Работа двигателя: Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель истребителя Gripen испытали работой на биотопливной смеси

1 декабря 2020 г., AviaStat.ru – Агентство по материальному обеспечению армии (FMV) Швеции совместно с британской компанией GKN Aerospace провела расширенные испытания двигателя RM12 истребителя JAS-39 Gripen работой на топливной смеси. Согласно сообщению агентства, испытания проводились на предприятии GKN в Тролльхеттане на западе Швеции и были признаны успешными.  Об этом пишет N+1.

Военные нескольких стран мира сегодня рассматривают возможность перевода боевой авиации, основного в вооруженных силах потребителя топлива, на использование биотоплива. 

Предполагается, что благодаря этому можно будет существенно снизить объемы выбросов веществ, приводящих к глобальному изменению климата. Кроме того, считается, что при массовом производстве биотопливо будет стоить дешевле обычного авиационного топлива.

Для испытаний двигателя RM12 использовалась топливная смесь, состоящая из авиационного топлива Flygfotogen 75 (шведский аналог JP8) и биотоплива на основе спиртов в равной пропорции. Испытания двигателя проводились на наземном стенде. Специалисты изучали, как меняется работа двигателя на топливной смеси по сравнению с обычным топливом и какое влияние эта смесь оказывает на отдельные детали силовой установки.

В общей сложности RM12 отработал на стенде 2 часа 49 минут, из которых 14 минут — с задействованной форсажной камерой. Специалисты провели восемь запусков двигателя на биотопливе и 25 включений форсажной камеры. После испытаний специалисты провели тщательный осмотр газогенератора силовой установки, уделив особое внимание камере сгорания.

По предварительным оценкам, двигатель показал практически идентичные тягу и потребление биотоплива по сравнению с обычным Flygfotogen 75. Кроме того, не было замечено каких-либо отклонений рабочего давления на выходе камеры сгорания. Наконец, специалисты не обнаружили каких-либо особенностей при запуске и остановке двигателя RM12, работающего на биотопливе. Полный отчет об испытаниях планируется опубликовать в 2021 году.

В апреле 2017 года Министерство обороны Швеции совместно с GKN Aerospace провело испытательный полет истребителя JAS-39, заправленного 100-процентным биотопливом. Силовую установку для испытаний не переделывали. В полете двигатель боевого самолета работал точно так же, как если бы был заправлен обычным авиационным топливом. В баки Gripen на время испытательного полета залили биотопливо CHCJ-5 без примесей.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаще всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

 

Первый такт — такт впуска

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

 

Второй такт — такт сжатия

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

 

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

 

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

 

 

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя

внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Неровная работа двигателя на холостых Тойоты

О такой проблеме, как неровная работа двигателя на холостом ходу, многие автовладельцы Toyota знают не понаслышке. Причин данной неисправности много, и для того, чтобы точно выявить их, лучше всего обращаться в специализированные автосервисы, специалисты которых точно поставят «диагноз».

В автосервисе «Тойота Дубровка» имеется всё необходимое для точной диагностики. Обратившись к нам, Вы сэкономите время и материальные средства и получите информацию, которая поможет оперативно устранить проблему. Мы работаем в соответствии с регламентом производителя, поэтому к нам могут обращаться даже клиенты, автомобиль которых пребывает на гарантии.

Причины неровной работы двигателя на холостом ходу

Неровная работа двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу может происходить по следующим причинам:

• Нарушения в работе топливно-воздушной системы мотора, из-за которых топливная смесь недостаточно хорошо обогащена;
• Сбои в функционировании топливных насосов высокого и низкого давления;
• Смещение фаз газораспределения из-за неправильности проведения монтажа цепи ГРМ или её ослабления;
• Использование топлива ненадлежащего качества;
• Загрязнение топливных форсунок и необходимость их очистки;
• Нагар на свечах зажигания или большой зазор между электродами;
• Нарушения герметичности патрубков впускного коллектора;
• Сбои в работе системы вентиляции картера силового агрегата;
• Изношенность кулачков распределительного вала.

Преимущества обращения в «Тойота Дубровка»

Отмечаете неровную работу двигателя на холостом ходу? Нужно провести компьютерную диагностику, тестирование датчиков и системы Toyota, для того чтобы точно выявить источник проблемы и устранить его. Диагносты и мастера нашего автосервиса прошли аттестацию у производителя и работают в соответствии с его рекомендациями. В их арсенале имеются:

• Диагностическое и ремонтное оборудование дилерского уровня;
• Лицензионное программное обеспечение с актуальными обновлениями;
• Инструменты профессионального уровня;
• Оригинальные запчасти и узлы, расходные материалы.

Последние в широком ассортименте представлены на нашем складе. Мы уверены в их оригинальном происхождении на 100%, поскольку неоднократно проверяли его на практике. Наши заказчики получают их по ценам ниже дилерских. Стоимость услуг рассчитывается индивидуально, поскольку зависит от объёма и сложности работ. Ознакомиться с нашими расценками можно в соответствующем разделе сайта или связавшись с нашими операторами: +7 (495) 532-45-05.

Заказывайте диагностику двигателя Toyota у нас!

Обслуживание систем GDi. Не дайте нагару шанса!

Любая новая технология имеет свои недостатки, и, к сожалению, GDi не является исключением. В этой статье мы рассмотрим одну из наиболее распространенных проблем обслуживания — образование нагара — и расскажем, как благодаря Delphi Technologies, ведущему поставщику оригинального оборудования, вы можете помочь своим клиентам справляться с этой проблемой.

Что такое нагар?

В обычном двигателе с системой распределенного или многоточечного впрыска топливо впрыскивается во впускной канал каждого цилиндра непосредственно перед впускным клапаном — там оно смешивается с поступающим воздухом, и образовавшаяся смесь подается в цилиндр двигателя. Во время этого процесса топливо омывает впускные клапаны, удаляя окисленное топливо и грязь из всасываемого воздуха.

Напротив, система GDi впрыскивает топливо под высоким давлением непосредственно в камеру сгорания. Разбитая на мельчайшие капли и точно направленная топливовоздушная смесь улучшает качество сгорания, что позволяет повысить мощность и снизить количество выбросов. Недостатком этой системы, однако, является то, что топливо больше не проходит через клапаны и не очищает их, в результате чего на них образуется нагар. 

Типы нагара

Со временем нагар накапливается на форсунках и клапанах и становится причиной нескольких проблем:

• Форсунки. Нагар на кончике форсунки может препятствовать подаче топлива, в результате чего двигатель работает на обедненной смеси. Другими словами, топливная смесь содержит слишком много воздуха и слишком мало топлива. Это может стать причиной возникновения таких проблем, как неровная работа двигателя на холостых оборотах, пропуски зажигания, повышенный расход топлива и увеличение количества выбросов, а также повышенный риск детонации и преждевременное зажигание. Этот нагар обычно образуется сразу после остановки двигателя. Это означает, что он будет накапливаться быстрее при более коротких и более частых поездках.
• Впускные клапаны. С течением времени на впускных клапанах также может накапливаться нагар, мешая им правильно открываться и закрываться. В результате этого ограничивается приток воздуха в цилиндры, снижается мощность двигателя и повышается расход топлива. Хотя нагар на впускных клапанах является нормальным побочным продуктом сгорания, он может накапливаться быстрее, если изношены направляющие или уплотнения клапанов, а также в автомобилях с изменяемыми фазами газораспределения, где клапаны открыты дольше и, следовательно, на них оседает большее количество частиц сажи.

Признаки появления нагара

Накопление нагара может проявляться несколькими способами, в том числе:

• потеря мощности, особенно при движении на высокой скорости;
• вялое ускорение;
• при холодном запуске глохнет двигатель;
• пропуски зажигания;
• повышение расхода топлива;
• включение индикатора проверки двигателя;
• нестабильная работа двигателя;
• вибрация в двигателе на холостых оборотах.

Предотвращение образования нагара

В то время как для автомобилей, оборудованных системой GDi, обслуживание требуется обычно при пробеге от 30 до 60 тыс. километров, регулярное промежуточное техническое обслуживание поможет предотвратить образование нагара:

• Меняйте масло в соответствии с рекомендованными производителем интервалами и используйте указанное масло для оптимальной работы впускных клапанов.
• Меняйте свечи зажигания при рекомендованном пробеге, чтобы уменьшить количество несгорающего топлива в камере сгорания.
• Используйте качественное топливо с моющими присадками, чтобы не допускать образования нагара на деталях двигателя.
• Добавляйте очиститель топливной системы для поддержания исправного состояния системы GDi. 

Выявление образования нагара

К сожалению, многие автовладельцы не знают о необходимости регулярного техобслуживания, пока не станет слишком поздно, и не загорится индикатор проверки двигателя. В этом случае есть несколько простых процедур, которые вы можете выполнить для выявления образования нагара:

• Считайте коды неисправностей с помощью диагностического прибора. 
• Выполните вакуумную диагностику двигателя на холостом ходу и при 2000 об/мин.
• Выполните проверку двигателя на прорыв газов.
• Проверьте фазы газораспределения.
• Проверьте компрессию.
• Выполните проверку цилиндров на наличие утечек.

Решение проблемы нагара

Но не волнуйтесь: если наличие нагара подтвердиться, это не значит, что все потеряно. Хотя существует несколько продуктов, которые, по утверждениям их производителей, удаляют нагар, единственный способ полностью от него избавиться — это разобрать компоненты и провести их ультразвуковую очистку. Наши ультразвуковые ванны Hartridge обеспечивают глубокую очистку всех поверхностей, включая труднодоступные выемки, более тщательную и более быструю по сравнению с другими методами. 

Таким образом, по мере роста на дорогах числа автомобилей с двигателями, оборудованными системой GDi, будет расти и количество проблем, связанных с образованием нагара. Осознав суть этих проблем и способы их предотвращения, автомастерские смогут предложить своим клиентам комплексное обслуживание систем GDi в течение всего срока службы автомобиля. 

Особенности работы двигателя нового Chevrolet Tahoe, система отключения половины двигателя

Chevrolet Tahoe остается сегодня одним из немногих «настоящих» американских автомобилей, верным традициям рамной конструкции кузова и двигателю большого объема. Такой двигатель в любой момент и на любой скорости готов к ускорению и безопасному маневрированию. Благодаря огромному крутящему моменту, старт с места и дополнительный разгон на скоростях выше 100 км/час происходят моментально, с захватывающей дух динамикой.

Оборотной стороной универсальности и запаса мощности является расход топлива. И здесь Шевроле Тахо (2015 год выпуска) предлагает великолепное инженерное решение, позволяющее его владельцам иметь под капотом практически два двигателя разного объема — 6.2 или 3.1 литра.

Отключение половины двигателя по технологии AFM

Не случайно технология, которая сегодня называется Active Fuel Management, первоначально была разработана под как «Displacement on Demand» — «рабочий объем двигателя по требованию». Эта технология является эксклюзивной разработкой General Motors. Идея ее заключается в том, что отключается половина двигателя (цилиндры 1, 4, 6 и 7 для V8) и 6-литровый двигатель превращается в 3-литровый, позволяя экономить до 15% топлива.

Обратное включение происходит также мгновенно, чтобы не было никаких неудобств при маневрировании или перестроениях. Таким образом, вместо того, чтобы делать двигатели маленького рабочего объема с высокими оборотами и «выжимать» из них повышенные мощностные характеристики, Tahoe пошел по пути революционного совершенствования проверенной конструкции. В результате не только понижен расход топлива и уменьшены выбросы вредных веществ в атмосферу, но и увеличивается ресурс двигателя и его неприхотливость к качеству бензина.

Технология «Displacement on Demand» родилась первоначально как ответ на запрос о безопасности. В отдаленных районах пустынь Техаса и других южных штатов Америки есть дороги, проходящие сотни километров без населенных пунктов. В таких местах потеря охлаждающей жидкости двигателя (в результате поломки или ДТП) опасна в прямом смысле этого слова. Большой же двигатель, с использованием Active Fuel Management позволял включить специальный экономичный режим, при этом отключенные цилиндры работали на дополнительное охлаждение силового агрегата.

Сегодня технология Active Fuel Management является основой великолепных показателей топливной экономичности Chevrolet Tahoe без каких-либо компромиссов по мощности или динамике. Широкое распространение на автомобилях GM она получила только в последние годы благодаря развитию прецизионных технических решений элементов двигателя и появлению быстродействующих компьютеров.

Принцип работы двигателя, почему и что может поломаться

Расскажем, как работает двигатель внутреннего сгорания, какие неполадки возникают в работе и как продлить его жизненный цикл

Цель работы двигателя — преобразование бензина в движущую силу. Преобразовывается бензин в движущую силу путем сжигания внутри движка. Поэтому он и называется двигателем внутреннего сгорания.

Запомните две вещи:

1. Есть разные виды двигателей внутреннего сгорания:

• бензиновый двигатель;
• дизельный;
• дизель с турбонаддувом;
• газовый двигатель.

Различия у них в принципах работы, плюс у каждого свои преимущества и недостатки.

2. Бывают еще двигатели внешнего сгорания. Лучший пример — паровой двигатель парохода. Топливо (уголь, дерево, масло) сгорает вне двигателя, образовывая пар, который и есть движущая сила. Двигатель внутреннего сгорания более эффективен, так как ему нужно меньше топлива на километр пути. К тому же он намного меньше эквивалентного двигателя внешнего сгорания. Это объясняет, почему на улицах сейчас не ездят автомобили с паровыми движками.

Как работает система внутреннего сгорания двигателя

Принцип, лежащий в основе работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: если вы поместите небольшое количество высокоэнергетического топлива, например бензина, в небольшое замкнутое пространство, и зажжете его, то при сгорании в виде газа высвобождается большое количество энергии. Если создать непрерывный цикл маленьких взрывов, скорость которых будет, например, сто раз в минуту, и пустить получаемую энергию в правильное русло, то получим основу работы двигателя.

Автомобили используют «четырехтактный цикл сгорания» для преобразования бензина в движущую силу четырех колесного автомобиля. Четырехтактный подход также известен как цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867 году. К четырем тактам относятся:

• такт впуска;
• такт сжатия;
• такт горения;
• такт выведения продуктов сгорания.

Поршень двигателя в этой истории главный «работяга». Он своеобразно заменяет картофельный снаряд в картофельной пушке. Поршень соединен с коленчатым валом-шатуном. Как только коленчатый вал начинает вращение, происходит эффект «разряда пушки». Рассмотрим цикл сгорания бензина в цилиндре подробнее.

• Поршень находится сверху, затем открывается впускной клапан и поршень опускается, при этом движок набирает полный цилиндр воздуха и бензина. Это такт называется тактом впуска. Для начала работы достаточно смешать воздух с небольшой каплей бензина.
• Затем поршень движется обратно и сжимает смесь воздуха и бензина. Сжатие делает взрыв более мощным.
• Когда поршень достигает верхней точки, свеча испускает искры, чтобы зажечь бензин. В цилиндре происходит взрыв бензинового заряда, что заставляет поршень опуститься вниз.
• Как только поршень достигает дна, открывается выхлопной клапан, и продукты сгорания выводятся из цилиндра через выхлопную трубу.

Теперь двигатель готов к следующему такту и цикл повторяется снова и снова.

Теперь рассмотрим составные части автомобильного мотора, работа которых взаимосвязана. Начнем с цилиндров.

Составные части двигателя

Схема № 1

Основа двигателя – это цилиндр, в котором вверх-вниз двигается поршень. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Это характерно для большинства газонокосилок, но в автомобильных движках цилиндров четыре, шесть и восемь. В многоцилиндровых моторах цилиндры обычно размещаются тремя способами: а) в один ряд; б) однорядно с наклоном от вертикали; в) V-образным способом; г) плоским способом (горизонтально-оппозитный).

У разных способов расположения цилиндров разные преимущества и недостатки с точки зрения гладкости в работе, производственных издержек и характеристик. Эти преимущества и недостатки делают разные способы расположения цилиндров подходящими для разных видов транспорта.

Свечи зажигания

Свечи зажигания дают искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Искра должна вспыхнуть в нужный момент для безотказной работы двигателя. Если движок начинает работать нестабильно, дергается, слышно что «пыхтит» он сильнее чем обычно, вероятно одна из свечей перестала работать, ее нужно заменить.

Клапаны (см. схему №1)

Впускные и выпускные клапаны открываются, чтобы впустить воздух и топливо и выпустить продукты сгорания. Обратите внимание, оба клапана закрыты в момент сжатия и сгорания топливной смеси, обеспечивая герметичность камеры сгорания.

Поршень

Поршень – это цилиндрический кусок металла, который движется вверх-вниз внутри цилиндра двигателя.

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают герметичность между скользящим внешним краем поршня и внутренней поверхностью цилиндра. У кольца два назначения:

• Во время тактов сжатия и сгорания кольца не дают утечь воздушно-топливной смеси и выхлопным газам из камеры сгорания.
• Кольца не дают моторному маслу попасть в зону сгорания, где оно будет уничтожено.

Если автомобиль начинает «подъедать масло» и приходиться подливать его каждые 1000 километров, значит двигатель автомобиля «устал» и поршневые кольца в нем сильно изношены. Такие кольца пропускают масло в цилиндры, где оно сгорает. По всей видимости, такому двигателю требуется капитальный ремонт.

Шатун

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Он может вращаться в разные стороны и с обоих концов, т.к. и поршень и коленчатый вал находятся в движении.

Коленчатый вал (распределительный вал)

Схема № 2

Круговыми движениями коленчатый вал заставляет поршень двигаться вверх-вниз.

Маслосборник

Маслосборник окружает коленчатый вал и содержит определенное количество масла, которое собирается в нижней его части (в масляном поддоне).

Причины неполадок и перебоев в двигателе

Если автомобиль с утра не заводится

Если машина с утра не заводится, этому есть три основных причины:

• плохая топливная смесь;
• отсутствие сжатия;
• отсутствие искры.

Плохая топливная смесь — недостаток поступающего воздуха или бензина

Плохая топливная смесь поступает в движок в следующих случаях:

• Закончился бензин и в двигатель поступает только воздух. Бензин не воспламеняется, сгорания не происходит.
• Забиты воздухозаборники, и в движок не поступает воздух, который крайне необходим для такта сгорания.
• В топливе содержатся примеси (например, вода в бензобаке), которые препятствуют горению топлива. Меняйте бензоколонку.
• Топливная система подает слишком мало или слишком много топлива в смесь, следовательно, горение не происходит должным образом. Если смеси мало, то слабое воспламенения в цилиндре не может прокрутить цилиндр. Если смеси много, то заливает свечи и они не дают искру.

О «залитых» свечах подробнее: если машина не заводится, а бензонасос не перестает подавать топливо в цилиндры, то бензин не воспламеняется, а наоборот «тушит» свечи зажигания. Свечи с «подмоченной репутацией» нормальной искры для воспламенения смеси не дадут. Если открутив свечу обнаружите, что она «мокрая», сильно пахнет бензином — знайте, свечи «залило». Либо подсушите все 4 свечи, выкрутив их и отнеся в теплое помещение, либо посидите в незаведенной машине с нажатой педалью газа — дроссельная заслонка будет открыта и свечи немного подсохнут от поступающего воздуха.

Отсутствие сжатия

Если топливная смесь не сжимается, так как надо, то и не будет требуемого сгорания для работы машины. Отсутствие сжатия возникает по следующим причинам:

• Поршневые кольца двигателя изношены, поэтому воздушно-топливная смесь просачивается между стенкой цилиндра и поверхностью поршня.
• Один из клапанов неплотно закрывается, из-за чего смесь вытекает.
• В цилиндре есть отверстие.

Часто «дырки» в цилиндре появляются в том месте, где верхушка цилиндра присоединяется к самому цилиндру. Между цилиндром и головкой цилиндра есть тонкая прокладка, которая обеспечивает герметичность конструкции. Если прокладка прохудится, то между головкой цилиндра и самим цилиндром образуются отверстия, через которые образуется утечка смеси.

Отсутствие искры

Искра может быть слабой или вообще отсутствовать в случаях:

• Если свеча зажигания или провод, идущий к ней, изношены, то искра будет слабой.
• Если провод перерезан или отсутствует вообще, если система, посылающая искры вниз по проводу не работает, как нужно, то искры не будет.
• Если искра приходит в цикл слишком рано или слишком поздно, топливо не воспламениться в нужный момент, что повлияет на стабильную работу мотора.

Возможны и другие проблемы с двигателем. Например:

• Если аккумулятор на авто разряжен, то двигатель не сделает ни одного оборота, а автомобиль не заведется.
• Если подшипники, которые позволяют свободно вращаться коленчатому валу, изношены, коленчатый вал не провернется, а двигатель не запустится.
• Если клапаны не будут закрываться или открываться в нужный момент цикла, то работа двигателя будет невозможна.
• Если в автомобиле закончилось масло, поршни не смогут свободно двигаться в цилиндре, и двигатель застопорится.

В исправно — работающем двигателе описанных проблем быть не может. Если они появились, ждите беды.

Если выяснится, что аккумулятор просто разрядился, почитайте, как правильно «прикурить» от другого автомобиля.

Клапанный механизм двигателя и система зажигания

Разберем процессы происходящие в двигателе отдельно. Начнем с клапанного механизма, который состоит из клапанов и механизмов, открывающих и закрывающих проход топливным отходам. Система открытия и закрытия клапанов называется валом. На распределительном валу есть выступы, которые и двигают клапаны вверх и вниз.

Двигатели, в которых вал размещен над клапанами (бывает, что вал размещают внизу), имеют кулачки распредвала, которые регулируют порядок работы цилидров (см. схему №2). Кулачки вала воздействуют на клапаны напрямую или через очень короткие связующие звенья. Эта система настроена так, что клапаны синхронизированы с поршнями. Многие высокоэффективные двигатели имеют по четыре клапана на один цилиндр – два на вход воздуха и два на выход для продуктов сгорания, и такие механизмы требуют два распределительных вала на один блок цилиндров.

Система зажигания создает высоковольтный заряд и передает его на свечи зажигания через провода. Сначала заряд поступает в распределитель, который легко найти под капотом большинства легковых автомобилей. В центр распределителя подключен один провод, а из него выходит четыре, шесть или восемь других бронепроводов, в зависимости от количества цилиндров в двигателе. Эти провода посылают заряд на каждую свечу зажигания. Работа двигателя настроена так, что за один раз только один цилиндр получает заряд от распределителя, что гарантирует максимально плавную работу мотора.

Давайте подумаем, как заводится двигатель, как остывает и как в нем проходит циркуляция воздуха.

Система зажигания двигателя, охлаждения и набора воздуха

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует вокруг цилиндров по специальным проходам, потом для охлаждения, она поступает в радиатор. В редких случаях двигатели автомобиля оснащены воздушной системой. Это делает двигатели легче, но охлаждение при этом менее эффективное. Двигатели с воздушной системой охлаждения, имеют меньший срок службы и меньшую производительность.

Существуют автомобильные двигателя с наддувом. Это когда воздух проходит через воздушные фильтры и попадает прямо в цилиндры. Наддув ставят в атмосферных движках. Для увеличения производительности некоторые двигатели оснащены турбонаддувом. Через турбонаддув воздух, который поступает в двигатель, уже находится под давлением, следовательно, в цилиндр втискивается больше воздушно-топливной смеси. За счет турбонаддува увеличивается мощь движка.

Повышение производительности автомобиля – это круто, но что же происходит, когда вы проворачиваете ключ в замке зажигания и запускаете автомобиль? Система зажигания состоит из электромотора, или стартера, и соленоида (реле стартера). Когда поворачивается ключ в замке зажигания, стартер вращает двигатель на несколько оборотов, чтобы начался процесс сгорания топлива. Чем мощнее мотор, тем сильнее нужен аккумулятор, чтобы дать ему толчок. Так как запуск двигателя требует много энергии, сотни ампер должны поступить в стартер для его запуска. Соленоид или реле стартера, это тот самый переключатель, который справляется с таким мощным потоком электричества. Когда вы проворачиваете ключ зажигания, соленоид активируется и запускает стартер.

Разберем подсистемы автомобильного мотора, отвечающие за то, что поступает в движок (масло, бензин) и за то, что из него выходит (выхлопные газы).

Смазочные жидкости двигателя, топливная, выхлопная и электрические системы

Каким образом бензин приводит в действие цилиндры? Топливная система двигателя выкачивает бензин из бензобака и смешивает его с воздухом так, чтобы в цилиндр поступила правильная воздушно-бензиновая смесь. Топливо подается тремя распространенными способами: смесеобразованием, впрыском через топливный порт и прямым впрыском.

При смесеобразовании карбюратор добавляет бензин в воздух, как только воздух попадает в двигатель.

В инжекторном движке топливо впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо через впускной клапан (впрыск через топливный порт), либо напрямую в цилиндр. Называется «прямой впрыск».

Масло также играет важную роль в двигателе. Смазочная система не допускает трения жестких стальных частей друг об друга — запчасти не изнашиваются, стальная стружка внутри двигателя не летает. Поршни и подшипники – позволяющие свободно вращаться коленчатому и распределительному валу – основные части, требующие смазки в системе. В большинстве автомобилей, масло засасывается через масляный насос из маслосборника, проходит через фильтр, чтобы очиститься от песка и выработки механизмов мотора, затем, под высоким давлением впрыскивается в подшипники и на стенки цилиндра. Затем масло стекает в маслосборник, и цикл повторяется снова.

Теперь вы знаете больше о том, что поступает в двигатель автомобиля. Но давайте поговорим и том, что выходит из него. Выхлопная система крайне проста и состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если бы не было глушителя, в салоне автомобиля были бы слышны все мини-взрывы, происходящие в двигателе. Глушитель гасит звук, а выхлопная труба выводит продукты сгорания из автомобиля.

Электрическая система автомобиля, запускающая машину

Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора переменного тока. Генератор переменного тока подключен проводами к двигателю и вырабатывает электроэнергию, необходимую для подзарядки аккумулятора. В незаведенной машине при повороте ключа зажигания за питание всех систем отвечает аккумулятор. В заведенной — генератор. Аккумулятор нужен только, чтобы запустить электрическую систему машины, дальше в работу вступает генератор, который вырабатывает энергию за счет работы двигателя. Аккумулятор в это время заряжается от генератора и «отдыхает». Подробнее об аккумуляторах здесь.

Как увеличить производительность двигателя и улучшить его работу

Любой двигатель можно заставить работать лучше. Работа автопроизводителей над увеличением мощности движка и одновременным уменьшением расхода топлива, не прекращается ни на секунду.

Увеличение объема двигателя. Чем больше объем двигателя, тем больше его мощность, т.к. за каждый оборот двигатель сжигает больше топлива. Увеличение объема двигателя происходит за счет увеличения либо объема цилиндров, либо их количества. Сейчас 12 цилиндров – это предел.

Увеличение степени сжатия. До определенного момента, увеличение степени сжатия смеси увеличивает получаемую энергию. Однако, чем больше сжимается воздушно-топливная смесь, тем выше вероятность того, что она воспламенится раньше, чем свеча зажигания даст искру. Чем выше октановое число бензина, тем меньше вероятность преждевременного воспламенения. Поэтому высокопроизводительные автомобили нужно заправлять высокооктановым бензином, так как двигатели таких машин используют очень высокий коэффициент сжатия для получения большей мощности.

Большее наполнение цилиндра. Если в цилиндр втиснуть больше воздуха и топлива, то на выходе получается больше энергии. Турбонаддувы и наддувы нагнетают давление воздуха и эффективно втискивают его в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха. Сжатие воздуха повышает его температуру. Тем не менее, хотелось бы иметь как можно более холодный воздух в цилиндре, т.к. чем выше температура воздуха, тем больше он расширяется при горении. Поэтому многие системы турбонаддува и наддува имеют интеркулер. Интеркулер – это радиатор, через который проходит сжатый воздух и охлаждается, прежде чем попасть в цилиндр.

Сделать меньшим вес деталей. Чем легче запчасти двигателя, тем лучше он работает. Каждый раз, когда поршень меняет направление, он тратит энергию на остановку. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Двигатель из углеродного волокна еще не придумали, но как делают этот материал, читайте тут на Zap-Online.ru.

Впрыск топлива. Система впрыска очень точно дозирует топливо поступающее в каждый цилиндр, повышая производительность двигателя и экономя топливо.

Теперь вы знаете, как работает двигатель автомобиля, а также причины его основных неполадок и перебоев. Если остались вопросы или есть замечания по изложенному материалу, добро пожаловать в комментарии.

Коллекторный двигатель постоянного тока: устройство, принцип работы

Содержание:

Виды КД

В зависимости от типа питания классифицируют:

1. Коллекторные двигатели, работающие от источника постоянного тока,
2. Универсальные — работают как от постоянного тока, так и от переменного.

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Коллекторный двигатель постоянного тока состоит из двух основных частей – ротора и статора. Ротор — вращающаяся часть двигателя – несёт на себе обмотку и коллектор. Статор – неподвижная часть двигателя – включает в себя источник постоянного магнитного поля – постоянный магнит или обмотку возбуждения, щётки и корпус.

Обмотка на роторе является одной из основных частей электрического двигателя постоянного тока. По ней течёт ток нагрузки. Обмотка состоит из нескольких сегментов. Их электрические выводы подключены к пластинам коллектора.

Коллектор – представляет собой набор металлических пластин, уложенных параллельно друг другу по цилиндрической поверхности, но не касающихся друг друга. К каждой пластине подключён вывод обмотки ротора. При вращении двигателя коллекторные пластины помогают переключать ток на всё новые секции обмотки, что приводит к дальнейшему вращению двигателя.

Коллекторный мотор с сердечником

Коллекторный мотор без сердечника

Щётки производят переключение секций обмотки по мере вращения электродвигателя и обеспечивают возможность подключения обмотки двигателя на роторе к выводам на корпусе мотора. В зависимости от материала конструкция щёток отличается: графитовые щётки, выполненные в виде прямоугольных брусков или металлические щётки в виде тонких пластин.

Конструкция неподвижной части двигателя – статора – отличается в зависимости от разновидности электродвигателя постоянного тока. У двигателей постоянного тока с обмоткой возбуждения на статоре располагается обмотка возбуждения, чаще всего выполненная на сердечнике из стальных пластин. У двигателей постоянного тока с постоянными магнитами, на статоре расположен постоянный магнит, создающий магнитное поле двигателя.

Обмотка ротора и коллектор установлены на валу, который опирается на подшипники, установленные в боковых фланцах корпуса.

Корпус выступает несущей конструкцией, куда устанавливаются остальные части двигателя, а также может выступать в роли наружной оболочки, защищающей мотор от пыли, грязи и механических воздействий.

Варианты конструкции двигателя

Типы обмоток

Обмотка без стального сердечника

 

Обмотки ротора отличаются между собой по конструкции. Применяются обмотки классической конструкции, намотанные на стальной сердечник, широко распространены полые обмотки без стального сердечника. Кроме того, ротор может иметь печатную обмотку плоской или цилиндрической конструкции. Ротор двигателя классической конструкции, со стальным сердечником, имеет значительный момент инерции, большую индуктивность обмотки и дополнительные потери в стали сердечника ротора. Двигатели с полым ротором и с печатным ротором отличаются низкой инерцией и малыми потерями.

Обмотки отличаются по своему устройству: толщина провода и схема намотки (например наличие параллельных ветвей в обмотке и их количество). Это даёт возможность изготавливать электродвигатели работающие при разном номинальном напряжении и токе.

Обмотки отличаются друг от друга по температурной стойкости, которая обеспечивается выбором соответствующего типа изоляции. Повышенная температурная стойкость позволяет обмотке нагреваться до более высокой температуры, не теряя работоспособности, что даёт возможность мотору работать при более высокой температуре окружающей среды или выдерживать более высокую токовую нагрузку.

Различные материалы магнитов

За время пока существуют электрические двигатели, было разработано и применено на практике немало различных материалов для постоянных магнитов. Ферриты, AlNiCo, SmCo, NdFeB. Основная разница между ними – в их мощности (т.е. в удельной энергии) и температурной стойкости. В настоящее время в высокопроизводительных малогабаритных двигателях с постоянными магнитами чаще всего применяется NdFeB из-за своей высокой мощности и SmCo из-за высокой рабочей температуры.

Типы щёток

 

Графитовые щётки

Металлические щётки

 

 

В настоящее время распространены два материала щёток – графитовые и металлические. Графитовые щётки изготавливаются из медно-графитового сплава и работают с коллектором из медных пластин. Они хорошо работают на больших токах, хорошо переносят частые пуски, но являются источником сильных электромагнитных шумов. Металлические щётки делают из благородных металлов, и они работают коллектором, в котором также применены благородные металлы. Они хорошо работают на небольших токах при малых изменениях скорости вращения и испускают гораздо меньше помех чем графитовые щётки.

Варианты подшипников

Два основных типа подшипников, применяемых в малогабаритных двигателях постоянного тока – шарикоподшипники и подшипники скольжения. В случае применения шарикоподшипников, для снижения осевого биения вала может применяться их предварительное поджатие

Преимущества и недостатки коллекторных двигателей

Простота управления.  Коллекторный двигатель достаточно прост в управлении, особенно когда речь идёт о двигателях с постоянными магнитами. Для того чтобы заставить его вращаться необходим один источник постоянного напряжения. Математическая модель такого мотора достаточно проста, но с её помощью можно реализовывать достаточно сложные алгоритмы управления современными быстродействующими приводными системами. Сопоставимая по возможностям система управления, например, асинхронным двигателем гораздо сложнее математически и требует заметно больше ресурсов при реализации.

Низкая надёжность. Щёточно-коллекторный узел – это скользящий электрический контакт, который серьёзно ограничивает надёжность коллекторных двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными.

Отсутствие электронных компонентов. Коллекторные двигатели не содержат электронных компонентов – как например датчики Холла в бесколлекторных моторах, которые необходимы для их работы. Это может давать коллекторным двигателям преимущество при работе, например, в условиях высокой радиации.

Ограничение скорости вращения. Когда щётки перемещаются по пластинам коллектора очень быстро, то начинается искрение, которое сокращает срок службы коллектора и щёток. Для того чтобы искрения не происходило должны быть ограничена скорость перемещения щёток по коллектору и нагрузка на щётки (ток). Максимально допустимая линейная скорость перемещения щёток по коллектору определяется материалами, применёнными для изготовления щёток и коллектора. И именно она является причиной различия в скорости у двигателей с графитовыми щётками и со щётками из благородных металлов.

Области применения

Несмотря на то, что во многих областях происходит активная замена коллекторных двигателей постоянного тока на бесколлекторные, в ряде применений продолжают использоваться коллекторные двигатели:

• Во многих применениях с жёсткими требованиями по стоимости решения, которые ограничивают применение сложной и дорогой управляющей электроники
• В  системах, работающих в жёстких условиях (например, высокая температура или радиация) или в которых имеются жёсткие ограничения по размерам.

Механическая работа двигателя — ход впуска

В течение сорока лет после первый полет братьев Райт использовались самолеты двигатель внутреннего сгорания повернуть пропеллеры чтобы генерировать толкать. Сегодня большинство самолетов гражданской авиации или частных самолетов все еще находятся в эксплуатации. с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания, как и ваш автомобильный двигатель. На этой странице мы обсудим основы двигатель внутреннего сгорания с использованием Двигатель братьев Райт 1903 года, показанный на рисунке в качестве примера.

Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить основы работа двигателя. Этот тип двигатель внутреннего сгорания называется четырехтактный двигатель, потому что есть четыре движения (штрихи) поршня перед повторением всей последовательности запуска двигателя. На рисунке мы раскрасили система впуска топлива / воздуха красный, электрическая система зеленый, а вытяжная система синий. Мы также представляем топливно-воздушную смесь и выхлопные газы небольшими цветные шарики, чтобы показать, как эти газы проходят через двигатель.Поскольку мы будем иметь в виду движение различных частей двигателя, вот рисунок, показывающий названия частей:

Механическое управление

В цикл двигателя начинается в Этап 1 с ходом впуска в качестве поршня тянул в сторону коленчатого вала (на рисунке слева). Впускной клапан открыт, топливо и воздух проходят через клапан. и в камеру сгорания и цилиндр от впускного коллектора, расположенного в верхней части камеры сгорания.Выпускной клапан закрыт, а электрический контактный выключатель разомкнут. Топливно-воздушная смесь находится на относительно низком уровне. давление (около атмосферного) и окрашен в синий цвет на этом рисунке. В конце такта впуска, 2 этап , поршень расположен в крайнем левом углу и начинает двигаться назад к верно. Цилиндр и камера сгорания заполнены топливовоздушной смесью низкого давления. и, когда поршень начинает двигаться вправо, впускной клапан закрывается. чтобы начать ход сжатия.

Термодинамика

Такт впуска происходит при почти постоянном атмосферном давлении. потому что впускной клапан открыт для впускного коллектора на всем протяжении инсульт. Нет (теоретически) нет Работа выполняется на топливовоздушной смеси во время этого процесса. Беспорядочное движение газового наполнения увеличивающийся объем по мере того, как поршень перемещается влево. На такте впуска оба отношения давления и температуры равны 1,0.

---

Деятельность:

---

Экскурсии с гидом

---

Навигация..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Музей истонского кольца | Устройство и работа двигателя

Устройство и работа двигателя

Конструкция двигателя

Если вы когда-либо заглядывали под капот современного легкового автомобиля, вы уже знаете, что современные автомобильные двигатели скрыты под кожухами, кожухами, проводами, шлангами и сложными системами управления, которые не позволяют увидеть внутреннюю работу двигателя (структуру) .

Чтобы облегчить понимание этой конструкции, мы представили рисунок, на котором показаны основные движущиеся части двигателя современного легкового автомобиля.

Поместите курсор мыши на каждое из названий компонентов.

• Шестерня распределительная

• Ремень ГРМ

• Распредвал

• Поршень

• Шатун

• Коленчатый вал

• Крышка подшипника

• Стартер

• Маховик

• Клапан

• Пружина клапана

Цитируется из «Enjin ha kounatteiru エ ン ジ ン は こ う な っ て い る» (Grand Prix BOOK PUBLISHING CO.ООО,)

Работа двигателя

Мы начнем объяснение базовой работы двигателя с рассмотрения четырехтактного рабочего цикла двигателя. Эти четыре такта обычно называются (1) тактом впуска, (2) тактом сжатия, (3) тактом сгорания (расширения) и (4) тактом выпуска.

Давайте посмотрим, как работает типичный четырехтактный двигатель.

Цитируется из «Enjin ha kounatteiru エ ン ジ ン は こ う な っ て い る» (Grand Prix BOOK PUBLISHING CO.ООО,)

Поршень поднимается и опускается дважды (четыре хода) в течение цикла, всасывая окружающий воздух (смешанный с топливом), а затем сжигая его, образуя расширяющиеся газы, которые опускают поршень, создавая мощность двигателя. Образующиеся газы могут достигать температуры более 800.

Теперь мы готовы взглянуть на поршневое кольцо и узнать о его важной функции в двигателе.

Работа турбобензинового двигателя с высокой степенью сжатия с использованием спирта

Абстрактные

Смеси бензина и этанола были исследованы как стратегия уменьшения детонации в двигателе, явления при сгорании двигателя с искровым зажиганием, когда часть конечного газа сжимается до точки самовоспламенения.Такое самовоспламенение опасно для работы двигателя внутреннего сгорания, поскольку может серьезно повредить компоненты двигателя. Поскольку конструкторы двигателей пытаются повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания, детонация в двигателе является ключевым ограничивающим фактором в конструкции двигателя. Два метода были использованы для ограничения детонации двигателя, которые будут здесь рассмотрены; замедление момента зажигания и добавление присадок, снижающих склонность топливной смеси к детонации. У обоих есть недостатки. Замедление искры снижает эффективность двигателя, а добавки обычно снижают теплотворную способность топлива, требуя больше топлива для данной рабочей точки.Для изучения этой проблемы был испытан двигатель с турбонаддувом с различными комбинациями бензина и этанола, присадки с очень хорошими антидетонационными свойствами. Было записано давление, и моделирование GT Power использовалось для определения температуры внутри цилиндра. Было рассчитано эффективное октановое число, чтобы измерить способность топлива сопротивляться детонации. Эффективное октановое число варьировалось от 91 для UTG91 до 111 для E25 соответственно. Моделирование двигателя использовалось для экстраполяции к точкам, которые не могли быть протестированы в экспериментальной установке, и создания карт производительности, которые можно было использовать для прогнозирования того, как двигатель будет действовать внутри транспортного средства.Было обнаружено, что увеличение степени сжатия с 9,2 до 13,5 приводит к относительному увеличению КПД при частичной нагрузке на 7%. При использовании в автомобиле это приводит к увеличению расхода топлива на 2-6% миль на галлон в зависимости от используемого ездового цикла. Мили на галлон использованного этанола были значительно выше, чем у бензина; 141 миля на галлон этанола — это самый низкий показатель за все изученные циклы.

Описание

Диссертация: S.M., Массачусетский технологический институт, факультет машиностроения, 2013.

Страница 62 пустая. Каталогизируется из PDF-версии диссертации.

Включает библиографические ссылки (стр. 61).

Отдел

Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения.

Издатель

Массачусетский технологический институт

Консультации — Инженер по подбору | Основы установки и эксплуатации двигателя

Двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины — широко распространенные, важные компоненты в зданиях для вспомогательных приложений, таких как производство электроэнергии на месте.Тем не менее, они по своей природе представляют опасность возникновения пожара. Само горение означает процесс горения. Эти устройства часто работают на жидком или газообразном топливе. Пожар, вызванный одним из этих двигателей и турбин, может иметь ужасные последствия.

Вот почему так важен NFPA 37: Стандарт на установку и использование стационарных двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. Он устанавливает минимальные требования пожарной безопасности при установке и эксплуатации стационарных двигателей и турбин.Стандарт также применим к полупостоянным установкам, таким как переносные двигатели и свертывающие генераторы, которые находятся в эксплуатации в течение одной недели или более.

Стандарт фокусируется на следующих аспектах:

• Расположение двигателей.
• Поставка и хранение топлива.
• Смазочные системы.
• Выхлопные системы двигателя.
• Органы управления и приборы.
• Эксплуатация и техническое обслуживание
• Противопожарная защита.

Происхождение NFPA 37 восходит к 1904 году, когда Национальный совет страховщиков пожарной безопасности инициировал «Правила и требования к конструкции и установке газовых и бензиновых двигателей». Выпуски NBFU No. 37 впоследствии были опубликованы в 1905 и 1910 годах. Ответственность за проект была передана Комитету NFPA по взрывчатым и горючим веществам, и в 1915 году они опубликовали NFPA 37-37A: Установка и использование двигателей внутреннего сгорания (газ, бензин. , керосин, мазут) и производителей угольного газа (напорные и всасывающие системы).

Ответственность за стандарт была передана Комитету газов, а затем Комитету по двигателям внутреннего сгорания, который отменил положения об угольном газе. С тех пор NFPA 37 пересматривался несколько раз, последнее издание — 2018 г.

Стандарт применяется к новым установкам и измененным частям существующей инфраструктуры. Существуют важные требования NFPA 37, поскольку они применяются к поршневым двигателям, которые часто упускаются из виду при проектировании, строительстве, эксплуатации и техническом обслуживании.Важно помнить, что уполномоченный орган и страховые андеррайтеры, такие как FM Global, могут ввести дополнительные или строгие требования, поэтому должная осмотрительность имеет решающее значение для обеспечения соответствия.

Расположение двигателя

Ключевым требованием стандарта является обеспечение легкого доступа к двигателям для обслуживания, ремонта и тушения пожаров, что помогает снизить естественную пожарную опасность. Это особенно важно, если генераторы расположены на верхних этажах здания.Несмотря на то, что количественно определить «легкодоступность» сложно, следует как минимум учитывать принятые в отрасли передовые методы.

Применение для конкретного проекта будет влиять на расположение двигателя. NFPA 37 не указывает, когда двигатели должны быть закрыты в помещениях, и для принятия такого решения необходимо ссылаться на другие применимые нормы и стандарты.

Если двигатель находится в помещении, то в NFPA 37 изложены требования к установке. Стандартные местоположения и основные требования:

Двигатели, расположенные внутри зданий: Класс огнестойкости внутренних стен, полов и потолков машинных отделений должен составлять минимум один час.В случае, если помещение находится на верхнем этаже здания, допускается, чтобы потолок был негорючим или был защищен автоматической системой пожаротушения.

Двигатели, работающие на жидком топливе класса I, необходимо размещать в помещениях с выходом на улицу с доступом для операций по тушению пожара (см. Рисунок 1).

Рис. 1: Классификация жидкого топлива в соответствии с NFPA 30: Правила по легковоспламеняющимся и горючим жидкостям. Предоставлено: ESD

Двигатели, расположенные внутри выделенных отдельно стоящих строений: Отдельные конструкции должны быть негорючими или огнестойкими и располагаться на расстоянии не менее 5 футов от отверстий в стенах и не менее 5 футов от конструкций с горючими стенами.

Минимальное расстояние не требуется, если оголенная стена отдельно стоящей конструкции или открытая стена смежной конструкции имеет рейтинг огнестойкости не менее одного часа или если отдельно стоящая конструкция защищена автоматической системой противопожарной защиты.

Двигатели, расположенные на крышах или на открытом воздухе: Двигатели и водонепроницаемые кожухи, расположенные на крыше здания или вне помещения, должны находиться на расстоянии не менее 5 футов от отверстий в стенах и не менее 5 футов от конструкций с горючими стенами.Уменьшение зазоров допустимо, если все части конструкции, которые находятся на расстоянии менее 5 футов от кожуха двигателя, имеют рейтинг огнестойкости не менее одного часа. Уменьшение зазоров также приемлемо, если можно продемонстрировать, что пожар внутри корпуса не приведет к возгоранию горючих конструкций, а основополагающие аргументы и методология рассмотрены и приняты AHJ.

Если двигатель установлен на крыше, то поверхность под двигателем и за пределами двигателя и защитной дамбы должна быть негорючей на минимальном расстоянии 12 дюймов.

Топливо газообразное для двигателей

Часто используемое газообразное топливо для генераторов включает природный газ, пропан и биогаз. Сжиженные формы газа, такие как сжиженный нефтяной газ и сжиженный природный газ, также считаются газообразным топливом. Рабочее давление газообразного топлива диктует стандарт, который необходимо использовать при проектировании: для давления, не превышающего 125 фунтов на квадратный дюйм манометра, система трубопроводов должна быть установлена ​​в соответствии с NFPA 54: Национальным кодексом топливного газа.

Для давления, превышающего 125 фунтов на квадратный дюйм, система трубопроводов должна быть установлена ​​в соответствии с ANSI / ASME B31.3, Технологические трубопроводы. Системы сжиженного нефтяного газа должны быть установлены в соответствии с NFPA 58: Кодекс сжиженного нефтяного газа.

Рис. 2. Показано схематическое изображение газовой рампы, обслуживающей генератор. Предоставлено: ESD

NFPA 37 описывает компоненты, которые необходимо включить в газовые магистрали, обслуживающие генераторы. Для каждого двигателя требуются как минимум следующие компоненты (см. Рисунок 2):

• Запорный клапан.
• Регулятор давления, если необходимо снизить давление газа в соответствии с требованиями двигателя.
• Два автоматических предохранительных запорных клапана.
• Клапан проверки герметичности для каждого ASSV или альтернативные средства подтверждения полного закрытия.
• Регулятор предела низкого давления для двигателей с потребляемой мощностью 2,5 миллиона БТЕ / час при полной нагрузке или выше.
• Регулятор предела высокого давления с возможностью ручного сброса для двигателей с потребляемой полной нагрузкой 2,5 миллиона БТЕ / час или выше.
• Выпускной клапан или система проверки клапана, если давление газа на входе превышает 2 фунта / кв.
• Пламегаситель, если в качестве топлива используется биогаз и в биогазе может присутствовать кислород.
• Газовый фильтр или сетчатый фильтр.
• Любые другие компоненты, требуемые производителем двигателя, например, предохранительные клапаны.

Для двигателей, работающих при давлении газа выше 2 фунтов на кв. Дюйм на запорном клапане оборудования, также необходимо включить один из следующих компонентов:

• Вентиляционный клапан между двумя ASSV, который не открывается без внешнего питания и разряжается на открытом воздухе.
• Минимум один предохранительный клапан, оборудованный переключателем для подтверждения закрытия клапана.
• Включенная в список система проверки клапанов для подтверждения работы ASSV при каждом запуске или останове двигателя.

Некоторые из указанных выше компонентов газовой рампы обычно поставляются производителем двигателя; координация во время проектирования важна для обеспечения соответствия стандарту.

Если клапанный механизм включает в себя регуляторы давления газа, они должны выходить за пределы конструкции и на расстоянии не менее 5 футов от отверстий.Однако выход наружу не требуется для следующих технологий регуляторов:

• Регуляторы, работающие с давлением газа с обеих сторон диафрагмы.
• Регуляторы полной блокировки.
• Перечисленные регуляторы с устройствами ограничения вентиляции.
• Регуляторы с системой ограничения вентиляции с отверстием, рассчитанным на 2,5 кубических футов в час или меньше (природный газ).

Кроме того, после регулятора с неполной блокировкой необходимо установить предохранительные клапаны, когда давление газа перед регулятором превышает 0.5 фунтов на кв. Дюйм.

Если в газовой рампе предусмотрены дополнительные запорные клапаны для целей технического обслуживания и они заблокированы в открытом состоянии, ключ необходимо закрепить в хорошо обозначенном доступном месте рядом с клапаном. Кроме того, необходимо предусмотреть по крайней мере один ручной запорный клапан в доступном месте за пределами пожароопасной зоны двигателя для безопасного отключения подачи топлива в случае аварийной ситуации.

Для установок, включающих несколько двигателей, запорные клапаны оборудования должны быть расположены в пределах первой отводной трубы или патрубка, обслуживающего отдельный двигатель.

ASSV для двигателей внутреннего сгорания должны быть способны отключать и прекращать подачу топлива в двигатель в течение двух секунд после остановки двигателя. Они также должны быть способны выйти из строя без внешнего питания.

Как указывалось ранее, газовая рампа должна включать в себя два блока ASSV. Однако, если давление газа не превышает 2 фунта на квадратный дюйм, одно из устройств ASSV можно заменить одним из следующих устройств, которые могут отключаться в течение двух секунд после остановки двигателя:

• Клапан карбюратора.
• Регулирующий клапан с нулевым регулятором.
• Вспомогательный клапан.

Защита от избыточного давления должна быть обеспечена, если газовая рампа подчиняется одному из следующих условий:

• Давление газа на входе превышает как 2 фунта на кв. Дюйм, так и номинальное давление компонентов, расположенных ниже по потоку.
• Отказ одного регулятора давления газа приведет к тому, что давление газа на входе превысит номинальное давление любого компонента, расположенного ниже по потоку.

Таблица 1: Классификация жидкого топлива.Предоставлено: ESD

Топливо жидкое для двигателей

Часто используемое жидкое топливо для генераторов включает дизельное топливо и бензин. Принимая во внимание опасность, присущую легковоспламеняющимся жидкостям из-за их низкой температуры вспышки, топливные баки, содержащие топливо класса I, такое как бензин, необходимо размещать под землей или над землей за пределами сооружений.

Для топлива, отличного от топлива класса I, общая емкость топливных баков, не установленных в специально отведенном помещении, не может превышать 660 галлонов.Резервуары общей вместимостью от 660 до 1320 галлонов необходимо устанавливать в специально отведенном помещении с минимальной пожарной стойкостью в течение одного часа. Резервуары общей вместимостью более 1320 галлонов необходимо устанавливать в специально отведенных помещениях с минимальным трехчасовым классом пожаротушения.

Важно отметить, что эти требования также применимы к резервуарам, изготовленным в соответствии с UL 2080: Стандарт для огнестойких резервуаров для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей или UL 2085: Стандарт для защищенных надземных резервуаров для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Топливные баки любого размера разрешены в машинных или механических отделениях, если помещения спроектированы в соответствии с признанными практиками и включают такие средства, как обнаружение пожара, тушение пожара и локализация пожара для ограничения распространения огня. Необходимо обеспечить вентиляцию помещений для поддержания концентрации паров ниже 25% нижнего предела воспламеняемости топлива.

Чтобы обеспечить периодический осмотр и обслуживание топливных баков, необходимо поддерживать минимальный зазор в 15 дюймов вокруг каждого бака.Чтобы свести к минимуму риски, связанные с процессом заправки и перекачки топлива, резервуары, обслуживаемые насосами, должны быть оборудованы линией перелива, сигнализацией высокого уровня и автоматическим отключением высокого уровня. Переливной трубопровод необходимо направить к исходному резервуару или системе сбора, а пропускная способность переливного трубопровода должна превышать емкость подачи топлива в баке. В переливном трубопроводе нельзя использовать клапаны или сифоны.

Рисунок 3: Этот модельный ряд генераторов оборудован дополнительными резервуарами. Предоставлено: ESD

Выхлоп двигателя и безопасность

Системы выпуска выхлопных газов двигателей должны быть спроектированы и сконструированы таким образом, чтобы выдерживать тепло, коррозионную среду (внутреннюю или внешнюю), внутреннее давление, включая возможность возгорания и внешние силы, такие как снег, ветер и сейсмическая активность.Кроме того, в нижних точках выхлопных систем необходимо предусмотреть дренаж, чтобы обеспечить слив конденсата или попадание воды.

Двигатели мощностью 10 л.с. и более должны иметь возможность отключения на двигателе и из удаленного места в случае аварийной ситуации.

Руководство по эксплуатации

Инструкции по эксплуатации и обслуживанию

должны быть размещены в легкодоступных местах для использования операторами. Инструкции должны включать как минимум следующее:

• Подробное описание работы двигателя.
• Руководство по текущему техническому обслуживанию.
• Подробная инструкция по ремонту.
• Перечень и номера деталей с рисунками.
• Электрические чертежи для систем электропроводки.
• Инструкция по обеспечению пожарной безопасности двигателя.

Кроме того, для каждого двигателя необходимо разработать и предусмотреть процедуры аварийного отключения. Процедуры аварийного управления должны располагаться в легкодоступных местах. Топливные запорные клапаны должны быть четко обозначены или их местоположения должны быть обозначены схематически и вывешены рядом с двигателями

Противопожарная защита двигателя

После активации системы пожаротушения, обслуживающей установку двигателя, автоматические топливные запорные клапаны должны быть закрыты, а системы механической вентиляции должны быть отключены, если только двигатели не предназначены для аварийного использования или постоянного наблюдения, а процедуры ЭиТО позволяют управлять действиями оператора.

NFPA 37 работает с нами более века. Его требования, несомненно, помогли зданиям работать более безопасно. А это означает, что у предприятий больше шансов выжить и процветать.

Что такое гибридный автомобиль и как работает гибридный двигатель?

Различные операции по уровням гибридизации

Смешанный гибридный автомобиль (мягкий гибрид)

Мягкая гибридизация, также известная как мягкая гибридизация или микрогибридизация, использует небольшую литий-ионную батарею на 48 В и альтернативный стартер для поддержки теплового двигателя с целью экономии топлива, повышения производительности или того и другого.

Однако система микрогибридизации не может привести автомобиль в движение, используя только электричество. Электроблок используется только в качестве стартера для автоматической системы Start & Stop, которая отключает двигатель при остановке автомобиля для экономии топлива, например, в пробках или на светофоре. На некоторых моделях легкогибридных автомобилей электродвигатель также может помочь тепловому двигателю поддерживать постоянную скорость до 120 км / ч.

Несмотря на то, что они считаются более простым и дешевым способом вывода на рынок гибридных технологий, поскольку все традиционные модели автомобилей могут быть оснащены гибридной технологией, микрогибридные системы не улучшают расход топлива в такой степени, как полногибридные системы.Экономия модели составляет около 0,5 л / 100 км по сравнению с обычным тепловозом.

Полностью гибридный автомобиль

Полностью гибридные системы используют электродвигатель в качестве единственного источника тяги для движения на малой скорости и малых ускорений. Этот электрический режим может повысить энергоэффективность при определенных условиях движения.

Полно-гибридный автомобиль также имеет дизельный или бензиновый двигатель в качестве основного источника энергии для более высоких скоростей, которые обычно развивают скорость выше 50 км / ч.Электродвигатель обеспечивает дополнительную мощность, когда это необходимо, чтобы транспортное средство было более эффективным с менее мощным дизельным или бензиновым двигателем. Гибридный автомобиль экономит более 30% городского топлива по сравнению с тем же автомобилем с одним двигателем, работающим на ископаемом топливе.

Перезаряжаемый гибридный автомобиль (PHEV)

В отличие от гибридных автомобилей HEV, электричество которых вырабатывается только за счет рекуперативного торможения, подключаемые к электросети гибридные автомобили или PHEV (подключаемый гибридный электромобиль) предлагают возможность зарядки также от бытовой электрической розетки или на общедоступном терминале.По этой характеристике они находятся на полпути между обычными гибридами HEV и полностью электрическими транспортными средствами.

Несмотря на то, что у них есть тепловой двигатель, перезаряжаемые гибридные автомобили также имеют батареи большей емкости, чем обычные гибриды, и поэтому могут путешествовать на большие расстояния в 100% электрическом режиме, до 60 километров для некоторых моделей (цикл WLTP), таких как Peugeot 3008 Hybrid4 300. Перезаряжаемый гибридный автомобиль позволяет вам совершать ежедневные поездки без использования теплового двигателя, просто за счет бытовой подзарядки или на терминале.

границ | Двигатели с воспламенением от сжатия — революционная технология, покорившая цивилизованные границы по всему миру от промышленной революции до XXI века

Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия

С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который в конечном итоге будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство инициирования сгорания в двигателях.Дизель использовал растительные масла, чтобы изобрести свой новый двигатель, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива. Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (для отопления домов) и, конечно же, для дизельного топлива (Heywood, 1988).

Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития. Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия, чтобы создать необходимые условия для самовоспламенения. Высокая степень сжатия — одна из характеристик конструкции, повышающих эффективность. Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для регулирования выходной мощности двигателя. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокое сопротивление детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном итоге, эффективность двигателей с искровым зажиганием.Дополнительным преимуществом является то, что без ограничения детонации двигатели с воспламенением от сжатия могут иметь значительное повышение давления на впуске за счет турбонаддува, что дополнительно увеличивает эффективность и удельную мощность.

Попутно возникло и преодолено множество технологических препятствий, таких как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно достичь высоких степеней сжатия, необходимых для самовоспламенения дизельного топлива, форкамеры, которые могли бы использовать имеющиеся форсунки с относительно низким давлением в полную камеру сгорания с высокой степенью сжатия, новую технологию впрыска топлива с очень высоким давлением, чтобы исключить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронные органы управления и исполнительные механизмы для обеспечения более точной подачи топлива, воздуха , а также меры по контролю за выбросами, чтобы соответствовать строгим требованиям регулирования выбросов.

Текущее состояние двигателей с воспламенением от сжатия

Двигатели с воспламенением от сжатия используются в различных коммерческих и потребительских приложениях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, генераторы и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель полагается на легкость самовоспламенения топлива, которую инженеры-химики называют цетановым числом / индексом — эмпирически полученный показатель, который описывает легкость самовоспламенения топлива.Биодизели также используются во многих областях, особенно в сельских районах и в развивающихся странах. Биодизельное топливо обычно производится из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, в результате чего остается метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (FAME). Биодизельное топливо пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя они могут использоваться как чистый заменитель топлива, они обычно используются в качестве агента для смешивания с нефтяным дизельным топливом.

Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия — двухтактный и четырехтактный.Очень большие двигатели CI (в частности, для кораблей и локомотивов) обычно бывают двухтактными, в первую очередь потому, что частота вращения двигателя ограничена низкими оборотами в минуту (RPM). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбонагнетатель или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), потому что воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рисунке 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выводится либо через другой набор отверстий (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке блока цилиндров (см. Рисунок 1).Отверстия для впуска воздуха в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже их во время рабочего хода, позволяя охлажденному воздуху под давлением поступать в цилиндр. Когда поршень направляется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке блока цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает выходить из цилиндра через установленные сверху выпускные клапаны. По мере того, как поршень продолжает двигаться в направлении НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху поступать в цилиндр, что вытесняет последний выхлоп из верхних выпускных клапанов.Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (примерно в положении поршня в НМТ). Впускные отверстия все еще открыты, поэтому свежий воздух продолжает поступать в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет через верхнюю часть впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется около ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и возгорание. Затем цикл начинается заново.

С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает, нагнетая воздух из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см. Рисунок 2), затем впускные клапаны закрываются, и поршень затем движется обратно в направлении ВМТ при сжатии воздуха до повышенной температуры и давления. Форсунка распыляет топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением сжимается вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте.Наконец, выпускные клапаны открываются, и поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.

Независимо от того, является ли двигатель двухтактным или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух с высоким давлением и высокой температурой ближе к концу компрессионной части цикла. Впрыскиваемое топливо затем подвергается воздействию воздуха под высоким давлением и высокой температурой и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания, которая обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции в сочетании с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как фактические реакции происходят в микросекундном масштабе времени, поэтому жидкостная механика диффузии контролирует скорость реакции.

Значительные усилия были потрачены на изучение путей повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей с ХИ.Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологии двигателей с непрерывным взаимодействием. Некоторые из этих достижений включают в себя прямой впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и уменьшения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя CI к местным видам топлива.Поскольку инженеры и ученые продолжают применять свои знания в фундаментальных исследованиях технологии двигателей с непрерывной интеграцией, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные достижения.

Чем механизм CI отличается от модуля SI?

Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одна из важных причин заключается в том, что собственная топливная эффективность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Характер воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, обеспечивающих высокую топливную эффективность.Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели с ХИ зависят от топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и смешивания этого топлива с воздухом, детонация двигателя предотвращается. Детонация в двигателе — одно из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Второй фактор — это устраненная необходимость в дросселировании двигателя для регулирования выходной мощности. Опять же, поскольку топливо непосредственно впрыскивается и смешивается в камере сгорания, мощность двигателя CI можно регулировать, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей SI, где топливо и воздух предварительно смешаны и по существу однородны при постоянной смеси. соотношение (Heisler, 1999).Это означает, что для поддержания постоянного отношения смеси, если топливо уменьшается, воздух также должен быть уменьшен в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дроссельной заслонки или ограничения всасывания, и это создает значительные газообменные или «перекачивающие» потери. Третий фактор — теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к меньшему отведению тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к более высокому КПД.В качестве дополнительного преимущества гамма или отношение удельных теплоемкостей C _p / C _v выше для двигателей с обедненным горением, чем для двигателей, которые работают со стехиометрией. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пар CO ₂ и H ₂ O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочего тела, что и создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).

Однако у механизма CI есть и несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень прочным, чтобы выдерживать повышенные давления и температуры, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это позволяет создавать двигатели с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивать максимальные обороты двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным. Еще один недостаток двигателей CI — это характер выбросов.Использование сгорания с регулируемой диффузией означает, что существует значительное расслоение между топливом и воздухом, в отличие от однородности смесей бензин / воздух в двигателях SI. Эта стратификация создает твердые частицы (ТЧ) и оксиды азота (NO _x ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты сгорания ХИ представляют опасность для здоровья и окружающей среды. По сути, традиционный двигатель CI не имеет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.

А как насчет биотоплива?

Большая часть текущих и прогнозируемых работ по двигателям CI, по-видимому, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокий КПД (возможно, даже улучшить его), но при этом значительно снизить уровень вредных выбросов и производство парниковых газов. Биотопливо — один из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы выбросов парниковых газов и снижения стоимости импорта нефти.Биотопливо обычно производится из какого-либо типа растительного масла и химически обрабатывается для создания продукта, во многих отношениях имитирующего нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые в этих условиях хорошо растут. Соевые бобы, рапс, масла семян пальмы, ятрофы и каранджи, а также многие другие перерабатываются в качестве топлива. Обычно биотопливо этого типа делится на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из непищевых растений.С химической точки зрения топливо, получаемое из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «продовольствия или топлива» для местной экономики. Непищевое биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже в переработке, но, как правило, позволяет избежать трудностей, связанных с «едой или топливом». Одна из проблем традиционного биодизельного топлива заключается в том, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры. Это кислородсодержащее топливо будет иметь значительно меньшее энергосодержание по сравнению с нефтяным дизельным топливом.Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7-8% по объему по сравнению с дизельным топливом. Это приводит к большему расходу топлива при том же количестве доставляемой энергии. В последнее время была проделана работа в отношении топлива из водорослей или водорослей, которое может дать гораздо больший урожай, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо не склонно к насыщению кислородом, поэтому энергосодержание, как правило, такое же, как и у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс под названием Фишера-Тропша (FT), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1930-х годах. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания длинноцепочечных углеводородов, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько аббревиатур, в зависимости от сырья.Переход от газа к жидкости (GTL), от угля к жидкости (CTL) и от биомассы к жидкости (BTL) — лишь некоторые из этих сокращений. В процессе FT создается дизельное топливо довольно высокого качества — с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии — но этот процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).

Что такое современные двигатели CI?

Двигатели

CI используются во всем мире как источники движущей и стационарной энергии. По мере того как страны с развивающейся экономикой, такие как Индия и Китай, наращивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей с CI перед лицом все более строгих экологических норм, регулирования парниковых газов и спроса на ископаемое топливо. .Существуют ли стратегии, которые позволят движку CI развиваться для удовлетворения нынешних и будущих требований рынка?

Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились некоторых впечатляющих успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет использования передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, усовершенствованное турбомашинное оборудование и утилизация отработанного тепла (термоэлектричество и т. Д.), и почти полное удаление серы из дизельного топлива. Теперь можно гораздо точнее дозировать топливо в камеру сгорания, чтобы обеспечить более плавное сгорание и меньшее загрязнение окружающей среды.Использование рециркуляции выхлопных газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечивая более низкие пиковые температуры сгорания со значительным сокращением NO _x . Достижения в области доочистки, такие как дизельные фильтры твердых частиц (DPF), катализаторы deNO _x (как селективное каталитическое восстановление, так и ловушка обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельного топлива (DOC), в настоящее время используются в современных двигателях CI.

Текущие усовершенствованные работы по сгоранию открыли захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с ХИ, а также для значительного улучшения характеристик выбросов.По мере продвижения исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении способности контролировать выходную мощность за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранять высокую степень сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI). В RCCI топливо с низкой реакционной способностью (такое как бензин, этанол или подобное) вводится в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество топлива с высокой реакционной способностью (например, дизельное топливо, биодизель и т. Д.)). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает стратегию положительного зажигания, позволяющую избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность. RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь за счет еще большего снижения теплопередачи, чем при традиционном дизельном сгорании) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является требование наличия двух форсунок на цилиндр (по одному для каждого вида топлива) и требование либо нести два отдельных топлива, либо нести добавку, повышающую реактивность, для топлива с низкой реактивностью (Curran et al., 2013).

Еще одна захватывающая возможность в мире двигателей CI — это использование топлива с довольно низкой реакционной способностью (бензин, нафта и т. Д.) По сравнению с дизелем, но все же использование двигателя с воспламенением от сжатия и использование длительной задержки воспламенения этих видов топлива для обеспечения некоторый уровень предварительного смешивания при сохранении достаточной стратификации для обеспечения контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытается достичь той же цели, что и использование двойного топлива в RCCI, но для этого путем точного расслоения одного топлива.Этот контроль зажигания может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся местных характеристик смешивания топлива и воздуха, а не от положительного добавления топлива с высокой реактивностью в определенное время. Преимущество состоит в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.

В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание для того, чтобы уровни ТЧ были низкими, и работать в режиме обедненного или разбавленного сгорания, чтобы поддерживать пиковые температуры сгорания ниже 2000K, избегая термического NO. производство.Устойчивость этих новых подходов к горению и воспламенению — это проблема, к которой обращаются несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).

Что ждет двигатели CI в будущем?

По состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынках коммерческих автомобилей и внедорожников. По мере того как во всем мире к выбросам парниковых газов и качеству воздуха применяется все большее нормативное давление, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям.Комбинация высокой плотности энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей с непрерывным включением и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели с непрерывной атмосферой популярным решением для двигательной и стационарной выработки энергии. В этой области продолжаются захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии очистки выхлопных газов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку население мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет.То, как мы решаем транспортные и энергетические проблемы в следующие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жилья среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Представленная рукопись была создана UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргонн»).Аргонн, лаборатория Управления науки Министерства энергетики США, работает в соответствии с Контрактом № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США оставляет за собой и другими лицами, действующими от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию, указанную в указанной статье, на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичное отображение, посредством или от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и распространение на условиях CC-BY (www.creativecommons.org). Автор хотел бы выразить признательность за финансовую поддержку Управлению автомобильных технологий Министерства энергетики США за продвинутую программу по сжиганию топлива в двигателях, управляемую г-ном Гурпритом Сингхом.

Список литературы

Атола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) в качестве возобновляемого дизельного топлива: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и расходом топлива в двигателе большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500.Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . SAE 2004-28-0079. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Курран, С., Хансон, Р., Вагнер, Р., и Райтц, Р. (2013). Картирование КПД и выбросов RCCI в двигателе малой мощности .Технический документ SAE 2013-01-0289. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Frashure, D., Kramlich, J., and Mescher, A. (2009). Технико-экономический анализ добычи промышленного масла из водорослей . Технический документ SAE 2009-01-3235. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Гилл П., Смит Дж. И Зиурис Э. (1954). Основы двигателей внутреннего сгорания , 4-е изд.Аннаполис, Мэриленд: Военно-морской институт США.

Google Scholar

Хейслер, Х. (1999). Транспортные средства и двигатели , 2-е изд. Варрендейл, Пенсильвания: SAE International.

Google Scholar

Хейвуд, Дж. (1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc.

Google Scholar

Калгатги, Г. Т., Рисберг, П., и Ангстрем, Х. Э. (2007). Частично предварительно смешанное самовоспламенение бензина для достижения низкого уровня дыма и низкого уровня выбросов NOx при высокой нагрузке в двигателе с воспламенением от сжатия и сравнение с дизельным топливом .Технический документ SAE 2007-01-0006. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Селльнау М., Фостер М., Хойер К., Мур В., Синнамон Дж. И Хустед Х. (2014). Разработка бензинового двигателя с прямым впрыском и воспламенением от сжатия (GDCI). SAE Int. J. Engines 7, 835–851. DOI: 10.4271 / 2014-01-1300

CrossRef Полный текст | Google Scholar

(PDF) Эксплуатационная характеристика двигателя

16.Суприйо и Н. Синага. Проектирование вихретокового динамометра мощностью 250 кВт, Журнал

Эксерги, Том. 7, No. 3, ISSN: 0216-8685, сентябрь 2011 г.

17. Синага, Назаруддин. Энергосберегающие испытания легковых автомобилей для поддержки программы Smart

вождения в Индонезии, Материалы 10-го национального семинара по машиностроению

(SNTTM X), Кафедра машиностроения, инженерный факультет,

Университет Бравиджая, Маланг, ноябрь 2011 г. .

18. Синага, Назаруддин, Т. Приангкосо, Д. Видаяна и К. Абдуррохман.

Экспериментальное исследование влияния параметров вождения на расход топлива 1500-

Легковых автомобилей объемом 2000 куб. , Маланг, ноябрь 2011 г.

19. Синага, Назаруддин и Б. Прасетио. Экспериментальное исследование характеристик вихретокового динамометра

, журнал Eksergi, Politeknik Negeri Semarang,

Vol.8, № 2, май 2012 г., ISSN: 0216-8685.

20. Синага, Назаруддин и А. Девангга. Испытания и подготовка шасси с водяным тормозом

Руководства пользователя динамометра

, Journal of Rotation, Vol. 14, No. 3, июль 2012 г., ISSN:

1411-027X.

21. Синага, Назаруддин. Интеллектуальное вождение: экономия топлива, повышение качества выбросов и уменьшение аварийности

, доклад, представленный на семинаре Astra-Undip, механический факультет

, инженерный факультет, Университет Дипонегоро, ноябрь 2012 г.

22. Синага, Назаруддин и Мульоно. Экспериментальное исследование влияния Pertamax и топлива

Pertamax-Plus на выбросы выхлопных газов мотоциклов, Proceedings, Национальный

семинар исследовательского и общественного учреждения, Politeknik Negeri Semarang,

2013, ISBN: 978-979-3514- 66-6, страницы 168-172.

23. Синага, Назаруддин и С. Дж. Пурномо. Взаимосвязь положения дроссельной заслонки, двигатель

Вращение и положение шестерни при расходе топлива легковых автомобилей, Eksergi, Energy

Engineering Journal, State Polytechnic Semarang, Vol.9 № 1, январь 2013 г.

24. Синага, Назаруддин. Обучение умному вождению для сокращения выбросов парниковых газов и

транспортных расходов наземного транспорта, продолжение, 12-й национальный семинар по машиностроению

(SNTTM XII), инженерный факультет, Университет Лампунга,

октябрь 2013 г.

25. Синага , Назаруддин, С.Дж. Пурномо и А. Девангга. Разработка моделей эффективного расхода топлива

для легковых автомобилей с бензиновым топливом EFI, Продолжение, 10-й

Национальный семинар по машиностроению (SNTTM XII), инженерный факультет,

Университет Лампунга, октябрь 2013 г.

26. Синага, Назаруддин, Я. Н. Рохмат. Сравнение характеристик бензиновых мотоциклов

и

, Труды, Национальный семинар по технологиям экологически чистой промышленности,

Центр технологий предотвращения промышленных загрязнений (BBTPPI) Семаранг, Министерство промышленности

, Семаранг 21 мая 2014 г.