Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое двигатель внешнего сгорания


виды, принцип работы, особенности :: SYL.ru

Двигатели внешнего сгорания стали использоваться тогда, когда людям потребовался мощный и экономичный источник энергии. До этого использовались паровые установки, однако они были взрывоопасными, так как использовали горячий пар под давлением. В начале 19 века им на смену пришли устройства с внешним сгоранием, а еще через несколько десятков лет были изобретены уже привычные приборы с внутренним сгоранием.

Происхождение устройств

В 19 веке человечество столкнулось с проблемой, которая заключалась в том, что паровые котлы слишком часто взрывались, а также имели серьезные конструктивные недостатки, что делало их использование нежелательным. Выход был найден в 1816 году шотландским священником Робертом Стирлингом. Эти устройства можно также называть "двигателями горячего воздуха", которые применялись еще в 17 веке, однако этот человек добавил к изобретению очиститель, называющийся в настоящее время регенератором. Таким образом, двигатель внешнего сгорания Стирлинга был способен сильно повысить производительность установки, так как он сохранял тепло в теплой рабочей зоне, в то время как рабочее тело охлаждалось. Из-за этого эффективность работы всей системы была значительно увеличена.

В то время изобретение использовалось достаточно широко и находилось на подъеме своей популярности, однако со временем его перестали использовать, и о нем забыли. На смену оборудованию внешнего сгорания пришли паровые установки и двигатели, но уже привычные, с внутренним сгоранием. Вновь о них вспомнили лишь в 20 веке.

Работа установки

Принцип работы двигателя внешнего сгорания заключается в том, что в нем постоянно чередуются два этапа: нагревание и охлаждение рабочего тела в замкнутом пространстве и получение энергии. Данная энергия возникает из-за того, что постоянно изменяется объем рабочего тела.

Чаще всего рабочим веществом в таких устройствах становится воздух, однако возможно использование еще и гелия или водорода. В то время пока изобретение находилось на стадии разработки, в качестве опытов использовались такие вещества, как двуокись азота, фреоны, сжиженный пропан-бутан. В некоторых образцах пытались применять даже обычную воду. Стоит отметить, что двигатель внешнего сгорания, который запускали с водой в качестве рабочего вещества, отличался тем, что у него была достаточно высокая удельная мощность, высокое давление, а сам он был достаточно компактным.

Первый тип двигателя. «Альфа»

Первой моделью, которая использовалась, стала «Альфа» Стирлинга. Особенность его конструкции состоит в том, что она имеет два силовых поршня, находящихся в разных в раздельных цилиндрах. Один из них имел достаточно высокую температуру и был горячим, другой, наоборот, холодным. Внутри теплообменника с высокой температурой располагалась горячая пара цилиндр-поршень. Холодная пара находилась внутри теплообменника с низкой температурой.

Основными преимуществами теплового двигателя внешнего сгорания стало то, что они имели высокую мощность и объем. Однако температура горячей пары при этом была слишком велика. Из-за этого возникали некоторые технические трудности в процессе изготовления таких изобретений. Регенератор данного устройства находится между горячей и холодной соединительными трубками.

Второй образец. «Бета»

Вторым образцом стала модель «Бета» Стирлинга. Основное конструктивное отличие заключалось в том, что имелся лишь один цилиндр. Один из его концов выполнял роль горячей пары, а другой конец оставался холодным. Внутри данного цилиндра перемещался поршень, с которого можно снимать мощность. Также внутри имелся вытеснитель, который отвечал за изменение объема горячей рабочей зоны. В данном оборудовании использовался газ, который перекачивался из холодной зоны в горячую через регенератор. Этот вид двигателя внешнего сгорания обладал регенератором в виде внешнего теплообменника или же совмещался с поршнем-вытеснителем.

Последняя модель. «Гамма»

Последней разновидностью данного двигателя стала «Гамма» Стирлинга. Этот тип отличался не только наличием поршня, а также вытеснителя, а еще и тем, что в его конструкцию входили уже два цилиндра. Как и в первом случае один из них был холодным и использовался он для отбора мощности. А вот второй цилиндр, как в предыдущем случае, был холодным с одного конца и горячим с другого. Здесь же перемещался вытеснитель. В поршневом двигателе внешнего сгорания также имелся регенератор, который мог быть двух типов. В первом случае он был внешним и соединял между собой такие конструктивные части, как горячую зону цилиндра с холодной, а также с первым цилиндром. Второй тип – это внутренний регенератор. Если использовался этот вариант, то он входил в конструкцию вытеснителя.

Использование Стирлингов обосновано в том случае, если необходим простой и небольшой преобразователь тепловой энергии. Также его можно использовать в том случае, если разница температур недостаточно велика, чтобы использовать газовые или же паровые турбины. Стоит отметить, что на сегодняшний день такие образцы стали использоваться чаще. К примеру, используются автономные модели для туристов, которые способны работать от газовой конфорки.

Применение устройств в настоящее время

Казалось бы, что такое старое изобретение не может использоваться в наши дни, однако это не так. NASA заказало двигатель внешнего сгорания типа Стирлинга, однако в качестве рабочего вещества должны использоваться ядерные и радиоизотопные источники тепла. Кроме этого, он также успешно может быть использован в следующих целях:

  • Использовать такую модель двигателя для перекачки жидкости гораздо проще, чем обычный насос. Во многом это благодаря тому, что в качестве поршня можно применять саму перекачиваемую жидкость. Кроме того, она же и будет охлаждать рабочее тело. К примеру, такой вид "насоса" можно использовать, чтобы накачивать воду в ирригационные каналы, используя для этого солнечное тепло.
  • Некоторые изготовители холодильников склоняются к установке таких устройств. Стоимость продукции удастся снизить, а в качестве хладагента можно применять обычный воздух.
  • Если совместить двигатель внешнего сгорания этого типа с тепловым насосом, то можно оптимизировать работу тепловой сети в доме.
  • Довольно успешно Стирлинги используются на подводных лодках ВМС Швеции. Дело в том, что двигатель работает на жидком кислороде, который впоследствии используется для дыхания. Для подводной лодки это очень важно. К тому же такое оборудование обладает достаточно низким уровнем шума. Конечно, агрегат достаточно большой и требует охлаждения, но именно эти два фактора несущественны, если речь идет о подводной лодке.

Преимущества использования двигателя

Если во время конструирования и сборки применить современные методы, то удастся поднять коэффициент полезного действия двигателя внешнего сгорания до 70%. Использование таких образцов сопровождается следующими положительными качествами:

  • Удивительно, однако крутящий момент в таком изобретении практически не зависит от скорости вращения коленчатого вала.
  • В данном силовом агрегате отсутствуют такие элементы, как система зажигания и клапанная система. Также здесь отсутствует распредвал.
  • Достаточно удобно то, что на протяжении всего периода использования не потребуется проводить регулировку и настройку оборудования.
  • Данные модели двигателя не способны "заглохнуть". Простейшая конструкция аппарата позволяет использовать его достаточно продолжительное время в полностью автономном режиме.
  • В качестве источника энергии можно использовать практически все, начиная от дров и заканчивая урановым топливом.
  • Естественно, что в двигателе внешнего сгорания процесс сжигания веществ осуществляется снаружи. Это способствует тому, что топливо дожигается в полном объеме, а количество токсических выбросов минимизируется.

Недостатки

Естественно, что любое изобретение не лишено недостатков. Если говорить о минусах таких двигателей, то они заключаются в следующем:

  1. Из-за того что сгорание осуществляется вне двигателя, отвод получаемого тепла происходит через стенки радиатора. Это вынуждает увеличивать габариты устройства.
  2. Материалоемкость. Для того чтобы создать компактную и эффективную модель двигателя Стирлинг, необходимо иметь качественную жаропрочную сталь, которая сможет выдержать большое давление и высокую температуру. Кроме того, должна быть низкая теплопроводность.
  3. В качестве смазки придется покупать специальное средство, так как обычное коксуется при высоких температурах, которые достигаются в двигателе.
  4. Для получения достаточно высокой удельной мощности придется использовать либо водород, либо гелий в качестве рабочего вещества.

Водород и гелий в качестве топлива

Получение высокой мощности, конечно же, необходимо, однако нужно понимать, что использование водорода или гелия достаточно опасно. Водород, к примеру, сам по себе достаточно взрывоопасен, а при высоких температурах он создает соединения, которые называются металлогидритами. Это происходит, когда водород растворяется в металле. Другими словами, он способен разрушить цилиндр изнутри.

Кроме того, и водород, и гелий – это летучие вещества, которые характеризуются высокой проникающей способностью. Если говорить проще, то они достаточно легко просачиваются сквозь практически любые уплотнения. А потери вещества означают потери в рабочем давлении.

Роторный двигатель внешнего сгорания

Сердце такой машины – это роторная машина расширения. Для двигателей с внешним типом сгорания этот элемент представлен в виде полого цилиндра, который с обеих сторон прикрыт крышками. Сам по себе ротор имеет вид колеса, который посажен на вал. Также у него имеется определенное количество П-образных выдвигающихся пластин. Для их выдвижения используется специальное выдвижное устройство.

Двигатель внешнего сгорания Лукьянова

Юрий Лукьянов – это научный сотрудник Псковского политехнического института. Он уже достаточно давно занимается разработкой новых моделей двигателей. Ученый старался сделать так, чтобы в новых моделях отсутствовали такие элементы, как коробка передач, распредвал и выхлопная труба. Основной недостаток устройств Стирлинга заключался в том, что они имели слишком большие габариты. Именно этот недостаток ученому и удалось устранить за счет того, что лопасти были заменены на поршни. Это помогло уменьшить размер всей конструкции в несколько раз. Некоторые говорят о том, что можно сделать двигатель внешнего сгорания своими руками.

Что такое двигатель внешнего сгорания? (с рисунком)

Двигатель внешнего сгорания - это поршневой двигатель, для которого сгорание происходит вне цилиндров. Ранним примером является паровой двигатель, который обычно сжигал уголь вне двигателя, чтобы превратить воду в пар. Двигатель Стирлинга - это двигатель внешнего сгорания, который использует рабочую жидкость для перемещения поршней в цилиндрах. В двигателе внутреннего сгорания, с другой стороны, топливо сжигается внутри цилиндров двигателя.Хотя паровые двигатели в значительной степени были заменены, двигатели Стирлинга имеют много потенциальных применений.

Паровые двигатели - тип двигателя внешнего сгорания - приводятся в действие силой пара высокого давления.

Хотя газообразные продукты сгорания не попадают в цилиндры двигателя внешнего сгорания, они должны находиться в тепловом контакте с двигателем, чтобы он функционировал.В паровом двигателе тепло от сжигания угля передается воде через стенки котла. Это тепло превращает воду в пар, который направляется в цилиндры двигателя. В соответствующее время пар толкает поршень, который вращает коленчатый вал. Таким образом, паровой двигатель преобразует химическую энергию, запасенную в угле, в механическую энергию вращающегося коленчатого вала.

Двигатель Стирлинга аналогичен паровому двигателю, за исключением того, что он использует постоянно удерживаемый газ, а не одноразовый пар для подталкивания поршней.Он работает путем обмена тепла в разных местах своих цилиндров. Тепло проходит через стенку цилиндра и нагревает рабочий газ, который имеет тенденцию толкать поршень для создания энергии. Когда поршень должен вернуться в исходное положение, теплообменник позволяет охлаждать соседний газ.

За последние два столетия двигатель внешнего сгорания имел множество применений. Во время промышленной революции паровая энергия широко использовалась на заводах, а также на кораблях и поездах, в основном заменяя водяные колеса и мышцы животных в качестве источников энергии.В то время как паровые двигатели были в конечном счете перегружены двигателями внутреннего сгорания, они оставались основным источником энергии в 20 веке.

Хотите автоматически сэкономить время и деньги месяца? Пройдите 2-минутный тест, чтобы узнать, как начать экономить до 257 долларов в месяц.

Двигатель Стирлинга был применен еще более гибко.Преобразовывая энергию вращения в электричество, он может использовать источник тепла для комбинированного производства тепла и электроэнергии. Он также может быть использован в качестве теплового насоса в обратном направлении: он забирает электроэнергию и откачивает тепло.

Поскольку двигатель Стирлинга передает тепло, а не материю, в свои цилиндры, он не требует сгорания, чтобы быть источником тепла.Другие виды тепла, не связанные с сжиганием, такие как ядерная энергия, могут одинаково хорошо работать с этим типом двигателя. Фактически было высказано предположение, что будущие атомные электростанции могут включать двигатель внешнего сгорания Стирлинга, чтобы упростить конструкцию и повысить эффективность.

,

Каковы преимущества паровых двигателей и других двигателей внешнего сгорания?

Основные ограничения или недостатки парового двигателя или двигателя внешнего сгорания приведены ниже:

1. Паровая машина огромная и тяжелая. (То есть двигатель внешнего сгорания огромен и тяжел). Из-за большого котла и печи паровой двигатель огромен, тяжел и неуклюж. Поскольку паровой котел очень тяжелый, паровой двигатель нельзя использовать для работы на небольших транспортных средствах, таких как автомобили и автобусы.

2. Паровая машина не запускается сразу. (То есть двигатель внешнего сгорания не запускается сразу). Прежде чем запустить паровой двигатель, мы должны развести угольный огонь, чтобы получить пар. Этот процесс занимает много времени и, следовательно, паровой двигатель не может быть запущен в любой момент.

3. Паровой двигатель небезопасен в использовании. (То есть двигатель внешнего сгорания небезопасен в использовании). Паровой двигатель не очень безопасен в использовании, потому что его котел может взорваться из-за чрезмерного давления пара.Чтобы получить максимальную работу от тепловой энергии, пар должен поддерживаться при высокой температуре и очень высоком давлении в котле. Если случайно давление пара слишком сильно возрастает, котел может взорваться, что приведет к потере жизни и имущества. Таким образом, наиболее опасной частью парового двигателя (или двигателя внешнего сгорания) является котел, в котором производится пар. На самом деле, в первые годы работы парового двигателя, хорошие материалы не были доступны для строительства котлов, которые могли бы выдерживать высокое давление пара.Даже строительные технологии не были идеальными. Так, много несчастных случаев было вызвано в первые дни работы парового двигателя из-за разрыва котлов, из-за плохих материалов, используемых при изготовлении котлов, и из-за неправильной конструкции котлов.

4. Паровая машина имеет низкий КПД. (То есть двигатель внешнего сгорания имеет низкий КПД). Тепловая эффективность парового двигателя составляет около 20 процентов, что означает, что паровой двигатель может преобразовывать в работу только около 20 процентов тепловой энергии.Одна из причин низкой эффективности парового двигателя заключается в том, что используемый в нем пар не имеет очень высокой температуры. Другой причиной низкой эффективности парового двигателя является потеря тепла из-за большой открытой площади поверхности парового двигателя, в частности котла и цилиндра.

Из-за этих ограничений (или недостатков) двигателя внешнего сгорания был изобретен другой двигатель, называемый двигателем внутреннего сгорания. Мы придем к этому через некоторое время. Теперь мы обсудим некоторые преимущества двигателя внешнего сгорания (парового двигателя) над ветряными и водяными мельницами.

Преимущества парового двигателя над ветряными и водяными мельницами:

1. Паровой двигатель (или двигатель внешнего сгорания) может быть расположен где угодно, потому что вода нагревается в отдельном котле для производства пара. Паровой двигатель с котлом можно доставить на любое место работы. С другой стороны, дующий ветер или проточная вода не везде доступны для запуска ветряных мельниц или водяных мельниц.

2. Паровой двигатель (или двигатель внешнего сгорания) можно использовать в любое время, потому что пар можно производить в любое время.С другой стороны, ветряная мельница или водяная мельница могут использоваться только при наличии ветра и проточной воды.

3. Паровой двигатель (или двигатель внешнего сгорания) может использоваться для управления поездами для перемещения из одного места в другое, но ветряные мельницы и водяные мельницы не могут использоваться для этой цели.

4. Паровой двигатель (или двигатель внешнего сгорания) гораздо более мощный, чем ветряная или водяная мельница.

5. Паровой двигатель (или двигатель внешнего сгорания) может использовать практически любой горючий материал для дров, угля, масла, старой мебели и ... всего, что можно положить в топку.Это делает его очень гибким источником энергии, поскольку можно использовать все, что находится поблизости.

,

двигатель внутреннего сгорания | Определение и факты

Двигатель внутреннего сгорания , любой из группы устройств, в которой реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания служат рабочими жидкостями двигателя. Такой двигатель получает энергию от тепла, выделяющегося при сгорании непрореагировавших рабочих жидкостей, смеси окислитель-топливо. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезная работа, создаваемая двигателем внутреннего сгорания (IC), является результатом того, что горячие газообразные продукты сгорания действуют на движущиеся поверхности двигателя, такие как поверхность поршня, лопатка турбины или сопло.

двигатель внутреннего сгорания двигатель внутреннего сгорания автомобиля. © Роб Байрон / Shutterstock.com

Подробнее на эту тему

история техники: двигатель внутреннего сгорания

Электричество не является основным двигателем, поскольку, как бы ни было важно, оно может быть формой энергии, которую оно должно получать из механического ...

Двигатели внутреннего сгорания - наиболее широко применяемые и широко используемые энергетические устройства, существующие в настоящее время.Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетно-двигательные установки.

автомобильный плуг Железный колесный «Фордсон» Генри Форда был представлен в 1907 году и оснащен двигателем внутреннего сгорания. © Everett Historical / Shutterstock.com

Двигатели внутреннего сгорания делятся на две группы: двигатели непрерывного сгорания и двигатели с прерывистым сгоранием. Двигатель непрерывного сгорания характеризуется устойчивым потоком топлива и окислителя в двигатель.В двигателе поддерживается стабильное пламя (например, реактивный двигатель). Двигатель с прерывистым сгоранием характеризуется периодическим воспламенением воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем. Дискретные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели являются примерами этой второй группы.

бензиновых двигателей Типы бензиновых двигателей включают (A) двигатели с противоположным расположением поршней, (B) роторные двигатели Ванкеля, (C) рядные двигатели и (D) двигатели V-8. Encyclopædia Britannica, Inc.

Двигатели внутреннего сгорания могут быть определены с точки зрения ряда термодинамических событий. В двигателе непрерывного сгорания термодинамические события происходят одновременно, когда окислитель и топливо, а также продукты сгорания непрерывно протекают через двигатель. В двигателе с прерывистым сгоранием, напротив, события происходят последовательно и повторяются для каждого полного цикла.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

За исключением ракет (как твердотопливных ракетных двигателей, так и жидкостных ракетных двигателей), двигатели внутреннего сгорания поглощают воздух, затем либо сжимают воздух и подают топливо в воздух, либо вводят топливо и сжимают топливовоздушную смесь. Затем, как и во всех двигателях внутреннего сгорания, топливовоздушная смесь сжигается, работа извлекается из расширения горячих газообразных продуктов сгорания, и в конечном итоге продукты сгорания выделяются через выхлопную систему.Их работа может быть противопоставлена ​​работе двигателей внешнего сгорания (например, паровых двигателей), в которых рабочая жидкость не вступает в химическую реакцию, и выигрыш в энергии достигается исключительно за счет передачи тепла рабочей жидкости посредством теплообменника.

воздушно-реактивные двигатели Некоторое количество воздуха, забираемого турбовентилятором (вверху), поступает в компрессор; остальное обходит главный двигатель. В турбовинтовых двигателях (внизу) горячие газы приводят в движение турбину, которая приводит в действие компрессор и пропеллер и обеспечивает реактивную тягу. Encyclopædia Britannica, Inc.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный бензиновый двигатель с гомогенным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающимися характеристиками в качестве основного двигателя в отрасли наземного транспорта. Двигатели с искровым зажиганием также используются в авиационной промышленности; однако авиационные газовые турбины стали основными двигателями в этом секторе из-за акцента авиационной промышленности на дальность полета, скорость и комфорт пассажиров.Сфера двигателей внутреннего сгорания также включает такие экзотические устройства, как прямоточные двигатели со сверхзвуковым сгоранием (реактивные двигатели), такие как те, которые предлагаются для гиперзвуковых самолетов, и сложные ракетные двигатели и двигатели, такие как те, которые используются в космических челноках США и других космических аппаратах.


Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.