Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Какая температура в камере сгорания бензинового двигателя


Nissan Patrol GR Y61 ۞ (YOZHIK) › Бортжурнал › Разрушители легенд. Двигатель внутреннего сгорания. Часть №4. Опять степень сжатия.

Давайте ещё раз посмотрим на процесс сгорания топлива в обычной "бензинке":

Если выбросить из головы привычные сказки на эту тему и посмотреть трезвым взглядом — то ВСЁ в "обычном" двигателе организовано через задницу:

1). Воспламенение топлива производится до ВМТ в довольно холодной и разряжённой атмосфере.
Да, разумеется, сжатие повышает и температуру и давление — потому условия воспламенения топлива, без спору, становятся намного более благоприятными, чем вообще без сжатия. Но оптимальными назвать их — язык не поворачивается.
Именно поэтому топливо даже при принудительном зажигании так медленно и неохотно воспламеняется — посмотрите, сколько по времени длится одно только образование очага горения…
А распространение фронта пламени?!
ПОЛОВИНУ времени "сгорания" на самом деле занимает ВОСПЛАМЕНЕНИЕ!
Зажигание и вынесли ПЕРЕД ВМТ с единственной целью — дать время топливу разгореться в неблагоприятных условиях, чтобы после ВМТ оно уже горело более-менее активно. Если воспламенять топливо ПОСЛЕ ВМТ — оно не то что сгореть не успеет, оно ВОСПЛАМЕНИТЬСЯ полностью не сможет.

2). Поскольку часть сгорания топлива происходит ДО ВМТ и ТОРМОЗИТ коленвал — нам в обязательном порядке придётся компенсировать это сгорание после ВМТ, что увеличивает расход топлива…
Ну или снижает КПД — если так понятнее.

3). Приблизительно до 10 градусов после ВМТ поршень еле движется вниз — потому энергия сгорающего топлива преобразуется не столько в работу, сколько в дальнейшее лавинообразное повышение температуры и давления в "камере сгорания" — что приводит к появлению детонации…
Высокая плотность сгорающих газов при высокой их температуре вызывает колоссальные теплопотери в стенки "камеры сгорания" — до 90-95(!)% всего тепла передаётся двигателю именно в зоне ВМТ.
Пик прорыва газов в картер через компрессионные кольца опять таки расположен в зоне ВМТ…

4). Пик сгорания приходится на 15 градусов после ВМТ — при этом положении коленвала все детали двигателя испытывают максимальные механические и термические нагрузки. Но кривошипно-шатунный механизм в этом положении передаёт на коленвал только четверть давления газов. Полезной работы всё ещё выполняется мизер. Если бы двигатель мог запасать энергию сгорания в давлении газов, чтобы отдать эту энергию коленвалу позже, когда тот займёт более выгодное с точки передачи момента, положение — это было бы не страшно. Но объём "камеры сгорания" начинает стремительно увеличиваться и по факту повышается только температура газов, а давление уже начинает падать. Передаточный коэффициент КШМ увеличивается, но давление падает всё стремительнее на фоне всё быстрее опускающегося поршня и стремительно увеличивающегося объёма "камеры сгорания".

5). На 30 градусах после ВМТ КШМ передаёт уже около 50% давления газов, но и объём камеры сгорания к этому моменту удваивается — давление и температура газов стремительно уменьшаются, нарастает концентрация продуктов сгорания, а концентрация топлива и кислорода стремительно падает.
Сгорание замедляется…

6). К 35-40 градусам после ВМТ активное догорание топлива прекращается. В этом положении КШМ передаёт уже больше половины давления газов в работу, но выделение тепла уже не происходит — генерация давления прекращается полностью. С этого момента давление газов в "камере сгорания" начинает снижаться прямо пропорционально увеличению объёма камеры сгорания и кривопропорционально снижению температуры.

7). К 80 градусам после ВМТ КШМ передаёт почти 100% давления, но объём "камеры сгорания" к этому моменту увеличивается уже в 5 РАЗ(!) и продолжает стремительно расти. Давление газов катастрофически снижается и работы опять производится мизер.

В итоге — КПД современной бензинки по оценкам официальной науки не превышает 30%.
Наука неофициальная иногда рожает несколько странные на первый взгляд цифры, имеющие на мой взгляд больше отношения к реальности. После начала эксплуатации первого серийного электромобиля EV1 были получены удивительные результаты, оставленные официальной наукой без должного внимания. Было подсчитано, что количество электроэнергии, затраченной EV1 с массой около 1,5 тонн на преодолении пути в 100 км — эквивалентно энергии, заключенной менее чем в одном литре бензина. Этот результат вызвал огромное недоумение у американских специалистов, ведь аналогичный автомобиль на 100 км тратит в среднем около 10 литров бензина. Действительно эти цифры невозможно объяснить, если за основу брать КПД двигателя в районе 30…40%. Однако, если реальный КПД равен 7% — то эти цифры прекрасно объясняются.

Получается — при расходе автомобиля 10 литров на сто километров на движение АВТОМОБИЛЯ тратится около одного литра бензина, остальные 9 литров своим сгоранием тупо греют атмосфэру.
Если же задуматься — а сколько тратится топлива на перемещение непосредственно ГРУЗА или ПАССАЖИРОВ — то картина получится совсем удручающая…

У "дизельного" двигателя всё тоже самое, что и у "бензинового" — с небольшими отличиями в лучшую сторону, но сама концепция — как под копирку:
1). Сжать рабочее тело в несокрушимом замкнутом объёме для обеспечения приемлемой скорости ВОСПЛАМЕНЕНИЯ топлива.
2). Спалить топливо в этом практически неменяющемся объёме и НАКОПИТЬ к концу сгорания "максимальное давление цикла", балансируя на грани взрыва и механического разрушения двигателя.
3). На этапе рабочего хода начать сливать всё накопленное давление в ненасытную утробу стремительно расширяющейся "камеры сгорания", судорожно тщась преобразовать стремительно падающее давление в момент на коленвалу с помощью кривошипа, который работает почти в противофазе и потому теряет в среднем около половины передаваемого давления.

ОСНОВНОЕ узкое место этой модели — выделяющаяся энергия преобразуется в работу не НЕМЕДЛЕННО по мере сгорания топлива, а только СПУСТЯ некоторое время, уже ПОСЛЕ фактического завершения сгорания.
Именно это и обуславливает колоссальные потери энергии.
Высокие максимальные температуры цикла вызывают ускоренную теплопередачу в стенки "камеры сгорания". Высокое максимальное давление цикла — чрезмерные потери через малейшие неплотности "камеры сгорания".

.

.

.

Что делать с этим безобразием умные головы придумали уже давно.
Нужно ходить пешком!
Нужно СИНХРОНИЗИРОВАТЬ два важнейших "механизма" ДВС таким образом, чтобы вырабатываемая при сгорании топлива энергия совершала работу НЕМЕДЛЕННО.

Тогда максимальная отдача от одного "механизма" будет оптимальным образом приумножать отдачу другого.

А добиться этого можно только повышая степень сжатия.
Повышая не на проценты, а в разы.

Давайте прикинем:
У двигателя температура смеси в конце такта всасывания достигает +65С.
При прокручивании стартером у "бензинки" со СС=9 температура в ВМТ поднимается до +380С, а давление — до 19 атмосфер. Это очень мало. Чтобы топливо успело сгореть — воспламенять смесь приходится за 15 градусов до ВМТ. Тогда в зоне ВМТ температура поднимается до +800С, а давление — до 33 атмосфер.
Получается, что дополнительное увеличение температуры на +420С и давления на 14 атмосфер на такте сжатия получено за счет топлива, сгорающего до ВМТ.
Грубо говоря — сжатие смеси поршневой группой в привычном двигателе обеспечивает только ПОЛОВИНУ давления и температуры, требуемых для нормального сгорания воздушно-топливной смеси.

Если прикинуть — при какой геометрической степени сжатия в "камере сгорания" создаются подобные "климатические" условия в ВМТ без подвода тепла до ВМТ — то окажется, что фактическая степень сжатия обычной "бензинки" при полностью открытом дросселе равна 12.
При полностью закрытом дросселе — 4… :(

Но давайте на минутку отвлечёмся.
В ДВС есть два ключевых "механизма", на которых нам есть смысл концентрироваться — это КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ и "МЕХАНИЗМ" СГОРАНИЯ.
Всё остальное вторично.

У КШМ на рабочем ходу есть две "мёртвые" точки и одна "живая". В "мёртвых" точках преобразование давления газов на днище поршня не происходит вообще. Приблизительно посередине(75-80 градусов после ВМТ) между "мёртвыми" точками расположена "живая", в которой преобразование наиболее эффективно и составляет почти 100%.
Кривая эффективности преобразования давления газов на поршень в момент на коленвалу с помощью КШМ выглядит как-то так:

В переводе на человеческий язык — чем ближе к середине хода поршня мы обеспечим сгорание(выделение ДАВЛЕНИЯ газов), тем больше момента мы получим на коленвалу!

У КШМ есть ещё одина важнейшая характеристика, про которую почему-то ВООБЩЕ никто не заикается.
Я даже не слышал никогда про неё явно, при том что именно она НАПРЯМУЮ определяет функционирование второго важнейшего "механизма" ДВС.
Эта характеристика — СКОРОСТЬ изменения ОБЪЁМА "камеры сгорания".
Именно эволюция объёма "камеры сгорания" в ходе РАБОЧЕГО ЦИКЛА определяет протекание процессов СГОРАНИЯ топлива.
Подробнее на эту тему поговорим ниже.
В принципе, больше ничего про КШМ знать и не нужно.

Графическое представление "механизма" сгорания смесей топлива с окислителем в замкнутом объёме очень похоже по форме на предыдущий график.
У "механизма" сгорания так же есть две "мёртвые" точки и одна "живая".
В "мёртвых" точках преобразование энергии топлива в давление не происходит вообще.
В начале — смесь ещё не горит.
В конце — смесь уже не горит.
Между двумя "мёртвыми" точками расположена "живая", в которой преобразование наиболее эффективно — именно в области этой точки ДАВЛЕНИЕ сгорающих газов максимально.
Процесс сгорания очень сильно зависит от исходных параметров смеси. Этих параметров довольно много, но нам наиболее важны такие как стехиометрия, температура и давление. Я не буду углубляться в теорию горения, нам важно только одно — чем выше температура и давление на момент воспламенения и чем оптимальнее соотношение топлива и окислителя — тем выше скорость протекающих процессов. А поскольку реакции горения развиваются с прогрессирующим самоускорением — то и кривые сгорания во времени выглядят как-то так:

В двигателе(где часть давления в цилиндре создаётся цилиндро-поршневой группой) кривые сгорания выглядят несколько по другому, но тенденция сохраняется. Чем раньше мы запалим топливо — тем выше будет температура в ВМТ — тем круче и выше будет график — тем меньше будет время сгорания, но площадь кривых опять-таки изменится слабо:

Важно понимать, что общее количество ЭНЕРГИИ(площадь графиков) при сгорании единицы топлива выделяется всегда ОДИНАКОВОЕ(!), но если процесс сгорания протекает медленно — то значительная часть энергии успевает рассеяться в окружающее пространство и не может влиять на дальнейшее протекание процесса сгорания — соответственно процесс сгорания растягив

Камера сгорания - Википедия

Турбинный двигатель

Камера сгорания является той частью двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или реактивного двигателя, в которой смесь топлива / воздуха сгорает.

Двигатель внутреннего сгорания [править]

ДВС обычно включают поршневые двигатели, роторные двигатели, газовые турбины и реактивные турбины.

Процесс сгорания увеличивает внутреннюю энергию газа, что выражается в увеличении температуры, давления или объема в зависимости от конфигурации.В кожухе, например, цилиндре поршневого двигателя, объем регулируется, и сгорание создает повышение давления. В системе с непрерывным потоком, например, в камере сгорания реактивного двигателя, давление регулируется, и сгорание создает увеличение объема. Это увеличение давления или объема можно использовать для выполнения работы, например, для перемещения поршня на коленчатом валу или диска турбины в газовой турбине. Если скорость газа изменяется, создается тяга, например, в сопле ракетного двигателя.

Бензиновый (бензиновый) двигатель [править]

Боковой клапан двигателя с камерой сгорания

В верхней мертвой точке поршни бензинового двигателя находятся на одном уровне (или почти на одном уровне) с верхней частью блока цилиндров. Камера сгорания может иметь углубление либо в головке цилиндров, либо в верхней части поршня. Конструкция с камерой сгорания в поршне называется головкой Герона, где головка механически обработана, но поршни сняты. Голова Герона оказалась даже более термодинамически эффективной, чем полусферическая головка. [ цитирование необходимо ] Впускные клапаны позволяют впуск топливной смеси воздуха; и выпускные клапаны позволяют утилизировать сгоревшие газы.

Типы головок

Используются камеры сгорания различной формы, такие как: L-образная (или плоская) головка для двигателей с боковым клапаном; "ванна", "полусферический" и "клин" для двигателей с верхним расположением клапанов; и "коленчатая крыша" для двигателей, имеющих 3, 4 или 5 клапанов на цилиндр. Форма камеры оказывает заметное влияние на выходную мощность, эффективность и выбросы; Целью дизайнера является сжигание всей смеси настолько полно, насколько это возможно, избегая чрезмерных температур (которые создают NOx).Это лучше всего достигается с помощью компактной, а не удлиненной камеры. [ цитирование необходимо ]

Swirl & Squish

Впускной клапан / порт обычно размещают для придания смеси выраженного «вихревого» рисунка (термин «вихревой» предпочтительнее, чем «турбулентность», что подразумевает движение без ярко выраженного рисунка) над восходящим поршень, улучшающий смешивание и сгорание. Форма верхней части поршня также влияет на величину завихрения. Другой конструктивной особенностью, способствующей турбулентности для хорошего смешивания топлива и воздуха, является «сжатие», при котором смесь топлива и воздуха «сжимается» при высоком давлении с помощью поднимающегося поршня. [1] [2] В тех случаях, когда завихрение особенно важно, камеры сгорания в поршне могут быть предпочтительны.

Фронт пламени

Зажигание обычно происходит за 15 градусов до верхней мертвой точки. Свеча зажигания должна быть расположена так, чтобы фронт пламени мог распространяться по всей камере сгорания. Хорошая конструкция должна избегать узких щелей, в которых застойный «конечный газ» может попасть в ловушку, поскольку этот газ может сильно взорваться после основного заряда, добавляя мало полезной работы и потенциально повреждая двигатель. [ цитирование необходимо ]

Дизельный двигатель [править]

Поршневой поршень для дизельного двигателя Дизельные двигатели

делятся на два широких класса:

  • Прямой впрыск, где камера сгорания состоит из поршня
  • Непрямой впрыск, где камера сгорания находится в головке блока цилиндров.

Двигатели с непосредственным впрыском обычно дают лучшую экономию топлива, но двигатели с непрямым впрыском могут использовать топливо более низкого качества.

Гарри Рикардо был выдающимся разработчиком камер сгорания для дизельных двигателей. Самым известным из [примечание 1] была комета Рикардо.

Газовая турбина [править]

Камера сгорания в газовых турбинах и реактивных двигателях (включая прямоточные и реактивные двигатели) называется камерой сгорания.

В камеру сгорания подается сжатый воздух под высоким давлением, она добавляет топливо, сжигает смесь и подает горячий отработанный газ под высоким давлением в компоненты турбины двигателя или из выпускного сопла.

Существуют различные типы камер сгорания, в основном:

  • Тип банок: Камерные камеры сгорания представляют собой автономные цилиндрические камеры сгорания.Каждая «банка» имеет свой топливный инжектор, вкладыш, соединители, кожух. Каждый «может» получить источник воздуха из индивидуального отверстия.
  • Канюлированный тип: Как и в случае камеры сгорания баночного типа, в кольцевых камерах сгорания могут быть отдельные зоны сгорания, содержащиеся в отдельных вкладышах с собственными топливными инжекторами. В отличие от камеры сгорания, все зоны сгорания имеют общий воздушный кожух.
  • Кольцевой тип: кольцевые камеры сгорания покончат с отдельными зонами сгорания и просто имеют непрерывный вкладыш и корпус в кольце (кольцевое пространство).

Ракетный двигатель [править]

Этот раздел требует расширения . Вы можете помочь, добавив к нему. (март 2014)

Паровой двигатель [редактировать]

Термин камера сгорания также используется для обозначения дополнительного пространства между топкой и котлом в паровозе. [ цитирование необходимо ] Это пространство используется для дальнейшего сжигания топлива, обеспечивая больший нагрев котла.

Большие паровозы обычно имеют камеру сгорания в котле, что позволяет использовать более короткие пожарные трубы. Это потому что:

  • Длинные пожарные трубы имеют теоретическое преимущество в обеспечении большой поверхности нагрева, но за пределами определенной длины это может привести к уменьшению отдачи.
  • Очень длинные топки склонны к провисанию посередине.

Микро камеры сгорания [править]

Микро камеры сгорания - это устройства, в которых сгорание происходит при очень небольшом объеме, благодаря чему увеличивается отношение поверхности к объему, что играет жизненно важную роль в стабилизации пламени. Серия Comet была известна в последующие годы. В то время Рикардо добился значительной известности благодаря своей более ранней турбулентной головке, используемой в бензиновых двигателях с боковым клапаном. ,Сжигание

- Википедия

Химическая реакция

Пламя, вызванное сгоранием (горением) топлива

Сжигание или сгорание , [1] представляет собой высокотемпературную экзотермическую окислительно-восстановительную химическую реакцию между топливом (восстановителем) и окислителем, обычно кислородом воздуха, который образует окисленные, часто газообразные продукты, в смеси называется дымом. Горение не всегда приводит к пожару, но когда это происходит, пламя является характерным индикатором реакции.В то время как энергия активации должна быть преодолена, чтобы инициировать горение (например, используя зажженную спичку, чтобы зажечь огонь), тепло от пламени может обеспечить достаточно энергии, чтобы сделать реакцию самоподдерживающейся. Горение часто представляет собой сложную последовательность элементарных радикальных реакций. Твердые виды топлива, такие как древесина и уголь, сначала подвергаются эндотермическому пиролизу с образованием газообразного топлива, сгорание которого затем обеспечивает тепло, необходимое для производства большего количества из них. Сгорание часто бывает достаточно горячим, и возникает свет накаливания в виде светящегося или пламени.Простой пример можно увидеть в сгорании водорода и кислорода в водяном паре, реакции, обычно используемой для заправки ракетных двигателей. Эта реакция выделяет 242 кДж / моль тепла и соответственно уменьшает энтальпию (при постоянной температуре и давлении):

2H
2 (г) + O
2 (г) → 2H
2O (г)

Сжигание органического топлива в воздухе всегда экзотермическое, поскольку двойная связь в O 2 намного слабее, чем другие двойные связи или пары одинарных связей, и поэтому образование более сильных связей в продуктах сгорания CO
2 и H
2O приводит к выделению энергии. [2] Энергии связи в топливе играют лишь незначительную роль, поскольку они аналогичны таковым в продуктах сгорания; например, сумма энергий связи CH 4 почти такая же, как у CO
2. Теплота сгорания составляет приблизительно −418 кДж на моль O 2 , использованного в реакции горения, и может быть оценивается по элементному составу топлива. [2]

Некатализированное горение на воздухе требует относительно высоких температур.Полное сгорание является стехиометрическим в отношении топлива, где нет оставшегося топлива и в идеале нет остаточного окислителя. Термодинамически химическое равновесие горения на воздухе в подавляющем большинстве находится на стороне продуктов. Однако полного сгорания практически невозможно достичь, поскольку химическое равновесие не обязательно достигается или может содержать несгоревшие продукты, такие как окись углерода, водород и даже углерод (сажа или зола). Таким образом, образующийся дым обычно токсичен и содержит несгоревшие или частично окисленные продукты.Любое сгорание при высоких температурах в атмосферном воздухе, которое составляет 78 процентов азота, также приведет к образованию небольших количеств нескольких оксидов азота, обычно называемых NOx, поскольку сгорание азота термодинамически выгодно при высоких, но не низких температурах. Поскольку горение редко бывает чистым, по закону может потребоваться очистка дымовых газов или каталитические нейтрализаторы.

Пожары происходят естественным путем, поджигаются ударами молнии или вулканическими продуктами. Горение (огонь) было первой контролируемой химической реакцией, обнаруженной людьми, в форме костров и костров, и продолжает оставаться основным методом производства энергии для человечества.Обычно топливо представляет собой углерод, углеводороды или более сложные смеси, такие как древесина, которая содержит частично окисленные углеводороды. Тепловая энергия, получаемая в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь или нефть, или из возобновляемого топлива, такого как дрова, собирается для различных целей, таких как приготовление пищи, производство электроэнергии или промышленное или бытовое отопление. Горение также в настоящее время является единственной реакцией, используемой для питания ракет. Сжигание также используется для уничтожения (сжигания) отходов, как опасных, так и опасных.

Окислители для сжигания имеют высокий потенциал окисления и включают атмосферный или чистый кислород, хлор, фтор, трифторид хлора, закись азота и азотную кислоту. Например, водород сгорает в хлоре с образованием хлористого водорода с выделением тепла и света, характерных для горения. Хотя обычно не катализируется, сгорание может быть катализировано платиной или ванадием, как в процессе контакта.

Полное и неполное [править]

завершено [править]

При полном сгорании реагент сгорает в кислороде и производит ограниченное количество продуктов.Когда углеводород сгорает в кислороде, в результате реакции в основном образуются углекислый газ и вода. Когда элементы сжигаются, продукты являются в первую очередь наиболее распространенными оксидами. Углерод будет давать диоксид углерода, сера - диоксид серы, а железо - оксид железа (III). Азот не считается горючим веществом, когда кислород является окислителем. Тем не менее, небольшие количества различных оксидов азота (обычно обозначаемых NO
x видов) образуются, когда воздух является окислителем

Горение не обязательно благоприятно для максимальной степени окисления, и оно может зависеть от температуры.Например, триоксид серы не производится количественно при сжигании серы. Виды NOx появляются в значительных количествах выше примерно 2800 ° F (1540 ° C), и больше вырабатывается при более высоких температурах. Количество NOx также зависит от избытка кислорода. [3]

В большинстве промышленных применений и при пожарах источником кислорода является воздух (O
2 ). В воздухе каждый моль кислорода смешивается с приблизительно 3,71 моль азота. Азот не участвует в сгорании, но при высоких температурах некоторое количество азота преобразуется в NO
x (в основном, NO, с гораздо меньшими количествами NO
2 ).С другой стороны, когда кислорода недостаточно для полного сгорания топлива, часть углерода в топливе превращается в монооксид углерода, а некоторые водороды остаются непрореагировавшими. Поэтому полный набор уравнений для сжигания углеводорода в воздухе требует дополнительного расчета для распределения кислорода между углеродом и водородом в топливе.

Количество воздуха, необходимое для полного сгорания, известно как чистый воздух [ цитирование необходимо ] .Однако на практике используемый воздух в 2-3 раза больше чистого воздуха.

Неполное сгорание [править]

Неполное сгорание будет происходить, когда не хватает кислорода, чтобы позволить топливу полностью прореагировать с образованием углекислого газа и воды. Это также происходит, когда сгорание гасится теплоотводом, таким как твердая поверхность или ловушка пламени. Как и в случае полного сгорания, вода образуется в результате неполного сгорания; однако вместо диоксида углерода образуются углерод, монооксид углерода и гидроксид.

Для большинства видов топлива, таких как дизельное топливо, уголь или древесина, пиролиз происходит перед сжиганием. При неполном сгорании продукты пиролиза остаются несгоревшими и загрязняют дым вредными частицами и газами. Частично окисленные соединения также являются проблемой; Частичное окисление этанола может привести к образованию вредного ацетальдегида, а углерод - токсичного монооксида углерода.

Конструкция устройств сгорания может улучшить качество сгорания, таких как горелки и двигатели внутреннего сгорания.Дальнейшие улучшения достигаются с помощью каталитических устройств дожигания (таких как каталитические нейтрализаторы) или простого частичного возврата выхлопных газов в процесс сгорания. Такие устройства требуются природоохранным законодательством для автомобилей в большинстве стран. Они могут быть необходимы для того, чтобы крупные устройства сгорания, такие как тепловые электростанции, могли достигать законных норм выбросов.

Степень сгорания может быть измерена и проанализирована с помощью испытательного оборудования. Подрядчики HVAC, пожарные и инженеры используют анализаторы горения для проверки эффективности горелки в процессе горения.Кроме того, эффективность двигателя внутреннего сгорания может быть измерена таким образом, и некоторые штаты США и местные муниципалитеты используют анализ сгорания для определения и оценки эффективности транспортных средств на дороге сегодня.

При неполном сгорании образуется оксид углерода [править]

Окись углерода - один из продуктов неполного сгорания. [4] Углерод выделяется при нормальной неполной реакции горения, образуя сажу и пыль. Поскольку окись углерода считается ядовитым газом, полное сгорание является предпочтительным, поскольку окись углерода может также привести к респираторным расстройствам при дыхании, поскольку она заменяет кислород и соединяется с гемоглобином. [5]

Проблемы, связанные с неполным сгоранием [править]
Экологические проблемы: [6]

Эти оксиды соединяются с водой и кислородом в атмосфере, образуя азотную кислоту и серные кислоты, которые возвращаются на поверхность Земли в результате кислотного осаждения или «кислотного дождя». Кислотные отложения наносят вред водным организмам и убивают деревья. Из-за образования определенных питательных веществ, которые менее доступны для растений, таких как кальций и фосфор, это снижает продуктивность экосистемы и ферм.Дополнительная проблема, связанная с оксидами азота, заключается в том, что они, наряду с углеводородными загрязнителями, способствуют образованию тропосферного озона, основного компонента смога.

Проблемы со здоровьем человека: [6]

Вдыхание угарного газа вызывает головную боль, головокружение, рвоту и тошноту. Если уровень окиси углерода достаточно высок, люди теряют сознание или умирают. Воздействие умеренных и высоких уровней угарного газа в течение длительных периодов положительно коррелирует с риском сердечно-сосудистых заболеваний.Люди, которые переживают тяжелое отравление угарным газом, могут страдать от долговременных проблем со здоровьем. [7] Угарный газ из воздуха поглощается в легких, который затем связывается с гемоглобином в эритроцитах человека. Это уменьшит способность эритроцитов переносить кислород по всему организму.

Тлеющий [править]

Тление - это медленная, низкотемпературная, беспламенная форма горения, поддерживаемая теплом, выделяемым при непосредственном воздействии кислорода на поверхность топлива в конденсированной фазе.Это типично неполная реакция горения. Твердые материалы, которые могут выдерживать реакцию тления, включают уголь, целлюлозу, древесину, хлопок, табак, торф, туф, гумус, синтетические пены, обуглившиеся полимеры (включая пенополиуретан) и пыль. Распространенными примерами тлеющих явлений являются возникновение пожаров в жилых помещениях на мягкой мебели из-за слабых источников тепла (например, сигареты, короткозамкнутого провода) и постоянного сжигания биомассы за пламенными фронтами лесных пожаров.

Rapid [редактировать]

Эксперимент, который демонстрирует большое количество энергии, выделяемой при сжигании этанола.Воспламеняется смесь спиртовых (в данном случае этаноловых) паров и воздуха в большой пластиковой бутылке с маленькой горловиной, что приводит к сильному синему пламени и звуку «свист».

Быстрое сгорание - это форма сгорания, также известная как пожар, при которой выделяется большое количество тепла и световой энергии, что часто приводит к пламени. Это используется в форме машин, таких как двигатели внутреннего сгорания и в термобарическом оружии. Такое сгорание часто называют взрывом, хотя для двигателя внутреннего сгорания это неточно. [спор - обсуждение ] Двигатель внутреннего сгорания номинально работает на управляемом быстром сгорании. Когда взрывается топливно-воздушная смесь в двигателе внутреннего сгорания, это называется детонацией. [ оспаривается - обсуждается ]

Спонтанный [править]

Самовозгорание - это тип горения, который происходит при саморазогреве (повышение температуры из-за экзотермических внутренних реакций), за которым следует тепловое убегание (самонагревание, которое быстро ускоряется до высоких температур) и, наконец, воспламенение.Например, фосфор самовоспламеняется при комнатной температуре без применения тепла. Органические материалы, подвергающиеся бактериальному компостированию, могут генерировать достаточно тепла, чтобы достичь точки сгорания. [8]

Турбулентный [править]

Горение, приводящее к турбулентному пламени, наиболее широко используется в промышленности (например, газовые турбины, бензиновые двигатели и т. Д.), Поскольку турбулентность помогает процессу смешивания топлива и окислителя.

Микрогравитация [править]

Цветное составное серое изображение отдельных кадров из видеозаписи горящей капли топлива с подсветкой в ​​условиях микрогравитации.

Термин «микрогравитация» относится к гравитационному состоянию, которое является «низким» (т. Е. «Микро» в смысле «малой» и необязательно миллионной доли нормальной гравитации Земли), так что влияние плавучести на физические процессы может считаться малым по сравнению с другими процессами потока, которые будут присутствовать при нормальной гравитации. В такой среде динамика переноса тепла и потока может вести себя совершенно иначе, чем в условиях нормальной гравитации (например, пламя свечи принимает форму сферы. [9] ). Исследования горения в условиях микрогравитации способствуют пониманию широкого спектра аспектов, которые имеют отношение как к окружающей среде космического корабля (например, к динамике пожара, относящейся к безопасности экипажа на Международной космической станции), так и к наземным (наземным) условиям (например, капля) динамика сгорания, чтобы помочь в разработке новых топливных смесей для улучшения сгорания, процессов изготовления материалов, терморегулирования электронных систем, динамики кипения многофазного потока и многих других).

Микро-сгорание [править]

Процессы сгорания, которые происходят в очень небольших объемах, считаются микрогорючим. Высокое отношение поверхности к объему увеличивает удельные тепловые потери. Расстояние гашения играет жизненно важную роль в стабилизации пламени в таких камерах сгорания.

Химические уравнения [править]

Стехиометрическое сжигание углеводорода в кислороде [править]

Как правило, химическое уравнение для стехиометрического сжигания углеводорода в кислороде:

CxHy + zO2⟶xCO2 + y2h3O {\ displaystyle {\ ce {C _ {\ mathit {x}} H _ {\ mathit {y}} {} + {\ mathit {z}} O2 -> {\ mathit {x }} CO2 {} + {\ frac {\ mathit {y}} {2}} h3O}}}

, где z = x + y4 {\ displaystyle z = x + {\ frac {y} {4}}} ,

Например, стехиометрическое сжигание пропана в кислороде:

C3H8пропан (топливо) + 5O2oxygen⟶3CO2 диоксид углерода + 4h3Owater {\ displaystyle {\ ce {{\ underset {пропан \ atop (топливо)} {C3H8}} + {\ underset {кислород} {5O2}} -> {\ underset {carbon \ двуокись} {3CO2}} + {\ underset {вода} {4h3O}}}}}

Стехиометрическое сжигание углеводорода в воздухе [править]

Если стехиометрическое сгорание происходит с использованием воздуха в качестве источника кислорода, азот, присутствующий в воздухе (атмосфера Земли), может быть добавлен к уравнению (хотя он не реагирует), чтобы показать стехиометрический состав топлива в воздухе и состав образующегося дымового газа.Обратите внимание, что обработка всех некислородных компонентов в воздухе в качестве азота дает отношение азота к кислороду 3,77, то есть (100% - O2%) / O2%, где O2% составляет 20,95% об .:

CxHy + zO2 + 3.77zN2⟶ xCO2 + y2h3O + 3.77zN2 {\ displaystyle {\ ce {C}} _ ​​{x} {\ ce {H}} _ {y} + z {\ ce {O2}} + 3.77z {\ ce {N2 ->}} \ x {\ ce {CO2}} + {\ frac {y} {2}} {\ ce {h3O}} + 3.77z {\ ce {N2}}}

где z = x + 14y {\ displaystyle z = x + {\ frac {1} {4}} y}.

Например, стехиометрическое сжигание пропана (C3H8 {\ displaystyle {\ ce {C3H8}}}) в воздухе:

C3H8 топливо + 5O2 кислород + 18.87N2nitrogen⟶3CO2 диоксид углерода + 4h3Вода + 18.87N2 азот {\ displaystyle {\ ce {{\ underset {fuel} {C3H8}} + {\ underset {oxygen} {5O2}}}} + {\ underset {\ ce {азот}} {18.87 {\ ce {N2}}}} {\ ce {-> {\ underset {carbon \ двуокись} {3CO2}} + {\ underset {вода} {4h3O}}}} + {\ underset {\ ce { азот}} {18.87 {\ ce {N2}}}}}

Стехиометрический состав пропана в воздухе составляет 1 / (1 + 5 + 18,87) = 4,02 об.%.


Стехиометрическая реакция горения для C α H β O γ в воздухе:

CαHβOγ + (α + β4 − γ2) (O2 + 3.77N2) COαCO2 + β2h3O + 3,77 (α + β4 − γ2) N2 {\ displaystyle {C _ {\ mathit {\ alpha}} H _ {\ mathit {\ beta}} O _ {\ mathit {\ gamma}}} + \ слева (\ alpha + {\ frac {\ beta} {4}} - {\ frac {\ gamma} {2}} \ right) \ left (O_ {2} + 3.77N_ {2} \ right) \ longrightarrow \ alpha CO_ {2} + {\ frac {\ beta} {2}} H_ {2} O + 3,77 \ left (\ alpha + {\ frac {\ beta} {4}} - {\ frac {\ gamma} { 2}} \ right) N_ {2}}


Стехиометрическая реакция горения для C α H β O γ S δ :

CαHβOγSδ + (α + β4 − γ2 + δ) (O2 + 3.77N2) COαCO2 + β2h3O + δSO2 + 3,77 (α + β4 − γ2 + δ) N2 {\ displaystyle {C _ {\ mathit {\ alpha}} H _ {\ mathit {\ beta}} O _ {\ mathit {\ gamma} } S _ {\ mathit {\ delta}}} + \ left (\ alpha + {\ frac {\ beta} {4}} - {\ frac {\ gamma} {2}} + \ delta \ right) \ left ( O_ {2} + 3.77N_ {2} \ right) \ longrightarrow \ alpha CO_ {2} + {\ frac {\ beta} {2}} H_ {2} O + \ delta SO_ {2} +3.77 \ left (\ alpha + {\ frac {\ beta} {4}} - {\ frac {\ gamma} {2}} + \ delta \ right) N_ {2}}


Стехиометрическая реакция горения для C α H β O γ N δ S ε :

CαHβOγNδSϵ + (α + β4 − γ2 + ϵ) (O2 + 3.77N2) COαCO2 + β2h3O + ϵSO2 + (3.77 (α + β4 − γ2 + ϵ) + δ2) N2 {\ displaystyle {C _ {\ mathit {\ alpha}} H _ {\ mathit {\ beta}} O _ {\ mathit { \ gamma}} N _ {\ mathit {\ delta}} S _ {\ mathit {\ epsilon}}} + \ left (\ alpha + {\ frac {\ beta} {4}} - {\ frac {\ gamma} { 2}} + \ epsilon \ right) \ left (O_ {2} + 3.77N_ {2} \ right) \ longrightarrow \ alpha CO_ {2} + {\ frac {\ beta} {2}} H_ {2} O + \ epsilon SO_ {2} + \ left (3.77 \ left (\ alpha + {\ frac {\ beta} {4}} - {\ frac {\ gamma} {2}} + \ epsilon \ right) + {\ frac {\ delta} {2}} \ right) N_ {2}}


Стехиометрическая реакция горения для C α H β O γ F ​​ δ :

CαHβOγFδ + (α + β − δ4 − γ2) (O2 + 3.77N2) COαCO2 + β − δ2h3O + δHF + 3,77 (α + β − δ4 − γ2) N2 {\ displaystyle {C _ {\ mathit {\ alpha}} H _ {\ mathit {\ beta}} O _ {\ mathit {\ гамма}} F _ {\ mathit {\ delta}}} + \ left (\ alpha + {\ frac {\ beta - \ delta} {4}} - {\ frac {\ gamma} {2}} \ right) \ слева (O_ {2} + 3.77N_ {2} \ right) \ longrightarrow \ alpha CO_ {2} + {\ frac {\ beta - \ delta} {2}} H_ {2} O + \ delta HF + 3.77 \ left (\ alpha + {\ frac {\ beta - \ delta} {4}} - {\ frac {\ gamma} {2}} \ right) N_ {2}}

Следовые продукты сгорания [править]

Различные другие вещества начинают появляться в значительных количествах в продуктах сгорания, когда температура пламени выше примерно 1600 К.При использовании избытка воздуха азот может окисляться до NO и, в значительно меньшей степени, до NO
2 . CO образуется путем диспропорционирования CO
2, а H
2 и OH образуется путем диспропорционирования H
2O.

Например, когда 1 моль пропана сжигается с 28,6 моль воздуха (120% от стехиометрического количества), продукты сгорания содержат 3,3% O
2 . При 1400 К продукты равновесного сгорания содержат 0,03% NO и 0.002% ОН. При 1800 K продукты сгорания содержат 0,17% NO, 0,05% OH, 0,01% CO и 0,004% H
2 . [10]

Дизельные двигатели работают с избытком кислорода для сжигания мелких частиц, которые имеют тенденцию образовываться только со стехиометрическим количеством кислорода, обязательно производя выбросы оксида азота. Как в Соединенных Штатах, так и в Европейском союзе применяются ограничения на выбросы оксида азота в транспортных средствах, что требует использования специальных каталитических нейтрализаторов или обработки выхлопных газов мочевиной (см. Дизельная выхлопная жидкость).

Неполное сгорание углеводорода в кислороде [править]

Неполное (частичное) сгорание углеводорода с кислородом приводит к образованию газовой смеси, содержащей в основном CO
2 , CO, H
2O и H
2 . Такие газовые смеси обычно готовят для использования в качестве защитных сред для термической обработки металлов и для цементации газа. [11] Общее уравнение реакции для неполного сгорания одного моля углеводорода в кислороде:

CxHyfuel + zO2oxygen⟶aCO2 диоксид углерода + bCO угарный газ + ch3Owater + dh3водород {\ displaystyle {\ ce {{\ underset {fuel} {C _ {\ mathit {x}} H _ {\ mathit {y}}}} + {\ underset {кислород} {{\ mathit {z}} O2}} -> {\ underset {carbon \ двуокись} {{\ mathit {a}} CO2}} + {\ underset {углерод \ монооксид} {{\ mathit { b}} CO}} + {\ underset {water} {{\ mathit {c}} h3O}} + {\ underset {водород} {{\ mathit {d}} h3}}}}}

Когда z падает ниже примерно 50% от стехиометрического значения, CH
4 может стать важным продуктом сгорания; когда z падает ниже примерно 35% от стехиометрического значения, элементарный углерод может стать стабильным.

Продукты неполного сгорания могут быть рассчитаны с помощью материального баланса вместе с предположением, что продукты сгорания достигают равновесия. [12] [13] Например, при сжигании одного моля пропана (C
3 H
8 ) с четырьмя молями O
2 , семь молей сгорания образуются газы, и z составляет 80% от стехиометрического значения. Три уравнения элементного баланса:

  • Углерод: a + b = 3 {\ displaystyle a + b = 3}
  • Водород: 2c + 2d = 8 {\ displaystyle 2c + 2d = 8}
  • Кислород:
.

Компоненты двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания бывают самых разных типов, но имеют определенные семейные сходства и, таким образом, имеют много общих типов компонентов.

камеры сгорания [править]

Двигатели внутреннего сгорания могут содержать любое количество камер сгорания (цилиндров), причем обычно используются числа от одного до двенадцати, хотя использовалось до 36 (Lycoming R-7755). Наличие большего количества цилиндров в двигателе дает два потенциальных преимущества: во-первых, двигатель может иметь большее смещение с меньшими индивидуальными поршневыми массами, то есть масса каждого поршня может быть меньше, что делает двигатель более плавным, поскольку двигатель имеет тенденцию вибрировать в результате движения поршней вверх и вниз.Удвоение количества цилиндров одинакового размера удвоит крутящий момент и мощность. Недостатком наличия большего количества поршней является то, что двигатель будет иметь тенденцию весить больше и создавать большее внутреннее трение, поскольку большее количество поршней трутся о внутреннюю часть их цилиндров. Это приводит к снижению эффективности использования топлива и лишает двигатель некоторой его мощности. Для высокоэффективных бензиновых двигателей, использующих современные материалы и технологии, такие как двигатели, используемые в современных автомобилях, кажется, что существует точка около 10 или 12 цилиндров, после которой добавление цилиндров становится общим ущербом для производительности и эффективности.Хотя исключения, такие как двигатель W16 от Volkswagen, существуют.

  • Большинство автомобильных двигателей имеют от четырех до восьми цилиндров, у некоторых высокопроизводительных автомобилей - десять, 12 или даже 16, а у некоторых очень маленьких легковых и грузовых автомобилей - два или три. В предыдущие годы некоторые довольно большие автомобили, такие как DKW и Saab 92, имели двухцилиндровые или двухтактные двигатели.
  • Радиальные авиадвигатели имели от трех до 28 цилиндров; примеры включают маленький Kinner B-5 и большой Pratt & Whitney R-4360.Большие примеры были построены в несколько рядов. Поскольку в каждом ряду содержится нечетное число цилиндров, чтобы обеспечить четную последовательность запуска четырехтактного двигателя, четное число обозначает двух- или четырехрядный двигатель. Самым крупным из них был Lycoming R-7755 с 36 цилиндрами (четыре ряда по девять цилиндров), но он не поступил в производство.
  • Мотоциклы обычно имеют от одного до четырех цилиндров, с несколькими высокопроизводительными моделями, имеющими шесть; хотя некоторые «новинки» существуют с 8, 10 или 12.
  • Снегоходы Обычно имеют от одного до четырех цилиндров и могут быть как двухтактными, так и четырехтактными, обычно в линейной конфигурации; Тем не менее, снова есть некоторые новинки, которые существуют с двигателями V-4
  • Небольшие портативные приборы, такие как бензопилы, генераторы и бытовые газонокосилки, обычно имеют один цилиндр, но существуют двухцилиндровые бензопилы.
  • Большие реверсивные двухтактные судовые дизели имеют минимум три-десять цилиндров. Грузовые дизельные локомотивы обычно имеют от 12 до 20 цилиндров из-за нехватки места, так как большие цилиндры занимают больше места (объема) на киловатт-час, из-за ограничения средней скорости поршня менее 30 футов в секунду на двигателях, работающих в условиях более 40 000 часов полная мощность.

Система зажигания [править]

Система зажигания двигателей внутреннего сгорания зависит от типа двигателя и используемого топлива.Бензиновые двигатели обычно воспламеняются с помощью точно рассчитанной свечи зажигания, а дизельные двигатели - от компрессионного нагрева. Исторически использовалось внешнее пламя и системы с горячими трубами, см. Двигатель с горячими лампами.

Spark [редактировать]

В двигателе с искровым зажиганием смесь воспламеняется электрической искрой от свечи зажигания, время которой очень точно контролируется. Почти все бензиновые двигатели относятся к этому типу. Время дизельных двигателей точно контролируется насосом давления и инжектором. Нормальное расстояние между свечой зажигания составляет 1 мм, а напряжение составляет 3000 В при нормальных атмосферных условиях.

Сжатие

[править]

Зажигание происходит, когда температура топливовоздушной смеси превышает ее температуру самовоспламенения из-за тепла, выделяемого при сжатии воздуха во время такта сжатия. Подавляющее большинство двигателей с воспламенением от сжатия представляют собой дизели, в которых топливо смешивается с воздухом после того, как воздух достигнет температуры воспламенения. В этом случае выбор времени происходит от системы впрыска топлива. В очень маленьких модельных двигателях, для которых простота и легкий вес важнее, чем затраты на топливо, используются легко воспламеняемые виды топлива (смесь керосина, эфира и смазки) и регулируемая компрессия для контроля момента зажигания при запуске и работе.

Время зажигания [править]

Для поршневых двигателей точка цикла, в которой воспламеняется смесь топлива и окислителя, оказывает непосредственное влияние на эффективность и производительность ДВС. Термодинамика идеализированного теплового двигателя Карно говорит нам, что ДВС наиболее эффективен, если большая часть горения происходит при высокой температуре, возникающей в результате сжатия - вблизи верхней мертвой точки. Скорость фронта пламени напрямую зависит от степени сжатия, температуры топливной смеси и октанового числа или цетанового числа топлива.Смеси Leaner и более низкие давления смеси сгорают медленнее, что требует более точного выбора времени зажигания. Важно, чтобы сгорание распространялось тепловым фронтом пламени (дефлаграция), а не ударной волной. Распространение горения ударной волной называется детонацией, а в двигателях также известно как пинг или детонация двигателя.

Так что, по крайней мере, в бензиновых двигателях, время зажигания является в значительной степени компромиссом между более поздней «запаздывающей» искрой - которая дает большую эффективность с высокооктановым топливом - и более ранней «продвинутой» искрой, которая предотвращает детонацию с использованным топливом.По этой причине высокоэффективные сторонники дизельных автомобилей, такие как Gale Banks, считают, что

Только пока вы можете ездить с воздушным двигателем на бензине с октановым числом 91. Другими словами, это топливо, бензин, который стал ограничивающим фактором. ... Несмотря на то, что турбонаддув применяется как к бензиновым, так и к дизельным двигателям, только бензиновый двигатель может добавить только ограниченный наддув, прежде чем уровень октанового числа топлива снова станет проблемой. Для дизеля давление наддува практически не ограничено.В буквальном смысле можно запустить столько же наддува, сколько будет физически стоять двигатель, прежде чем развалиться. Следовательно, разработчики двигателей пришли к выводу, что дизели способны значительно больше мощности и крутящего момента, чем любой бензиновый двигатель сопоставимого размера. [1]

Топливные системы [править]

Анимированная разрезанная схема типичной топливной форсунки, устройства, используемого для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Топливо сгорает быстрее и эффективнее, когда оно представляет большую площадь поверхности для кислорода в воздухе.Жидкое топливо должно быть распылено, чтобы создать топливно-воздушную смесь, традиционно это было сделано с карбюратором в бензиновых двигателях и с впрыском топлива в дизельных двигателях. В большинстве современных бензиновых двигателей также используется впрыск топлива, хотя технология совершенно иная. Несмотря на то, что дизель должен впрыскиваться в точную точку в этом цикле двигателя, такая точность не требуется для бензинового двигателя. Однако отсутствие смазывающих свойств в бензине означает, что сами инжекторы должны быть более сложными.

Карбюратор [править]

Более простые поршневые двигатели продолжают использовать карбюратор для подачи топлива в цилиндр. Хотя технология карбюратора в автомобилях достигла очень высокой степени сложности и точности, с середины 1980-х годов она потеряла в стоимости и гибкости для впрыска топлива. Простые формы карбюратора по-прежнему широко используются в небольших двигателях, таких как газонокосилки, а более сложные формы по-прежнему используются в небольших мотоциклах.

Впрыск топлива [править]

Более крупные бензиновые двигатели, используемые в автомобилях, в основном перешли на системы впрыска топлива (см. Бензин с непосредственным впрыском).Дизельные двигатели всегда использовали систему впрыска топлива, потому что время впрыска инициирует и контролирует сгорание.

В двигателях Autogas используются либо системы впрыска топлива, либо карбюраторы с открытым или закрытым контуром.

Топливный насос [править]

Большинству двигателей внутреннего сгорания сейчас требуется топливный насос. Дизельные двигатели используют полностью механическую прецизионную насосную систему, которая обеспечивает синхронизированный впрыск непосредственно в камеру сгорания, поэтому требуется высокое давление подачи для преодоления давления в камере сгорания.Впрыск бензинового топлива поступает во впускной тракт при атмосферном давлении (или ниже), и время не учитывается, эти насосы обычно приводятся в действие электрически. Газотурбинные и ракетные двигатели используют электрические системы.

Другое [править]

Другие двигатели внутреннего сгорания, такие как реактивные двигатели и ракетные двигатели, используют различные способы подачи топлива, включая удары струи, сдвиг газа / жидкости, предварительные дожигатели и другие.

Система впуска Oxidiser-Air [править]

Некоторые двигатели, такие как твердые ракеты, имеют окислители, уже находящиеся в камере сгорания, но в большинстве случаев, чтобы происходило сгорание, в камеру сгорания должна подаваться непрерывная подача окислителя.

атмосферный двигатель [править]

Когда воздух используется с поршневыми двигателями, он может просто всасывать его, так как поршень увеличивает объем камеры. Тем не менее, это дает максимум 1 атмосферу перепада давления на впускных клапанах, и при высоких оборотах двигателя результирующий поток воздуха может ограничивать потенциальную производительность.

Нагнетатели и турбокомпрессоры [править]

Нагнетатель представляет собой систему «принудительной индукции», в которой используется компрессор с приводом от вала двигателя, который нагнетает воздух через клапаны двигателя для достижения более высокого расхода.При использовании этих систем максимальное абсолютное давление на впускном клапане обычно примерно в 2 раза превышает атмосферное давление или более.

Визитка турбокомпрессора Турбокомпрессоры

- это другой тип системы принудительной индукции, компрессор которой приводится в действие газовой турбиной, работающей на выхлопных газах двигателя.

Турбокомпрессоры и нагнетатели особенно полезны на больших высотах и ​​часто используются в авиационных двигателях.

Канальные реактивные двигатели используют ту же базовую систему, но отказываются от поршневого двигателя и заменяют его горелкой.

Жидкости [править]

В жидкостных ракетных двигателях окислитель поставляется в виде жидкости и должен подаваться под высоким давлением (обычно 10-230 бар или 1–23 МПа) в камеру сгорания. Обычно это достигается за счет использования центробежного насоса, работающего от газовой турбины, - конфигурации, известной как турбонасос , но он также может питаться под давлением.

Иллюстрация нескольких ключевых компонентов в типичном четырехтактном двигателе.

Для четырехтактного двигателя ключевые детали двигателя включают коленчатый вал (фиолетовый), шатун (оранжевый), один или несколько распределительных валов (красный и синий) и клапаны.Для двухтактного двигателя вместо клапанной системы может быть просто выпускное отверстие и впускное отверстие для топлива. В обоих типах двигателей есть один или несколько цилиндров (серый и зеленый), а для каждого цилиндра есть свеча зажигания (только темно-серый, только для бензиновых двигателей), поршень (желтый) и кривошип (фиолетовый). Единственный ход цилиндра поршнем при движении вверх или вниз известен как ход. Ход вниз, который происходит непосредственно после того, как воздушно-топливная смесь проходит от карбюратора или топливной форсунки к цилиндру (где он зажигается), также известен как рабочий ход.

Двигатель Ванкеля имеет треугольный ротор, который вращается в эпитрохоидальной камере (фигура 8) вокруг эксцентрикового вала. Четыре фазы работы (впуск, сжатие, питание и вытяжка) осуществляются в движущейся камере с переменным объемом.

Клапаны [править]

Все четырехтактные двигатели внутреннего сгорания используют клапаны для контроля впуска топлива и воздуха в камеру сгорания. В двухтактных двигателях используются отверстия в отверстии цилиндра, закрытые и не закрытые поршнем, хотя были и такие варианты, как выпускные клапаны.

Клапаны поршневого двигателя [править]

В поршневых двигателях клапаны сгруппированы в «впускные клапаны», которые допускают вход топлива и воздуха, и «выпускные клапаны», которые позволяют выхлопным газам выходить. Каждый клапан открывается один раз за цикл, а те, которые подвергаются экстремальным ускорениям, удерживаются закрытыми пружинами, которые обычно открываются шатунами, вращающимися на распределительном валу, вращающемся с коленчатым валом двигателя.

Регулирующие клапаны [править]

Двигатели непрерывного сгорания, а также поршневые двигатели обычно имеют клапаны, которые открываются и закрываются для впуска топлива и / или воздуха при запуске и останове.Некоторые клапаны позволяют регулировать поток и регулировать мощность или частоту вращения двигателя.

Выхлопные системы [править]

Выпускной коллектор с керамической системой плазменного напыления

Двигатели внутреннего сгорания должны эффективно управлять выхлопом охлажденного газа сгорания из двигателя. Система выпуска часто содержит устройства для контроля как химического, так и шумового загрязнения. Кроме того, для циклических двигателей внутреннего сгорания выхлопная система часто настраивается для улучшения опорожнения камеры сгорания.Большинство выхлопных газов также имеют системы для предотвращения попадания тепла в места, которые могут повредить его, такие как чувствительные к нагреванию компоненты, часто называемые управлением отводом тепла.

Для двигателей внутреннего сгорания с реактивным двигателем «выхлопная система» имеет форму высокоскоростного сопла, которое создает тягу двигателя и образует коллимированную струю газа, которая дает двигателю его имя.

Системы охлаждения [править]

Сжигание вырабатывает большое количество тепла, и часть этого передается на стенки двигателя.Отказ произойдет, если корпусу двигателя позволят достичь слишком высокой температуры; либо двигатель выйдет из строя физически, либо любые используемые смазочные материалы будут ухудшаться до такой степени, что они больше не будут защищать двигатель. Смазочные материалы должны быть чистыми, так как грязные смазочные материалы могут привести к чрезмерному образованию осадка в двигателях.

Системы охлаждения обычно используют воздушное (с воздушным охлаждением) или жидкостное (обычно водяное) охлаждение, в то время как некоторые очень горячие двигатели используют радиационное охлаждение (особенно некоторые ракетные двигатели).Некоторые высотные ракетные двигатели используют абляционное охлаждение, когда стены постепенно разрушаются контролируемым образом. В частности, ракеты могут использовать регенеративное охлаждение, в котором используется топливо для охлаждения твердых частей двигателя.

Поршень [править]

Поршень является компонентом поршневых двигателей. Он расположен в цилиндре и сделан газонепроницаемым с помощью поршневых колец. Его целью является передача силы от расширяющегося газа в цилиндре на коленчатый вал через шток поршня и / или шатун.В двухтактных двигателях поршень также действует как клапан, закрывая и открывая отверстия в стенке цилиндра. Поршень совершает возвратно-поступательные движения внутри двигателя благодаря силам, возникающим внутри камеры сгорания. Это возвратно-поступательное движение отвечает за впуск и выпуск газов из цилиндра двигателя. Поршень получает взрывные силы, возникающие при сгорании топлива, и преобразует его в механическую энергию, вращая коленчатый вал. Поршень соединен с коленчатым валом посредством шатуна.Обычно изготавливается из алюминиевых сплавов. Алюминиевые поршни имеют малый вес и хорошую теплопроводность. Легкий поршень может совершать возвратно-поступательные движения легко и с большей скоростью. Более высокая теплопроводность помогает им отводить тепло к стенкам цилиндра, сохраняя их холодными. Одна проблема с алюминием состоит в том, что он имеет очень высокий коэффициент теплового расширения. Следовательно, между поршнем и стенками цилиндра должен быть достаточный зазор. В случае меньшего зазора тепловое расширение поршня также может вызвать остановку двигателя.

Приводное сопло [править]

Для реактивных двигателей внутреннего сгорания имеется выталкивающее сопло. Это берет высокую температуру, выхлоп высокого давления и расширяет и охлаждает это. Выхлоп оставляет форсунку, движущуюся на гораздо более высокой скорости, и обеспечивает тягу, а также сжимает поток из двигателя и повышает давление в остальной части двигателя, придавая большую тягу выходной массе выхлопного газа.

Коленчатый вал [править]

Коленчатый вал для 4-цилиндрового двигателя

Большинство поршневых двигателей внутреннего сгорания заканчивают вращением вала.Это означает, что линейное движение поршня должно быть преобразовано во вращение. Обычно это достигается с помощью коленчатого вала.

Маховики [править]

Маховик - это диск или колесо, прикрепленное к кривошипу, образующее инерционную массу, которая накапливает энергию вращения. В двигателях с одним цилиндром маховик необходим для передачи энергии от рабочего такта в последующий такт сжатия. Маховики присутствуют в большинстве поршневых двигателей, чтобы сгладить подачу мощности при каждом обороте кривошипа, а в большинстве автомобильных двигателей также устанавливают зубчатое кольцо для стартера.Инерция вращения маховика также позволяет значительно снизить минимальную скорость без нагрузки, а также улучшает плавность хода на холостом ходу. Маховик также может выполнять часть балансировки системы и, таким образом, сам по себе нарушать баланс, хотя большинство двигателей будет использовать нейтральный баланс для маховика, что позволяет его балансировать в отдельной операции. Маховик также используется в качестве крепления для сцепления или гидротрансформатора в большинстве автомобильных применений.

Стартовые системы [править]

Все двигатели внутреннего сгорания требуют какой-либо системы для запуска их в эксплуатацию.В большинстве поршневых двигателей используется стартер, работающий от той же батареи, что и остальные электрические системы. Большие реактивные двигатели и газовые турбины запускаются с помощью двигателя со сжатым воздухом, который связан с одним из карданных валов двигателя. Сжатый воздух может подаваться от другого двигателя, агрегата на земле или ВСУ самолета. Небольшие двигатели внутреннего сгорания часто запускаются за тяговые шнуры. Мотоциклы всех размеров традиционно заводились, хотя все, кроме самых маленьких, теперь имеют электрический старт.Крупные стационарные и судовые двигатели могут быть запущены путем своевременной подачи сжатого воздуха в цилиндры или иногда с помощью картриджей. Пусковой запуск относится к помощи от другой батареи (как правило, когда установленная батарея разряжена), в то время как ударный запуск относится к альтернативному методу запуска с применением некоторого внешнего усилия, например катится с холма

Теплозащитные системы [править]

Эти системы часто работают в сочетании с системами охлаждения двигателя и выхлопной системы.Тепловая защита необходима для предотвращения повреждения двигателя чувствительными к нагреву компонентами. Большинство старых автомобилей используют простой стальной теплозащитный экран для уменьшения теплового излучения и конвекции. В настоящее время наиболее распространенным для современных автомобилей является использование алюминиевого теплозащитного экрана, который имеет меньшую плотность, легко формуется и не подвержен коррозии так же, как сталь. Автомобили с более высокими характеристиками начинают использовать керамический теплозащитный экран, поскольку он может выдерживать гораздо более высокие температуры, а также дальнейшее снижение теплопередачи.

Системы смазки [редактировать]

Двигатели внутреннего сгорания требуют смазки во время работы, чтобы движущиеся части плавно скользили друг над другом. Недостаточная смазка подвергает детали двигателя контакту металла с металлом, трению, накоплению тепла, быстрому износу, который часто приводит к сварке деталей трением, например. поршни в их цилиндрах. Заклинивание подшипников большого конца иногда приводит к поломке и высовыванию шатуна через картер двигателя.

Используются несколько различных типов систем смазки.Простые двухтактные двигатели смазываются маслом, смешанным с топливом или впрыскиваемым в поток впрыска в виде спрея. Ранние тихоходные стационарные и морские двигатели смазывались самотеком из небольших камер, похожих на те, которые использовались на паровых двигателях в то время - с тендером для двигателей, заполняющим их при необходимости. Поскольку двигатели были адаптированы для использования в автомобильной и авиационной промышленности, необходимость в высоком соотношении мощности к весу привела к увеличению скорости, более высокой температуре и большему давлению на подшипники, что, в свою очередь, требовало смазки под давлением для коленчатых подшипников и шатунных шеек.Это было обеспечено либо прямой смазкой от насоса, либо косвенно струей масла, направленной на приемные колпачки на концах шатуна, что имело преимущество в обеспечении более высокого давления при увеличении частоты вращения двигателя.

Системы управления [править]

Большинству двигателей требуется одна или несколько систем для запуска и выключения двигателя, а также для управления такими параметрами, как мощность, скорость, крутящий момент, загрязнение, температура сгорания и эффективность, а также для стабилизации двигателя в режимах работы, которые могут вызвать самоповреждение. такие как предварительное зажигание.Такие системы могут упоминаться как блоки управления двигателем.

Сегодня многие системы управления являются цифровыми и часто называются системами FADEC (полное электронное электронное управление).

Диагностические системы [править]

Engine On Board Diagnostics (также известная как OBD) - это компьютеризированная система, которая позволяет проводить электронную диагностику силовой установки транспортного средства. Первое поколение, известное как OBD1 , было введено через 10 лет после того, как Конгресс США принял Закон о чистом воздухе в 1970 году как способ контроля за системой впрыска топлива транспортных средств. OBD2 , второе поколение компьютеризированной бортовой диагностики, было кодифицировано и рекомендовано Калифорнийским советом по воздушным ресурсам в 1994 году и стало обязательным оборудованием на всех транспортных средствах, продаваемых в Соединенных Штатах с 1996 года. Также сделано на всех автомобилях.

См. Также [править]

Список литературы [править]

Внешние ссылки [править]

,

Смотрите также


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