валу двигаться и приводить в движение колеса.

Выхлоп: Выпускной клапан открывается, помогая выходу выхлопных газов, которые дополнительно выталкиваются движением поршня вверх.

В двухтактном двигателе поршень перемещается вверх и вниз только один раз за цикл. Тем не менее, в двухтактном цикле есть три стадии. Поговорим о создании неразберихи! Что ж, не волнуйтесь, раз уж мы здесь, чтобы пролить свет на вас. Три ступени в этом типе двигателя следующие —

Выпускной и впускной: Во-первых, впускной клапан пропускает свежий воздух в боковую часть цилиндра, что приводит к выталкиванию старого воздуха через выпускной клапан.

Компрессия: Затем как впускной, так и выпускной клапаны закрываются. Теперь поршень движется вверх, вызывая сжатие и нагрев воздуха. Когда поршень достигает верха цилиндра, топливо впрыскивается и воспламеняется почти самопроизвольно.

Мощность: Когда смесь воздуха и топлива воспламеняется и начинает гореть, поршень толкается вниз, давая возможность коленчатому валу двигаться и приводить в движение колеса.

Как вы могли догадаться, двухтактные двигатели относительно меньше и легче четырехтактных.Кроме того, они более энергоэффективны, поскольку мощность вырабатывается при каждом обороте! Тем не менее, двухтактные двигатели также нуждаются в дополнительном охлаждении и смазке из-за большей доли износа, вызванного сильным нагревом и трением!

Теперь, когда вы знаете все о дизельных двигателях и принципах их работы, мы уверены, что вы в лучшем случае можете принять обоснованное решение относительно дизельного двигателя, который вы хотите купить! Если вам все еще нужна помощь, вы всегда можете связаться с нашими экспертами в Swift Equipment, и мы будем более чем рады прояснить любые ваши сомнения.Что еще? У нас есть широкий выбор новых и подержанных дизельных двигателей, а также дизель-генераторов на ваш выбор! Так чего же ты ждешь? Начните просматривать лучшие дизельные двигатели и посмотрите, найдете ли вы что-то, что привлечет ваше внимание.

обладают многочисленными преимуществами, наиболее заметными из которых являются —

• Самый высокий КПД среди всех двигателей внутреннего сгорания
• Без ограничений для всасываемого воздуха, кроме всасываемого трубопровода и воздушных фильтров
• Низкие затраты на топливо
• Хорошие смазывающие свойства
• Высокая плотность энергии
• Низкий риск возгорания
• Впечатляющее поведение выхлопных газов
• Легкая адаптация к влажной среде
• Нет естественных ограничений в отношении допустимости сверхвысокого давления или давления наддува

Шум, создаваемый дизельными двигателями, обычно известен как дизельный грохот, который в основном возникает в результате внезапного воспламенения топлива, когда создается волна давления при впрыске дизельного топлива в камеру сгорания.Это вызывает слышимый стук. К счастью, этот «стук» в современных дизельных двигателях в значительной степени устранен.

Глава 12 — Двигатель внутреннего сгорания

Автомобиль — знакомый всем нам объект. В двигатель, который его двигает, — один из самых увлекательных и рассказали обо всех сложных машинах, которые мы используем сегодня. В этой главе мы кратко объясним некоторые из принципы работы и основные механизмы этого машина.Изучая его работу и конструкцию, обратите внимание, что он состоит из многих устройств и основных механизмы, рассмотренные ранее в этой книге.

Мы определяем двигатель просто как машину, которая преобразует тепловую энергию в механическую. Двигатель делает это посредством внутреннего или внешнего сгорания.

Горение — это акт горения.Внутренние средства внутри или закрытый. Таким образом, при внутреннем сгорании двигателях сжигание топлива происходит внутри двигатель; то есть горение происходит в том же цилиндр, вырабатывающий энергию для вращения коленчатого вала. В двигатели внешнего сгорания, такие как паровые двигатели, сжигание топлива происходит вне двигателя. Фигура 12-1 в упрощенном виде показаны внешний и двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель внешнего сгорания содержит котел. что держит воду.Тепло, приложенное к котлу, вызывает вода до кипения, которая, в свою очередь, производит пар. Пар переходит в цилиндр двигателя под давлением и заставляет поршень двигаться вниз. С внутренним

двигатель внутреннего сгорания, сгорание происходит внутри цилиндр и несет прямую ответственность за принуждение поршень двигаться вниз.

Преобразование тепловой энергии в механическую посредством двигатель основан на фундаментальном законе физики. Это утверждает, что газ расширяется при нагревании. В законе также говорится, что сжатие газа будет повысить его температуру. Если газ ограничен без выход для расширения, применение тепла будет увеличиваться давление газа (как в автомобиле цилиндр). В двигателе это давление действует против головка поршня, заставляя его двигаться вниз.

Как известно, поршень движется вверх и вниз в цилиндр. Движение вверх и вниз известно как возвратно-поступательное движение. Это возвратно-поступательное движение (прямолинейное движение) должно измениться на вращательное движение (поворотное движение) для поворота колес транспортного средства. Кривошип и шатун изменяют это возвратно-поступательное движение к вращательному движению.

Все двигатели внутреннего сгорания, бензиновые или дизель, в основном то же самое. Все они полагаются на троих элементы: воздух, топливо и зажигание.