Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания 25 что это означает
Что такое коэффициент полезного действия двигателя
Порядка 20% тратится на механические потери или, проще говоря, потери на трение внутренних частей двигателя, а также на привод дополнительного навесного оборудования, к которому относится генератор, кондиционер, помпа системы охлаждения и другие агрегаты. Как видите, причина весьма низкого КПД бензиновых агрегатов кроется в больших тепловых и механических потерях, возникающих в процессе работе установок данного типа.
Интересно, что снижение последних в ряде случаев привело к снижению надежности ДВС и эта тенденция особенно заметна в моторах последних поколений. Такие компоненты как поршни, шейки коленвалов и звенья цепей газораспределительного механизма стали компактнее, миниатюрнее. А более жидкие масла при сниженном давлении должны снизить потери на трение в подшипниках и энергетические затраты на смазку.
Потери дизельного двигателя
Противники моторов на "тяжелом топливе", не жалующие их за вибрации, шумность, особенности моментной характеристики (солидный крутящий момент доступен на низких и средних оборотах, но при этом дизели "крутятся" довольно неохотно) и, самое главное, за риск столкнуться с невозможностью запуска зимой из-за замерзшей солярки, наверняка удивятся, узнав о двукратном превосходстве в коэффициенте полезного действия перед бензиновой когортой. Объяснение этому явлению кроется в другом принципе формирования топливно-воздушной смеси и том, как именно происходит ее воспламенение.
Основы двигателя внутреннего сгорания| Министерство энергетики
Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают исключительную управляемость и долговечность, от них в Соединенных Штатах полагается более 250 миллионов транспортных средств, работающих по шоссе. Наряду с бензином или дизельным топливом они также могут использовать возобновляемые или альтернативные виды топлива (например, природный газ, пропан, биодизель или этанол). Их также можно комбинировать с гибридными электрическими силовыми агрегатами для увеличения экономии топлива или подключаемыми гибридными электрическими системами для расширения ассортимента гибридных электромобилей.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?
Горение, также известное как горение, - это основной химический процесс высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу. Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал.В конечном итоге, это движение приводит в движение колеса автомобиля через систему шестерен трансмиссии.
В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия. Большинство из них представляют собой четырехтактные двигатели, что означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня. Цикл включает четыре различных процесса: впуск, сжатие, сгорание, рабочий ход и выпуск.
Бензиновые двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели с воспламенением от сжатия различаются по способу подачи и воспламенения топлива.В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время процесса впуска. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода. В дизельном двигателе только воздух вводится в двигатель, а затем сжимается. Затем дизельные двигатели распыляют топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозированной скоростью, вызывая его возгорание.
Улучшение двигателей внутреннего сгорания
За последние 30 лет исследования и разработки помогли производителям снизить выбросы ДВС таких загрязняющих веществ, как оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM), более чем на 99%, чтобы соответствовать стандартам выбросов EPA. .Исследования также привели к улучшению характеристик ДВС (мощность в лошадиных силах и время разгона 0-60 миль в час) и эффективности, помогая производителям поддерживать или увеличивать экономию топлива.
Узнайте больше о наших передовых исследованиях и разработках двигателей внутреннего сгорания, направленных на повышение энергоэффективности двигателей внутреннего сгорания с минимальными выбросами.
.Оценка производительности двигателя внутреннего сгорания
Характеристики двигателя внутреннего сгорания могут сильно отличаться от значений, указанных в его каталоге. Поэтому рекомендуется запросить дополнительную информацию по конкретному объекту у поставщика, чтобы лучше понять ожидаемую производительность оборудования.
Сравнение производительности и эффективности различных машин кажется несложной задачей. В конце концов, что может быть трудным, если подсчитать разные числа и сказать, какое из них больше? Что ж, с оценкой двигателей не все так просто.
Эффективность оборудования для выработки электроэнергии зависит от множества факторов, многие из которых зависят от места и применения. Чтобы усложнить ситуацию, поставщики оборудования часто определяют свои значения эффективности для различных эталонных условий, которые трудно интерпретировать никому, кроме специалистов.
Как возникают различия
Есть много факторов, которые влияют на фактическую производительность оборудования для выработки электроэнергии. Наиболее очевидные из них - это условия окружающей среды и качество топлива.Это означает, что фактические характеристики оборудования при установке на месте и эксплуатации в коммерческих целях будут значительно отличаться от значений, указанных в каталоге. Эти отклонения, естественно, будут иметь разные характеристики даже для очень похожего оборудования в зависимости от конструкции. Это означает, что, скажем, даже если машина A более эффективна, чем машина B в номинальных условиях, это не обязательно будет так же в реальных условиях площадки.
Чтобы усложнить ситуацию, номинальные значения также часто выражаются для разных наборов условий или с разными предположениями, которые могут быть или не могут быть указаны явно.Это делает реалистичное сравнение производительности сайта для разных движков сложным и трудоемким.
На определенном этапе неизбежно потребуется получить от поставщика оборудования более полный набор данных, выходящий за рамки единственной таблицы, представленной в листе каталога. Тем не менее, понимание некоторых общих принципов может облегчить раннюю оценку возможностей оборудования, даже с учетом информации в каталоге. Здесь мы более подробно рассмотрим эти принципы и их применимость к двигателям внутреннего сгорания.
Условия окружающей среды
Двигатели внутреннего сгорания относятся к числу технологий, наиболее устойчивых к изменениям окружающей среды. Тем не менее, при очень высоких температурах показатели производительности ухудшаются. На основе практического опыта можно предположить, что рабочие параметры будут идентичными или очень близкими к номинальным значениям до температуры от 30 до 35 ° C. Более того, производительность может незначительно снизиться как с точки зрения эффективности, так и производительности. Влажность тоже влияет на работоспособность.Чем выше относительная влажность, тем ниже температура, при которой характеристики двигателя начинают ухудшаться. Двигатели также могут быть чувствительны к снижению давления воздуха на большой высоте.
Как правило, параметры двигателей указаны в каталоге для условий ISO 3046: температура окружающей среды 25 ° C, относительная влажность 30% и давление окружающей среды 100 кПа. Это означает, что они подходят для работы в умеренном или прохладном климате, с возможными исключениями в самые жаркие или самые холодные дни.Однако для более экстремальных климатических условий, особенно для чрезвычайно жарких и влажных случаев, всегда следует учитывать снижение номинальных характеристик и снижение эффективности.
Рис. 1 - Давление и температура окружающего воздуха могут влиять на мощность двигателя. Обратите внимание, что в случае более высоких температур снижение номинальных характеристик начинается уже на более низких высотах. Это показывает, насколько важно использовать полную информацию об условиях сайта. (Щелкните изображение, чтобы увидеть его полностью.)
Нагрузка
Очевидно, что КПД двигателя зависит от его нагрузки.Это особенно важно для установок, которые не должны работать с полной нагрузкой в течение значительного времени. К счастью, в случае более крупных электростанций, силовая установка с двигателем внутреннего сгорания позволяет достичь частичных нагрузок, отключая отдельные генераторы, сохраняя при этом максимальную нагрузку других, насколько это возможно. Тем не менее, иногда бывает необходимо эксплуатировать двигатели с частичной нагрузкой из-за других соображений (например, для поддержания резерва вращения), и эффективность неизбежно снижается.Тем не менее, можно отметить, что кривая эффективности двигателя обычно намного более пологая, чем у другого оборудования.
Рис. 2 - Одной из выдающихся особенностей технологии двигателей внутреннего сгорания является плоская кривая эффективности нагрузки. На этой диаграмме показаны такие кривые для десятидвигательной установки, работающей двумя разными способами. Оранжевая кривая представляет собой управление нагрузкой путем выключения отдельных двигателей при сохранении нагрузки других, близких к номинальной. Черная кривая представляет ситуацию, когда все двигатели разгружены вместе, как в случае с установками, которым необходимо поддерживать резерв вращения.(Щелкните изображение, чтобы увидеть его полностью.)
Коэффициент мощности
Генератор переменного тока вырабатывает не только активную мощность, но и определенное количество реактивной мощности. Обычно это описывается значением, называемым коэффициентом мощности (или p.f.). П.ф. представляет собой отношение активной мощности к полной мощности. Наибольшее значение п.ф. составляет 1,0 и соответствует чисто резистивной нагрузке. Это также значение, когда генератор и, следовательно, генераторная установка достигают максимальной эффективности.Во многих случаях коэффициент мощности, равный 1,0, используется в качестве точки для определения номинальных параметров, опубликованных в технических паспортах оборудования. С другой стороны, в некоторых других данных каталога производительность определяется для относительно низкого значения 0,8, которое является типичным параметром конструкции генератора.
К сожалению, в реальной жизни коэффициент мощности никогда не соответствует идеализированным значениям. В большинстве приложений он составляет от 0,90 до 0,95. Это означает, что если номинальный КПД генераторной установки определен на стр.f. = 1.0, фактическое значение всегда будет ниже. И, если номинал определен на п.п. = 0,8, то в реальных условиях будет выше, чем указано в каталожных листах. Здесь очевидно, что если значения для двух разных машин определены для двух разных коэффициентов мощности, они не будут сопоставимы.
Оптимизация выбросов
Как и в случае с любой другой технологией сжигания топлива, двигатели внутреннего сгорания выделяют определенное количество загрязняющих веществ.С точки зрения производительности, наиболее важной группой загрязнителей являются оксиды азота или NOx.
Образование NOx является неизбежным побочным продуктом процесса горения, поэтому полностью исключить его невозможно. Однако есть способы его уменьшить. Фактически, самые последние экологические нормы требуют от нас принятия таких мер. Это можно сделать двумя способами: основным и второстепенным. Основные методы направлены на предотвращение образования загрязняющих веществ, а второстепенные - на очистку выхлопных газов.
В современных двигателях внутреннего сгорания могут применяться как первичные, так и вторичные меры по снижению выбросов NOx. Вторичные методы не влияют на производительность генераторной установки. Первичные - делают, поскольку оптимизация процесса сгорания для снижения выбросов влечет за собой определенное снижение эффективности.
Обычно данные каталога для генераторной установки приводятся для оборудования, оптимизированного для достижения максимальной эффективности и, следовательно, относительно высокого уровня выбросов NOx. Газовые двигатели обычно проектируются так, чтобы соответствовать целевому показателю NOx в 500 мг / м³N, определенному при эталонном содержании кислорода 5%, также иногда называемом уровнем «TA-Luft», по названию немецкого стандарта выбросов 2002 года.К сожалению, этот стандарт уже устарел, и во многих юрисдикциях требуется более строгий контроль выбросов.
Большинство конструкций газовых двигателей можно оптимизировать для соответствия более строгим уровням выбросов с помощью основных методов, обычно до «½ TA-Luft» или даже ниже, до 200 мг / м³ при 5% O2 (75 мг / м³N при выражении для 15 % уровня кислорода). Это соответствует действующей Директиве ЕС по промышленным выбросам. Такая оптимизация выбросов обычно приводит к снижению эффективности примерно на 1.0-1,5 процентных пункта. Конечно, также можно использовать двигатель с более высоким КПД и очистку дымовых газов SCR. Или определенная комбинация обоих мер. Оптимальное решение выбирается на основе технико-экономического анализа для конкретного проекта, в котором повышенная стоимость генерации, вызванная оптимизацией двигателя, сравнивается с инвестиционными и эксплуатационными затратами на систему SCR.
Рис. 3 - Ухудшение характеристик газового двигателя связано с более низкой теплотворной способностью топливного газа.Обратите внимание, что до некоторой степени падение LHV может быть компенсировано более высоким давлением подачи газа. (Щелкните изображение, чтобы просмотреть его полностью.)
Износ и истощение
Как и любое другое оборудование, двигатели внутреннего сгорания также страдают от износа, и его рабочие характеристики ухудшаются во время работы. К счастью, это ухудшение в большинстве случаев полностью обратимо во время капитального ремонта, когда двигатели возвращаются к их номинальным параметрам. Здесь важно отметить, что в большинстве конструкций ухудшение влияет только на эффективность, в то время как выходная мощность остается на номинальном уровне.Тем не менее, помните, что средний КПД моторной установки будет несколько ниже номинальных значений, указанных для реальных условий на площадке. Величина этого ухудшения зависит от конструкции двигателя и программы его обслуживания.
Свойства топлива
Обычно двигатели внутреннего сгорания могут работать с самыми разными видами топлива и свойствами. Тем не менее, есть ограничения. Некоторые из них являются абсолютными, и в этом случае невозможно или безопасно эксплуатировать двигатель ниже или выше определенного значения.Другие являются условными, что означает, что их превышение разрешено, но может вызвать некоторое снижение характеристик или снижение эффективности двигателя. Типичные случаи включают теплотворную способность или метановое число. Превышение этих минимумов приведет к определенному снижению производительности или эффективности.
Таким образом, очень важно проверить, соответствует ли рассматриваемое топливо стандартной спецификации. В противном случае запросите у поставщика показатели производительности, действительные для конкретного типа топлива.
Допуск
Это самая сложная проблема, с которой могут быть незнакомы даже многие инженеры.Часто в технических паспортах или каталогах среди условий, для которых указаны данные, вы можете встретить такие утверждения, как «допуск ISO», «допуск согласно ISO 3046» или «допуск 5%». Он напрямую связан со стандартом ISO 3046 «Поршневые двигатели внутреннего сгорания - рабочие характеристики». Этот стандарт гласит, что «если не указано иное, более высокий расход [топлива] на + 5% разрешен для удельного расхода топлива, заявленного при заявленной мощности».
Это означает, что если какое-либо значение расхода топлива указано «с допуском по ISO 3046», на самом деле двигатель может иметь расход топлива до 5% выше, но технически все еще соответствовать указанному значению.Кроме того, любая эффективность, заявленная с «допуском ISO», может быть на 5% (примечание: не процентные пункты, а процент) ниже. Например, генераторная установка с заявленной эффективностью 48,0% «с допуском по ISO» может фактически достичь только 48,0 / 1,05 = 45,7%. На самом деле, более чем вероятно, что он достигнет только такой стоимости. Исторически этот допуск действительно использовался для учета различий между отдельными двигателями, покидающими производственную линию. Однако с современными методами производства эти различия по большей части ушли в прошлое.К сожалению, сейчас концепция толерантности используется для предоставления завышенных значений эффективности во многих публикациях. К сожалению, это тоже ловушка для тех, кто не знаком с особенностями двигателестроения. Это также создает угрозу сравнения яблок с апельсинами, когда один лист данных содержит допуск 5%, а другой - нет. Таким образом, всякий раз, когда значение допуска не указано явно, рекомендуется попросить поставщика предоставить явное заявление о допусках, поскольку разница составляет 5% (то есть примерно 2.0–2,5 процентных пункта в зависимости от дизайна) далеко не незначительно.
Рис. 4 - Некоторые из более крупных двигателей, такие как этот Wärtsilä 50SG или другие конструкции Wärtsilä, оснащены масляными и водяными насосами, которые приводятся в действие непосредственно от вала двигателя. В некоторых других конструкциях, где насосы имеют электрическое питание, это приводит к увеличению внутреннего потребления топлива установкой.
Чистая мощность и оборудование с приводом от двигателя
В случае технологии двигателей, собственное потребление электроэнергии не очень велико.Однако значительные различия могут быть вызваны разным дизайном. В основном это из-за насосов. Каждому двигателю для работы требуется несколько насосов: обычно это насосы смазочного масла, насосы охлаждающей воды и - если топливо жидкое - топливные насосы. Разница в том, что в некоторых конструкциях двигателей, обычно в более крупных среднеоборотных двигателях, насосы приводятся в движение механическим валом двигателя. Это означает, что об их потреблении энергии «позаботятся» еще до выработки электроэнергии. Но для некоторых других двигателей, особенно для небольших высокоскоростных двигателей, в которых используются электрические насосы, это приведет к увеличению собственного потребления установки.
Собственное потребление также может зависеть от условий окружающей среды. Это связано с тем, что на большинстве электростанций с двигателями отработанное тепло отводится через радиаторы, приводимые в движение электрическими вентиляторами. Скорость вращения вентиляторов, которые обычно являются крупнейшими потребителями электроэнергии на таком предприятии, регулируется для обеспечения надлежащего охлаждения охлаждающей воды. Чем горячее окружающий воздух, тем выше требуемый воздушный поток, что также увеличивает потребление электроэнергии. Поскольку фактическое потребление зависит от конкретных условий на объекте и конфигурации установки, это обычно не параметр, указанный в каталогах.Поэтому рекомендуется запрашивать приблизительную стоимость у продавцов.
Заключение
Суть в том, что «номинальные» параметры, взятые прямо из каталога, почти никогда не представляют значений, достижимых в реальных условиях объекта, даже когда все оборудование новое.
Хотя в некоторых случаях (умеренный климат, работа с полной нагрузкой, отсутствие необходимости в оптимизации выбросов в процессе сгорания), относительно легко преобразовать параметры каталога в значения, достижимые в условиях объекта без дополнительных знаний.В других приложениях это будет невозможно без запроса дополнительной информации у поставщиков.
Это означает, что более высокая эффективность каталога определенного типа двигателя может не обязательно означать, что эффективность сайта конструкции будет выше, чем у конкурентов, даже если параметры каталога выражены для идентичных условий.
В конечном итоге производительность придется определять для конкретных условий эксплуатации. Поэтому рекомендуется запрашивать дополнительные данные на этапе технико-экономического обоснования электростанции.Это обеспечит реалистичность ожидаемой производительности оборудования для рассматриваемого участка.
Заявление об отказе от ответственности
Все значения, указанные в этой статье, особенно на диаграммах, предназначены только для иллюстрации определенных явлений. Они не представляют собой какой-либо конкретный продукт или дизайн.
.Эффективность преобразования топлива - x-engineer.org
Двигатели внутреннего сгорания производят механическую работу (мощность) за счет сжигания топлива. В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает). Этот термодинамический процесс выделяет тепла , которое частично преобразуется в механической энергии .
Рассмотрим двигатель внутреннего сгорания как систему с определенной границей. В исходном состоянии двигатель будет содержать около реагентов , в основном топливо и воздух.После процесса сгорания двигатель будет в конечном состоянии, содержащем продуктов сгорания (выхлопные газы).
Изображение: Схема процесса горения
Применение первого закона термодинамики к нашей системе двигателя между начальным и конечным состояниями дает:
\ [Q_ {RP} - W_ {RP} = U_P - U_R \ tag {1} \]где:
Q [Дж] - теплопередача
Вт [Дж] - механическая работа
U [Дж] - внутренняя энергия
Т [K] - температура
p [Па] - давление
В [ м 3 ] - объем
Эффективность сгорания
В реальных двигателях процесс сгорания является неполным .Это означает, что не вся энергия топлива, подаваемого в двигатель, высвобождается в процессе сгорания. Есть несколько факторов, которые могут влиять на процесс сгорания, наиболее важными из которых являются воздухозаборник и распыление топлива (размер капель).
Для горения топлива внутри цилиндра требуется воздух (кислород). Если кислорода недостаточно, то сгорает не все топливо, поэтому при сгорании выделяется только часть энергии (например, около 96%).
Если мы проанализируем выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, мы увидим, что он содержит как продуктов неполного сгорания (монооксид углерода CO, оксиды азота NO x , несгоревшие углеводороды HC, сажа PM), так и продуктов полного сгорания. (диоксид углерода CO 2 и вода H 2 O).
Изображение: Функция эффективности сгорания от соотношения топливно-воздушного эквивалента
Если двигатель работает в условиях эксплуатации на обедненной смеси , количество продуктов неполного сгорания невелико из-за избытка кислорода. В рабочих условиях богатых эти количества становятся более существенными, поскольку кислорода недостаточно для полного сгорания топлива.
Поскольку часть химической энергии топлива не полностью выделяется внутри двигателя во время процесса сгорания, полезно определить эффективность сгорания.
Эффективность сгорания η c [-] определяется как соотношение между энергией, выделяемой сгоревшим топливом, и теоретическим содержанием энергии в массе топлива в течение одного полного цикла двигателя.
\ [\ eta_c = \ frac {H_R (T_A) - H_P (T_A)} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {2} \]где:
H R [J] - энтальпия ( внутренняя энергия) реагента
H P [Дж] - энтальпия (внутренняя энергия) продукта
T A [K] - температура окружающей среды
м f [кг] - масса топлива, введенного за цикл
Q HV [Дж / кг] - теплотворная способность топлива
Теплотворная способность
Теплотворная способность (также известная как энергетическая ценность или теплотворная способность ) фиксированного количества топлива - это количество тепла. выделяется при его сгорании.Теплота сгорания топлива - это величина теплоты реакции, измеренная при постоянном давлении / объеме и стандартной температуре (26 ° C) для полного сгорания единицы массы топлива.
Любое топливо имеет два типа теплотворной способности:
- более высокая теплотворная способность (HHV), также известная как общая теплотворная способность
- более низкая теплотворная способность (LHV), также известная как теплотворность нетто (определяется вычитая теплоту испарения воды из более высокой теплотворной способности)
В качестве примера в таблице ниже мы можем увидеть теплоту сгорания для наиболее распространенных и альтернативных видов топлива, используемых в двигателях внутреннего сгорания:
| Топливо | Нижняя теплотворная способность [МДж / кг] | Высшая теплотворная способность [МДж / кг] |
| Водород | 119.96 | 141,88 |
| Природный газ | 47,13 | 52,21 |
| Обычный бензин | 43,44 | 46,52 |
| Обычное дизельное топливо | 4511729,84 | |
| Сжиженный углеводородный газ (СНГ) | 46,60 | 50,14 |
| Сжиженный природный газ (СПГ) | 48.62 | 55,19 |
| Бутан | 45,27 | 49,20 |
| Пропан | 46,28 | 50,22 |
Эффективность термического преобразования
Фактическая величина работы на цикл преобразования топлива связана химическая энергия, выделяемая в процессе сгорания.
Эффективность термического преобразования определяется как соотношение между работой за цикл W c [Дж] и энергией, выделяемой сгоревшим топливом.
\ [\ eta_t = \ frac {W_c} {H_R (T_A) - H_P (T_A)} \ tag {3} \]Эффективность термического преобразования показывает, какая часть сгоревшего топлива превращается в полезную механическую работу.
Эффективность преобразования топлива
Эффективность преобразования топлива определяется как соотношение между полезной механической работой, производимой двигателем, и теоретическим содержанием энергии в массе топлива.
\ [\ eta_f = \ frac {W_c} {m_f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {4} \]Работа за цикл Вт c [Дж] может быть записана как функция мощности и скорости двигателя :
\ [W_c = \ frac {P \ cdot n_R} {N} \ tag {5} \]где:
P [W] - мощность двигателя (указанная)
N [rot / s] - частота вращения двигателя
n R [-] - количество оборотов коленчатого вала для каждого рабочего хода на цилиндр
Масса топлива , используемая на цикл двигателя m f [кг] может быть записана как функция массового расхода топлива и частоты вращения двигателя:
\ [m_f = \ frac {\ dot {m} _f \ cdot n_R} {N} \ tag {6} \], где m f (точка) [кг / с] - массовый расход топлива.
Замена (5) и (6) на (4) дает выражение для функции эффективности преобразования топлива для мощности двигателя, массового расхода топлива и теплотворной способности топлива:
\ [\ eta_f = \ frac {P} {\ dot {m} _f \ cdot Q_ {HV}} \ tag {7} \]Удельный расход топлива двигателя SFC [кг / Дж] - это соотношение между массовым расходом топлива и указанной мощностью двигателя:
\ [SFC = \ frac {\ dot {m} _f} {P} \ tag {8} \]Замена (8) в (7) дает выражение для функции эффективности преобразования топлива для удельного расхода топлива и теплотворной способности топлива:
\ [ \ eta_f = \ frac {1} {\ text {SFC} \ cdot Q_ {HV}} \ tag {9} \]Эффективность преобразования топлива также является продуктом между эффективностью сгорания и эффективностью термического преобразования.6} = 0,307 \]
Эффективность преобразования топлива двигателя составляет 30,7%.
Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!
.Как работает двигатель внутреннего сгорания - x-engineer.org
Подавляющее большинство автомобилей (легковые и коммерческие), которые продаются сегодня, оснащены двигателями внутреннего сгорания . В этой статье мы расскажем, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания .
Двигатель внутреннего сгорания классифицируется как тепловой двигатель . Он называется внутренний , потому что сгорание топливовоздушной смеси происходит внутри двигателя, в камере сгорания, а некоторые сгоревшие газы являются частью нового цикла сгорания.
В основном двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию горящей топливовоздушной смеси в механическую энергию . Он называется 4 такта , потому что для выполнения полного цикла сгорания поршню требуется 4 хода. Полное название двигателя легкового автомобиля: 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания , сокращенно ICE (Двигатель внутреннего сгорания).
Теперь давайте посмотрим, какие компоненты являются основными компонентами ДВС.
 Изображение: Детали двигателя внутреннего сгорания (DOHC) | Обозначение:
ВМТ - верхняя мертвая точка НМТ - нижняя мертвая точка |
Головка блока цилиндров ( 8) обычно содержит распределительный вал (ы), клапаны, клапанные лопатки, возвратные пружины клапана, свечи зажигания / накаливания и форсунки (для двигателей с прямым впрыском).Через головку блока цилиндров протекает охлаждающая жидкость двигателя.
Внутри блока цилиндров (12) мы можем найти поршень, шатун и коленчатый вал. Что касается головки блока цилиндров, то через блок цилиндров течет охлаждающая жидкость, которая помогает контролировать температуру двигателя.
Поршень перемещается внутри цилиндра из НМТ в ВМТ. Камера сгорания - это объем, создаваемый между поршнем, головкой блока цилиндров и блоком двигателя, когда поршень находится близко к ВМТ.
На рисунке 1 мы можем изучить полный набор механических компонентов ДВС.Некоторые компоненты неподвижны (например, головка блока цилиндров, блок цилиндров), а некоторые из них движутся. На рисунке ниже мы рассмотрим основную движущуюся часть ДВС, которая преобразует давление газа в цилиндре в механическую силу.
Изображение: Движущиеся части двигателя внутреннего сгорания
Обозначения:
- звездочка распределительного вала
- поршень
- коленчатый вал
- шатун
- клапан
- ковш клапана
- распредвал
Вращение синхронизированного вала распределительного вала составляет с вращением коленчатого вала через зубчатый ремень или цепь.Положение впускного и выпускного клапанов должно быть точно синхронизировано с положением поршня, чтобы циклы сгорания проходили соответствующим образом.
Полный цикл двигателя для 4-тактного ДВС включает следующие фазы (такты):
- впуск
- сжатие
- мощность (расширение)
- выпуск
Ход - это движение поршня между двумя мертвыми центры (нижний и верхний).
Теперь, когда мы знаем, какие компоненты ДВС, мы можем изучить, что происходит на каждом такте цикла двигателя.В приведенной ниже таблице вы увидите положение поршня в начале каждого хода и подробную информацию о событиях, происходящих в цилиндре.
Ход 1 - ВПУСК
| Такт впуска двигателя внутреннего сгорания | В начале такта впуска поршень близок к ВМТ. Впускной клапан открывается, поршень начинает двигаться в сторону НМТ. Воздух (или топливовоздушная смесь) втягивается в цилиндр. Этот ход называется ВПУСКОМ, потому что в двигатель попадает свежий воздух / смесь.Такт впуска заканчивается, когда поршень находится в НМТ. Во время такта впуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается из-за инерции компонентов). |
Ход 2 - СЖАТИЕ
| Такт сжатия двигателя внутреннего сгорания | Такт сжатия начинается с поршня при НМТ после завершения такта впуска. Во время такта сжатия оба клапана, впускной и выпускной, закрываются, и поршни движутся в направлении ВМТ.Когда оба клапана закрыты, воздух / смесь сжимаются, достигая максимального давления, когда поршень находится близко к ВМТ. Прежде, чем поршень достигнет ВМТ (но очень близко к нему), во время такта сжатия:
Во время такта сжатия двигатель потребляет энергии (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов) больше, чем такт впуска. |
Ход 3 - МОЩНОСТЬ
| Рабочий ход двигателя внутреннего сгорания | Рабочий ход начинается с поршня в ВМТ.Оба клапана, впускной и выпускной, по-прежнему закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в конце такта сжатия, что приводит к значительному увеличению давления внутри цилиндра. Давление внутри цилиндра толкает поршень вниз по направлению к НМТ. Только во время рабочего такта двигатель вырабатывает энергию. |
Ход 4 - ВЫПУСК
| Такт выпуска двигателя внутреннего сгорания | Такт выпуска начинается с поршня в НМТ после завершения рабочего такта.Во время этого хода выпускной клапан открыт. Движение поршня от НМТ к ВМТ выталкивает большую часть выхлопных газов из цилиндра в выхлопные трубы. Во время такта выпуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается из-за инерции компонентов). |
Как видите, для того, чтобы иметь цикл полного сгорания (двигатель), поршень должен совершить 4 хода. Это означает, что на один цикл двигателя уходит за два полных оборота коленчатого вала (720 °).
Единственный ход, который производит крутящий момент (энергию), - это рабочий ход , все остальные потребляют энергию.
Линейное движение поршня преобразуется в вращательное движение коленчатого вала через шатун.
Для лучшего понимания мы суммируем исходное положение поршня, положение клапана и баланс энергии для каждого хода.
| Порядок хода | Название хода | Исходное положение поршня | Состояние впускного клапана | Состояние выпускного клапана | Энергетический баланс33 | TDC | Открыто | Закрыто | Потребляет |
| 2 | Сжатие | BDC | Закрыто | Закрыто | Потребляет |
| 3 | Мощность | TDC | Закрыто | Закрыто | Производит |
| 4 | Выхлоп | BDC | Закрыто | Открыто | Потребляет |
На анимации ниже вы можете ясно увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания.Обратите внимание на положение поршня, положение клапана, момент зажигания и последовательность ходов.
Анимация двигателя внутреннего сгорания
В следующих статьях мы более подробно рассмотрим параметры, характеристики и компоненты двигателя внутреннего сгорания. Если у вас есть вопросы или комментарии по поводу этой статьи, используйте форму ниже для публикации.
Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!
Проверьте свои знания в области двигателей внутреннего сгорания, пройдя тест ниже:
ВИКТОРИНА! (щелкните, чтобы открыть)
.
