С чего начинался четырехтактный двигатель

Автоцентр Новости Ретро С чего начинался четырехтактный двигатель — вклад Отто

Марка

Модель

Оставьте ваши контактные данные:

По телефону

На почту

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

• День/дата
• Сегодня
• Завтра
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16

Часы

• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20

Минуты

• 10
• 20
• 30
• 40
• 50

Отправляя заявку я предоставляю свое согласие на сбор и обработку предоставленных мною личных персональных данных в соответствии с Законом Украины «О защите персональных данных»

Оставьте ваши контактные данные:

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

• День/дата
• Сегодня
• Завтра
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16

Часы

• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20

Минуты

• 10
• 20
• 30
• 40
• 50

Прямо сейчас

Отправляя заявку я предоставляю свое согласие на сбор и обработку предоставленных мною личных персональных данных в соответствии с Законом Украины «О защите персональных данных»

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

• Сначала выберите дилера

Модель

• Сначала выберите марку

Отправляя заявку я предоставляю свое согласие на сбор и обработку предоставленных мною личных персональных данных в соответствии с Законом Украины «О защите персональных данных»

Sample Text

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

• Сначала выберите дилера

Модель

• Сначала выберите марку

Уточните удобное время для тест-драйва:

День/дата

• День/дата
• Сегодня
• Завтра
• 11 декабря
• 12 декабря
• 13 декабря
• 14 декабря
• 15 декабря
• 16 декабря
• 17 декабря
• 18 декабря
• 19 декабря
• 20 декабря
• 21 декабря
• 22 декабря
• 23 декабря

Часы

• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20

Минуты

• 00
• 10
• 20
• 30
• 40
• 50

Отправляя заявку я предоставляю свое согласие на сбор и обработку предоставленных мною личных персональных данных в соответствии с Законом Украины «О защите персональных данных»

X

Оберіть мовну версію сайту. За замовчуванням autocentre.ua відображається українською мовою.

Слава Україні! Героям слава!
Ви будете перенаправлені на українську версію сайту через 10 секунд

Четырёхтактный двигатель | это… Что такое Четырёхтактный двигатель?

Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты

Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта). Этими тактами являются:

1. Впуск — (такт впуска, поршень идёт вниз) свежая порция топливо-воздушной смеси всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.
2. Сжатие (такт сжатия, поршень идёт вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и топливо-воздушная смесь сжимается в объёме.
3. Рабочий ход (такт рабочего хода, поршень идёт вниз) сжатое топливо воспламеняется свечой зажигания, расположенной над поршнем, при сгорании высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз. Фактически на такте рабочего хода происходит работа двигателя.
4. Выпуск (такт выпуска, поршень идёт вверх) на этом такте открываются выпускные клапаны, и выхлопные газы, проходя через них, очищают цилиндр.

По окончании 4-го такта всё повторяется в том же порядке.

Содержание 1 История 1.1 Цикл Отто 2 Октановое число топлива 3 Факторы, ограничивающие мощность двигателя 4 Потоки через впускной и выпускной каналы 5 Принудительное нагнетание воздуха в цилиндры 6 Турбонагнетание 7 Отношение длины шатуна к длине хода поршня 8 Газораспределительный механизм 9 Баланс энергии 10 Применение 11 Примечания

История

Цикл Отто

Идеализированный цикл Отто, показанный в координатах давление (Р) и объём (V):  такт впуска(A) , представляющий собой изобарическое расширение; за ним следует  такт сжатия (B) , представляющий собой адиабатический процесс. Далее следуют сжигание топлива, которое является изохорическим процессом, и адиабатическое расширение, характеризующие  такт рабочего хода (C) . Цикл завершается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующими
 такт выпуска (D) . TDC — верхняя мёртвая точка; BDC — нижняя мёртвая точка

Основная статья: Цикл Отто

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован Алфоном де Роше (англ.) в 1861 году. До этого около 1854—1857 годов два итальянца (Евгенио Барсанти и Феличе Матоцци) изобрели двигатель, который, по имеющейся информации, мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель, однако тот патент был утерян.

Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип сегодня известен, в основном, как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий свечи зажигания, часто называется двигателем Отто.

Цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В случае четырёхтактного цикла Отто имеется также изобарическое сжатие и изобарическое расширение, которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли в сообщении рабочему газу теплоты или в совершении газом работы.

Sorry, your browser either has JavaScript disabled or does not have any supported player.
You can download the clip or download a player to play the clip in your browser.

Это видеоролик о работе двигателя Отто. (2 мин 16 сек, 320×240, 340 кбит/с)

Октановое число топлива

Основная статья: Октановое число

Мощность на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания передаётся на вал от расширяющихся газов, в основном, во время такта рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до очень малого объёма повышает эффективность рабочего хода, но увеличение степени сжатия в цилиндре также сильнее нагревает сжимающуюся топливо-воздушную смесь (согласно закону Шарля).

Если топливо легковоспламеняемое, с низкой температурой вспышки, то это может привести к возгоранию топливо-воздушной смеси до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Это, в свою очередь, будет заставлять поршень двигаться в сторону, противоположную требуемому направлению вращения коленчатого вала. Топливо, которое воспламеняется в верхней мёртвой точке, но до того, как поршень начнёт двигаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за наличия в малом объёме очень большого количества тепловой энергии, не имеющей возможности выхода. Это повреждение часто проявляет себя как стук двигателя, и оно ведёт к перманентному повреждению двигателя, если случается постоянно.

Октановое число является мерой сопротивления топлива к самовоспламенению под воздействием возрастающих температур. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют осуществлять более высокую степень сжатия без риска повреждения двигателя вследствие самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей самовоспламенение необходимо. Они предотвращают возможное повреждение двигателей путём раздельного впрыска топлива под большим давлением в цилиндр очень незадолго до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Воздух без топлива может быть сжат очень сильно без опасности самовоспламенения, и в то же время, находящееся под высоким давлением топливо в системе подачи топлива не может самовоспламениться без присутствия воздуха.

Факторы, ограничивающие мощность двигателя

Четырёхтактный цикл
1=верхняя мёртвая точка
2=нижняя мёртвая точка
 A: такт впуска 
 B: такт сжатия 
 C: такт рабочего хода 
  D: такт выпуска 

Максимальная мощность двигателя вырабатывается при максимальном количестве всасываемого воздуха. Мощность, вырабатываемая поршневым двигателем, связана с его размерами (объёмом цилиндра), объёмным КПД, потерь энергии, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Это справедливо как для двухтактных, так и для четырёхтактных двигателей. Частота вращения в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На слишком высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения и дрожание поршневых колец, и это приводит к потерям энергии и даже разрушению двигателя. Поршневые кольца колеблются вертикально в каналах, в которых они находятся. Эти колебания колец ухудшают уплотнение между кольцами и стенками цилиндра, что приводит к потерям давления в цилиндре и мощности. Если вал двигателя вращается слишком быстро, то пружины клапанов не успевают достаточно быстро срабатывать, и клапана не успевают закрываться. Эта ситуация называется «плаванием клапанов» (англ.), и она может привести к контакту поршня и клапанов, вызвав серьёзные повреждения. На высоких скоростях условия смазки на границе поверхностей поршня и цилиндра ухудшаются. Это ограничивает скорость поршней промышленных двигателей величиной около 10 м/с.

Потоки через впускной и выпускной каналы

Выходная мощность двигателя зависит от всасывающей способности, и от возможностей выхлопных газов быстро перемещаться через клапанные каналы, как правило расположенные в головках цилиндров (англ. ). Для увеличения выходной мощности можно минимизировать количество изгибов тех каналов, по которым движутся всасываемые и выхлопные потоки, а также сделать их более плавными, благодаря чему уменьшится сопротивление этим потокам. Для этого радиусы поворотов клапанных каналов и сёдла клапанов можно модифицировать таким образом, чтобы их аэродинамическое сопротивление было минимальным. Можно, кроме того, использовать разделение потока на несколько частей.

Принудительное нагнетание воздуха в цилиндры

Один из путей увеличения мощности — это принудительное нагнетание дополнительного количества воздуха в цилиндры, благодаря чему при каждом рабочем ходе может вырабатываться больше мощности. Такое принудительное нагнетание может производиться некоторыми типами компрессорных устройств, называемых нагнетателями. Последние могут приводиться в движение от коленчатого вала или выхлопных газов.

Нагнетание повышает предел мощности двигателя внутреннего сгорания при том же самом объёме цилиндра. В общем случае, нагнетатель всегда работает, но есть конструкции, позволяющие отключать его, или позволяющие ему работать с разными скоростями (относительно скорости двигателя).

Недостатком механически осуществляемого нагнетания является то, что часть выходной мощности расходуется на приведение в движение нагнетателя. Воздух в цилиндре сжимается дважды, но расширяется только в один этап. Поэтому часть мощности понапрасну расходуется с выхлопами высокого давления.

Турбонагнетание

Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На вале, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание воздуха обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.

На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.

Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.

Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).

Отношение длины шатуна к длине хода поршня

Более длинный шатун уменьшает боковые нагрузки со стороны поршня на стенки цилиндра, и уменьшает ударные нагрузки. Как следствие двигатель с длинным шатуном служит дольше, и он надёжнее. Однако увеличение длины шатуна ведёт к увеличению габаритов двигателя, его массы и стоимости. Кроме того, при возрастании длины шатуна увеличивается время нахождения поршня в верхней мёртвой точке. Как следствие, увеличивается время, в течение которого газ в цилиндре находится при высокой температуре, что ведёт к повышенному нагреву двигателя.

В настоящее время более актуальным параметром оценки ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра или наоборот. Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, чуть больше диаметра цилиндра.

Газораспределительный механизм

Клапаны обычно управляются через распределительный вал, вращающийся со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачковых механизмов, каждый из которых рассчитан так, чтобы открывать и закрывать «свой» клапан в определённое время цикла.

Во многих двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных над рядом цилиндров (или над каждым рядом цилиндров). Помимо верхнего расположения распредвала часто встречается, казалось бы, забытое на легковых авто нижнее положение распредвала в блоке цилиндров. При этом кинематическая цепочка включает (снизу вверх) толкатели штанги и коромысла. Эта система, применение которой обусловлено простотой, надёжностью и компактностью, успешно себя зарекомендовала на грузовых автомобилях. Эта схема позволяет конструировать моторы с более низким центром тяжести.

Первая из описанных выше конструкций газораспределительного механизма обычно позволяет двигателям работать с бо́льшими скоростями, поскольку в этом случае имеется более короткая кинематическая цепь от кулачка к клапану.

Баланс энергии

Двигатели Отто имеют КПД около 35 % — иными словами, 35 % энергии, генерируемой при сжигании топлива, преобразуется в энергию вращательного движения выходного вала двигателя, а остальное теряется в виде тепла. Для сравнения: шеститактный двигатель может преобразовывать в полезную вращательную энергию более 50 % энергии, высвобождаемой при горении топлива.

Современные двигатели часто конструктивно имеют намеренно меньший КПД, чем они могли бы иметь. Это необходимо для уменьшения выбросов с помощью таких средств как система рециркуляции выхлопных газов и каталитический конвертер.

Уменьшению КПД можно препятствовать с помощью системы контроля двигателя (англ. ), использующей технологии эффективного сжигания топлива.^[1]

Начальное положение, такт впуска и такт сжатия.

Воспламенение топлива, рабочий ход и такт выпуска

Применение

Сегодня двигатели внутреннего сгорания в легковых и грузовых автомобилях, самолётах и во многих других машинах в большинстве случаев используют четырёхтактный цикл. Четырёхтактные двигатели могут быть как бензиновыми, так и дизельными.

Примечания

1. ↑ Air pollution from motor vehicles By Asif Faiz, Christopher S. Weaver, Michael P. Walsh

Четырехтактный бензиновый двигатель — цикл Отто

Цикл Отто — двигатель Отто

В 1876 году немецкий инженер Николаус Август Отто, продвинулся в изучении тепловых двигателей, построив первый работающий четырехтактный двигатель. Стационарный двигатель, использующий в качестве топлива угольную газовоздушную смесь. Вильгельм Майбах (1846-1929), один из самых важных немецких инженеров, усовершенствовал конструкцию, которая производилась в больших количествах уже в конце 1876 года. Эти изобретения быстро изменили мир, в котором они жили.

Цикл двигателя Отто называется циклом Отто. Это один из наиболее распространенных термодинамических циклов , встречающихся в автомобильных двигателях, а описывает работу типичного поршневого двигателя с искровым зажиганием. В отличие от цикла Карно цикл Отто не выполняет изотермические процессы, потому что они должны выполняться очень медленно. В идеальном цикле Отто система, выполняющая цикл, претерпевает серию из четырех внутренне обратимых процессов: два изоэнтропических (обратимых адиабатических) процесса чередуются с двумя изохорными процессами.

Поскольку принцип Карно гласит, что ни один двигатель не может быть более эффективным, чем обратимый двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами, двигатель Отто должен иметь более низкий КПД, чем КПД двигателя Карно . Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с тепловым КПД примерно от 25% до 30% . Около 70—75% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам.

Четырехтактный двигатель — двигатель Отто
Источник: wikipedia.org, собственная разработка Zephyris, CC BY-SA 3.0

Цикл Отто — четырехтактный двигатель

Цикл Отто представляет собой набор двигателей внутреннего сгорания с искровым тактный или четырехтактный циклы). Николаус Август Отто первым разработал так называемый четырехтактный двигатель. Под ходом понимается полный ход поршня вместе с цилиндром в любом направлении. Следовательно, каждый из них не соответствует одному термодинамическому процессу, приведенному в главе 9.0005 Цикл Отто – Процессы.

Четырехтактный двигатель состоит из:

• такта впуска – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит 0 → 1. В этом такте впускной клапан открыт, в то время как поршень втягивает воздушно-топливную смесь в цилиндр, создавая разрежение в цилиндре посредством своего движения вниз.
• такт сжатия – Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит точки 1 → 2 . В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты. Поэтому топливно-воздушная смесь сжимается. В конце этого такта топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры, что вызывает дальнейшее повышение давления и температуры в камере. В конце этого такта коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов.
• Рабочий ход – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит точки 2 → 3 → 4. В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты. В начале рабочего такта искра воспламеняет топливно-воздушную смесь в камере сгорания, что вызывает очень быстрое сгорание топлива. В этом такте поршень движется к коленчатому валу, объем увеличивается, а давление падает, поскольку газ совершает работу над поршнем.
• такта выпуска. Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит 4 → 1 → 0. В этом такте выпускной клапан открыт, в то время как поршень вытягивает выхлопные газы из камеры. В конце этого такта коленчатый вал совершил второй полный оборот на 360 градусов.

Сравнение фактического и идеального циклов Отто

В этом разделе показан идеальный цикл Отто , в котором имеется множество допущений , отличающихся от фактического цикла Отто . Основные различия между реальным и идеальным двигателем Отто показаны на рисунке. В действительности идеального цикла не бывает, и с каждым процессом связано много потерь. Для реального цикла форма pV-диаграммы аналогична идеальной, но площадь (работа), охватываемая pV-диаграммой, всегда меньше идеального значения. Идеальный цикл Отто основан на следующих предположениях:

• Замкнутый цикл.  Самое большое различие между двумя диаграммами заключается в упрощении тактов впуска и выпуска в идеальном цикле. В такте выпуска тепло Q _out выбрасывается в окружающую среду. В реальном двигателе газ покидает двигатель и заменяется новой смесью воздуха и топлива.
• Мгновенный подвод тепла (изохорический подвод тепла). В реальных двигателях подвод тепла происходит не мгновенно. Следовательно, пиковое давление находится не в ВМТ, а сразу после ВМТ.
• Отсутствие теплопередачи (адиабатическое)
  • Сжатие – Газ (топливно-воздушная смесь) адиабатически сжимается из состояния 1 в состояние 2. В реальных двигателях всегда есть некоторые неэффективности, которые снижают тепловую эффективность.
  • Расширение. Газ (топливно-воздушная смесь) адиабатически расширяется из состояния 3 в состояние 4.
• Полное сгорание топливно-воздушной смеси.
• Без насосных работ . Насосная работа – это разница между работой, совершаемой во время такта выпуска и такта впуска. В реальных циклах существует разница давлений между давлением на выходе и на входе.
• Без потерь при продувке . Раннее открытие выпускных клапанов приводит к потере продувки. Это приводит к потере производительности во время такта расширения.
• Без картерных газов . Потеря картерных газов вызвана утечкой сжатых газов через поршневые кольца и другие щели.
• Без потерь на трение .

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

Степень сжатия – двигатель Отто

Степень сжатия , CR определяется как отношение объема в нижней мертвой точке к объему в верхней мертвой точке. Это ключевая характеристика многих двигателей внутреннего сгорания. В следующем разделе будет показано, что степень сжатия определяет тепловой КПД используемого термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания. Желательно иметь высокую степень сжатия, потому что это позволяет двигателю достигать более высокой тепловой эффективности.

Например, пусть цикл Отто со степенью сжатия CR = 10 : 1. Объем камеры составляет 500 см³ = 500×10 ^-6 м ³ (0,5 л) перед тактом сжатия. Для этого двигателя A LL Требуемые объемы известны:

• V ₁ = V ₄ = V _MAX = 500 × 10 ^-6 M ³ (0,5L)
126 V ³ (0,5L) 126 V ³ (0,5L) 26 V ³ (0,5L) 29 M ³ (0,5L) 29 M ^{= В ₃ = В _мин. = В _макс. / CR = 55,56 × 10 -6 м 3}

Обратите внимание, что (V _макс. – V _мин. ) x количество цилиндров = общий объем двигателя.

Примеры степеней сжатия – бензин по сравнению с дизельным двигателем

• Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не намного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самозажигание) и не ниже 6: 1 .
• Турбированный Subaru Impreza WRX имеет степень сжатия 8.0:1 . Как правило, двигатели с турбонаддувом или наддувом уже имеют сжатый воздух на впуске воздуха. Поэтому они обычно строятся с более низкой степенью сжатия.
• Стандартный двигатель Honda S2000 (F22C1) имеет степень сжатия 11,1:1 .
• Некоторые атмосферные двигатели спортивных автомобилей могут иметь соотношение 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia).
• В 2012 году Mazda выпустила новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv с соотношением сторон 14:1 9.Степень сжатия 0006. Остаточный газ снижается за счет использования выхлопных систем двигателя 4-2-1, внедрения поршневой полости и оптимизации впрыска топлива для снижения риска детонации двигателя.
• Дизельные двигатели имеют степень сжатия, которая обычно превышает 14:1, а также распространены степени выше 22:1.

Тепловой КПД для цикла Отто

Термический КПД цикла Отто по стандарту воздуха является функцией степени сжатия и κ = c _р /с _в .

Тепловой КПД для цикла Отто – κ = 1,4

Это очень полезный вывод, поскольку желательно достичь высокой степени сжатия для извлечения большего количества механической энергии из заданной массы воздушно-топливной смеси. Более высокая степень сжатия позволяет достичь той же температуры сгорания с меньшим количеством топлива, обеспечивая при этом более длительный цикл расширения. Это создает большую выходную механическую мощность и снижает температуру выхлопа . Снижение температуры выхлопных газов приводит к снижению энергии, выбрасываемой в атмосферу. Это соотношение показано на рисунке для κ = 1,4, представляющего окружающий воздух.

 

КПД двигателей на транспорте

• В середине двадцатого века типичный паровоз имел тепловой КПД около 6% . Это означает, что на каждые 100 МДж сожженного угля производилось 6 МДж механической энергии.
• Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с КПД около от 25% до 30% . Около 70—75% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам.
• Типичный дизельный автомобильный двигатель работает при от 30% до 35% . В общем, двигатели, использующие дизельный цикл, обычно более эффективны.
• В 2014 году были введены новые правила для автомобилей Формулы 1 . Эти правила автоспорта подтолкнули команды к разработке высокоэффективных силовых агрегатов. По данным Mercedes, их силовой агрегат в настоящее время достигает более чем на 45% и близкого к 50% термического КПД, т. е. 45 – 50% потенциальной энергии топлива доставляется на колеса.
• Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех существующих двигателей внутреннего сгорания. Тихоходные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% . Самый большой дизельный двигатель в мире достигает 51,7%.

Самовоспламенение – предел степени сжатия

В обычных бензиновых двигателях степень сжатия имеет свои ограничения. Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно будет ненамного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя ( самовоспламенение ) и не ниже 6:1 . При более высоких степенях сжатия бензиновые двигатели будут подвержены детонации, вызванной самовоспламенение несгоревшей смеси при использовании топлива с более низким октановым числом. Несгоревшая смесь может самовозгораться, детонируя только от давления и тепла, а не от воспламенения свечи зажигания в нужный момент. Детонацию двигателя можно уменьшить за счет использования высокооктанового топлива , повышающего устойчивость бензина к самовоспламенению . Чем выше октановое число, тем большее сжатие может выдержать топливо перед детонацией (воспламенением). Поскольку температура, достигаемая топливно-воздушной смесью во время сжатия, увеличивается с увеличением степени сжатия, вероятность самовоспламенения увеличивается с увеличением степени сжатия. Самовоспламенение может снизить эффективность или повредить двигатель, если нет датчиков детонации для изменения момента зажигания.

Более высокая степень сжатия может быть достигнута в дизельных двигателях (также называемых двигателями с воспламенением от сжатия ), поскольку они не сжимают топливо, а сжимают только воздух, а затем впрыскивают топливо в воздух, нагретый за счет сжатия. Степень сжатия в диапазоне от 12 до 20 типична для дизельных двигателей. Большее расширение в дизельных двигателях означает, что они выделяют меньше тепла в своих более холодных выхлопных газах. Более высокая степень сжатия (большее расширение) и более высокая пиковая температура приводят к тому, что дизельные двигатели достигают более высокого теплового КПД.

Среднее эффективное давление — MEP

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

Параметр, используемый инженерами для описания работы поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением, известен как среднее эффективное давление или MEP . MEP — полезная мера способности двигателя выполнять работу независимо от объема двигателя. Существует несколько типов МЭП. Эти MEP определяются методом измерения и расчета местоположения (например, BMEP или IMEP).

Обычно среднее эффективное давление является теоретическим постоянным давлением. Если бы он действовал на поршень во время рабочего такта, он бы создал такую ​​же сеть, развитую за один полный цикл. MEP может быть определен как:

Например, нетто указывает среднее эффективное давление , известное как IMEP _n , равно среднему эффективному давлению, рассчитанному на основе давления в цилиндре (это измерение должно быть). на протяжении всего цикла двигателя. Обратите внимание, что это 720° для четырехтактного двигателя и 360° для двухтактного двигателя.

Некоторые примеры:

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

Например, четырехтактный бензиновый двигатель, производящий 200 Н·м при рабочем объеме 2 л, имеет MEP, равный (4π)(200 Н·м) /(0,002 м³) = 1256000 Па = 12 бар. Как видно, MEP полезен характеристики двигателя . Для двух двигателей одинакового рабочего объема тот, у которого MEP на выше, , будет производить на большую чистую работу и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, на большую мощность .

Цикл Отто – Задача с решением

Предположим, цикл Отто , который является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях . Одним из ключевых параметров таких двигателей является изменение объемов между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Соотношение этих объемов ( V ₁ / V ₂ ) известен как степень сжатия .

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не превышает 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенения) и не ниже 6:1. Например, некоторые двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia). pV-диаграмма цикла Отто. Площадь, ограниченная полной траекторией цикла, представляет собой общую работу, выполненную за один цикл.

В этом примере допустим цикл Отто с коэффициентом сжатия из CR = 9 : 1 . Всасываемый воздух имеет давление 100 кПа = 1 бар, 20 °C, а объем камеры перед тактом сжатия составляет 500 см³. Температура в конце адиабатического расширения равна Т ₄ = 800 К.

• Удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха и комнатной температуре при атмосферном давлении: c _p = 1,01 кДж/кгК.
• Удельная теплоемкость при постоянном объеме воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре: c _v = 0,718 кДж/кгК.
• κ = C _P /C _V = 1,4

Расчет:

1. intake Air 9. . . . . . ₃
2. давление р ₃
3. the amount of heat added by burning of fuel-air mixture
4. the thermal efficiency of this cycle
5. the MEP

Solution:

1)  масса всасываемого воздуха

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

PV = MR _{Специфический} T

, где:

• P — абсолютное давление GAS
• M — это Absolute The Gas
• M — это GAS
• . абсолютная температура
• V объем
• R _{удельная} удельная газовая постоянная, равная универсальной газовой постоянной, деленной на молярную массу газа или смеси (M). Для сухого воздуха R _{удельное} = 287,1 Дж.кг ^-1 .К ^-1 .

Следовательно,

M = P ₁ V ₁ /R _{Специфический} T ₁ = (100000 × 500 × 10 ^-6 ) /(287.1 × 293) = 555.95 × 5.95.95 × .95.95.95.95.95.95.95.95.95.95.95.95.95.95.95.95.958.). ^-4 кг

В этой задаче все тома известны:

• V ₁ = V ₄ = V _Max = ₄ = V _Max = 9006 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 50075.M ³ (0,5 л)
• V ₂ = V ₃ = V _MIN = V _MAX / CR = 55,56 × 10 ^-6 M ³
28 -6 M ³ 460660660666066. M ³ 460660666. M ³ 6066066. M ³ 8 -6. _макс. – V _мин. ) x количество цилиндров = общий объем двигателя.

2)  температура T ₃

Поскольку процесс адиабатический, то для адиабатических процессов можно использовать следующее соотношение p, V, T:

таким образом

Т ₃ = Т ₄ . CR ^{κ – 1} = 800 . 9 ^0,4 = 1926 K

3) давление p ₃

Опять же, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы найти давление в начале рабочего хода: p ₃ = mR _{специфичный} T ₃ / V ₃ = 5,95×10 ^-4 x 287,1 x 1926 / 55,56 × 100128 -6 = 5920000 Па = 59,2 бар

4)  количество подведенного тепла

первый закон термодинамики для изохорного процесса, который гласит Q _add = ∆U, поэтому:

Q _add = mc _v (T ₃ – T ₂

6 )

76 конец такта сжатия можно определить по соотношению p, V, T для адиабатических процессов между точками

1 → 2.

Т ₂ = Т ₁ . CR ^{κ – 1} = 293 . 9 ^0,4 = 706 K

Затем

Q _{Добавить} = MC _V (T ₃ -T ₂ ) = 5,95 × ^{—4 -4} 2 ) = 5,95 × ^{—4 2 ) = 5,95 × —4 . = 521,2 Дж}

5)  тепловой КПД

Термический КПД для цикла Отто:

Как было получено в предыдущем разделе, тепловой КПД цикла Отто является функцией степени сжатия и κ :

6)  среднее эффективное давление

MEP был определен как:

В этом уравнении рабочий объем равен V _{max 6 907 min.}

6 – V 90 Сеть для одного цикла может быть рассчитана с использованием добавления тепла и тепловой эффективности:

W _NET = Q _ADD . _Otto = 521.2 x 0.5847 = 304.7 J
MEP = 304.7 / ( 500×10 ^-6 – 55.56 ×10 ^-6 ) = 685.6 kPa = 6,856 бар

 

Ссылки:

Ядерная и реакторная физика:

1. J. R. Lamarsh, Introduction to Nuclear Reactor Theory, Addison MA, Wes, 1-е изд.
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Кеннет С. Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
7. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965
8. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерных реакторов, 1988 г.
9. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. January 1993.

Advanced Reactor Physics:

1. К. 0-894-48033-2.
2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

См. выше:

Цикл Отто

Цикл Отто Термодинамический анализ

Термодинамика раздел физики, изучающий энергию и работу системы. Он родился в 19века как ученые первыми открыли для себя, как строить и эксплуатировать паровые машины. Термодинамика занимается только широкомасштабный ответ системы которые мы можем наблюдать и измерять в экспериментах. Нас как аэродинамиков больше всего интересует термодинамика двигательные установки а также потоки с высокой скоростью. На этой странице мы рассматриваем термодинамику четырехтактный внутреннее сгорание двигатель. Сегодня большинство самолетов авиации общего назначения или частных самолетов питание от двигателя внутреннего сгорания (IC) 9двигатели 0819, очень похожие двигатель в вашем семейном автомобиле. Работа двигателя состоит из двух основных частей: механическое действие принадлежащий части двигателя, и термодинамика благодаря которому двигатель производит Работа а также сила. На этой странице мы обсуждаем основные термодинамические уравнения, которые позволяют вам для проектирования и прогнозирования работы двигателя. В двигателе внутреннего сгорания топливо и воздух воспламененный внутри цилиндра. Горячий выхлоп толкает поршень, который соединен к коленчатый вал производить мощность. Сгорание топлива не является непрерывным процессом, а происходит очень быстро через равные промежутки времени. Между зажиганиями детали двигателя двигаться в повторяющейся последовательности, называемой цикл . Двигатель называется четырехтактным, потому что в нем четыре движения, или удары, поршня за один цикл. На рисунке мы показываем сюжет давление по сравнению с газом объем на протяжении одного цикла. Мы разорвали цикл на шесть пронумерованные этапы на основе механического действия двигателя. Для идеального четырехтактного двигателя такт впуска (1-2) а также такт выпуска (6-1) выполняются при постоянном давлении и не способствуют генерации мощности двигателем. В течение такт сжатия (2-3), работа над газом совершается поршнем. Если предположить, что тепло не поступает газа при сжатии, мы знаем связи между изменением объема и изменением давления и температуры из наших решений уравнение энтропии для газа. Назовем отношение объема в начале сжатие до громкости в конце сжатия 9(гамма — 1) где p — давление, T — температура, а gamma это отношение удельные теплоты. В течение процесс горения (3-4), объем поддерживается постоянным и выделяется тепло. Изменение температуры данный T4 = T3 + f * Q /cv где Q — тепло, выделяемое на фунт топлива, которое зависит от топлива, f — соотношение топливо/воздух для горения, которое зависит от нескольких факторов. связанные с конструкцией и температурой в камере сгорания, и 9(1 — гамма) Между ступенями 5 и 6 остаточное тепло переведен к окрестностям так что температура и давление возвращаются к начальным условиям этап 1 (или 2). Во время цикла, Работа совершается на газе поршнем между ступенями 2 и 3. Работа совершается газа на поршень между 4 и 5 ступенями. Разница между работой, совершаемой газ, а работа, совершенная над газом, показана желтым цветом и является работой, произведенной по циклу. Мы можем рассчитать работу, определив площадь, заключенную по циклу на p-V диаграмме. Но так как процессы 2-3 и 4-5 кривые, то это сложная задача. расчет. Так же можем оценить работу W по разнице тепла в газе минус теплота, отводимая газом. Зная температуры, это более легкий расчет. W = cv * [(T4 — T3) — (T5 — T2)] Работа, умноженная на скорость цикла (циклов в секунду 90 818 циклов в секунду 90 819 ), равна в мощность Р производится двигателем. P = Вт * имп/с На этой странице у нас есть показан идеальный цикл Отто , в котором тепло не поступает (или уход) газ при сжатии и рабочем такте, без трения потери и мгновенное горение, происходящее при постоянном объеме. В действительности, идеального цикла не происходит и есть много потерь, связанных с каждый процесс. Эти потери обычно объясняются коэффициентами полезного действия. которые умножают и изменяют идеальный результат. Для реального цикла форма диаграммы p-V похожа на идеальную, но площадь (работа) равна всегда меньше идеального значения. Разное Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Copyright © 2013 - 2019 KS-MOTO +7 (911) 924 3 942 +7 (812) 924 3 942 г. Санкт-Петербург,