Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Курсовая работа "Физико-химический подход к увеличению коэфициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания."

Курсовая работа "Физико-химический подход к увеличению коэфициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания."



Московские документы для аттестации!

124 курса профессиональной переподготовки от 4 795 руб.
274 курса повышения квалификации от 1 225 руб.

Для выбора курса воспользуйтесь поиском на сайте KURSY.ORG


Вы получите официальный Диплом или Удостоверение установленного образца в соответствии с требованиями государства (образовательная Лицензия № 038767 выдана ООО "Столичный учебный центр" Департаментом образования города МОСКВА).

ДИПЛОМ от Столичного учебного центра: KURSY.ORG


библиотека
материалов









hello_html_m5252da12.gif






Физико-химический подход к увеличению коэфициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.





Выполнил: ученик 8 Д кл

Хасенханов А.М.

Руководитель: Антощук Л. Г








Караганда - 2011

Содержание


Введение................................................................................................................3

1. Принципы работы двигателя внутреннего сгорания………………………5

2.Химический подход к увеличению мощности ДВС......................................9

2.1. Топливо и его химические реакции при сгорании………………………10

2.2.Что такое октановое число? Как влияет октановое число бензина на качество работы двигателя…………………………………………………......12

2.3. Оксид азота – N2O………………………………………………………......15

3. Дополнительные детали для увеличения мощности двигателя с физической точки зрения……………………………………………………………………..15

Заключение............................................................................................................26

Список использованной литературы…………………………………………..28











Введение

Двигатель внутреннего сгорания, его создание изменило наш мир. Появились машины, самолеты и другие средства передвижения. Если не было бы ДВС, то сейчас мы ездили бы на повозках или на чем-то другом. Одно ясно, если не было бы ДВС, мир был бы другим.

Проект первого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) принадлежит известному изобретателю часового анкера Христиану Гюйгенсу и предложен ещё в XVII веке. Интересно, что в качестве топлива предполагалось использовать порох, а сама идея была подсказана артиллерийским орудием. Все попытки Дениса Папена (создатель первой паровой машины) построить машину на таком принципе, успехом не увенчались. Первый надёжно работавший ДВС сконструировал в 1860 году французский инженер Эжен Ленуар. Двигатель Ленуара работал на газовом топливе. Спустя 16 лет немецкий конструктор Николас Отто создал более совершенный 4-тактный газовый двигатель. В этом же 1876 году шотландский инженер Дугальд Кларк испытал первый удачный 2-тактный двигатель. Совершенствованием ДВС занимались многие инженеры и механики. Так, в 1883 году немецкий инженер Карл Бенц изготовил использованный им в дальнейшем 2-тактный ДВС. В 1897 году его соотечественник и тоже инженер Рудольф Дизель предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, названный впоследствии дизелем.

В XX веке ДВС стал основным двигателем в автомобильном транспорте. В 70-х годах почти 80 % суммарной мощности всех существовавших ДВС приходилось на транспортные машины (автомобили, трактора и пр.). Параллельно шло совершенствование гидротурбин, применявшихся на гидроэлектростанциях. Их мощность в 70-х годах XX века превысила 600 МВт. В первой половине XX века создали новые типы первичных двигателей: газовые турбиныреактивные двигатели, а в 50-х и ядерные силовые установки. Процесс совершенствования и изобретения первичных двигателей продолжается.

Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п.

Целью моей курсовой работы является анализ работы ДВС и влияние химических и физических факторов его мощность.

Отсюда вытекают следующие задачи:

  1. Изучение принципов работы ДВС.

  2. Химические факторы и их влияние на его мощность ДВС.

  3. Физические факторы и их влияние на его мощность ДВС.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества. 
Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.




1. Принципы работы двигателя внутреннего сгорания

Дhello_html_m7b57c367.pngви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС)— это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Несмотря на то, что ДВС относятся к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и т.д.), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.

hello_html_12c5378e.jpgРассмотрим основные виды двигателей.

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движе-ния поршня превращается во вращатель-ную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

ДВС классифицируют:

а) По назначению - делятся на транспортные, стационарные и специальные.

б) По роду применяемого топлива - легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо).

в) По способу образования горючей смеси - внешнее (карбюратор) и внутреннее у дизельного ДВС.

г) По способу воспламенения: либо искра, либо сжатие.

д) По числу и расположению цилиндров разделяют рядные, горизонтальные, вертикальные, V-образные, оппозитные.

Бензиновые двигатели. Бензиновые карбюраторные

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае – её гомогенизированность.

Бензиновые инжекторные. Также, существует способ смесеобразования путем непосредственного впрыска бензина в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Горючая смесь - в этом случае - образуется уже непосредственно в цилиндре.

Циклы работы поршневых ДВС

Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.

Рhello_html_6c1bc33e.pngабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. В двигателе рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме:

1. В процессе впуска поршень перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), а освобождающееся надпоршневое пространство цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом. Из-за разности давлений во впускном коллекторе и внутри цилиндра двигателя при открытии впускного клапана смесь поступает (всасывается) в цилиндр в момент времени, называемый углом открытия впускного клапана φ.

Вhello_html_2a93a84c.pngоздушно-топливная смесь и продукты сгорания (всегда остающиеся в объеме пространства сжатия от предыдущего цикла), смешиваясь между собой, образуют рабочую смесь. Тщательно приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому ее подготовке уделяется большое внимание во всех типах поршневых двигателей.

Количество воздушно-топливной смеси, поступающее в цилиндр за один рабочий цикл, называется свежим зарядом, а продукты сгорания, остающиеся в цилиндре к моменту поступления в него свежего заряда — остаточными газами.

Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его весовую долю в рабочей смеси.

Схема работы четырехтактного двигателя, (цикл Отто)

1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск

2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь

от н.м.т. к в.м.т. и уменьшая объем надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело). Сжатие рабочего тела ускоряет процесс сгорания и этим предопределяет возможную полноту использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива в цилиндре.

Двигатели внутреннего сгорания строятся с возможно большей степенью сжатия, которая в случаях принудительного зажигания смеси достигает значения 10—12, а при использовании принципа самовоспламенения топлива выбирается в пределах 14—22.

3. В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает.

В рассматриваемой схеме рабочая смесь в нужный момент вблизи в.м.т. поджигается от постороннего источника с помощью электрической искры высокого напряжения (порядка 15 кв). Для подачи искры в цилиндр служит свеча зажигания, которая ввер­тывается в головку цилиндра.

Для двигателей с воспламенением топлива от тепла, выделяющегося от предварительно сжатого воздуха, запальная свеча не нужна. Такие двигатели снабжаются специальной форсункой, через которую в нужный момент в цилиндр впрыскивается топливо под давлением в 100 ÷ 300 кГ/см² (≈ 10—30 Мн/м²) и более.

4. В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и проворачивает его.

5. В процессе выпуска поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через второй открывающийся к этому времени клапан, выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объеме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.

Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгора­ния, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счет энергии маховика, которую он накапливает в про­цессе рабочего хода.

В многоцилиндровых двигателях вспомогательные ходы каждого из цилиндров выполняются за счет работы других (соседних) цилиндров. Поэтому эти двигатели в принципе могут работать без маховика.

Для удобства изучения рабочий цикл различных двигателей расчленяют на процессы или, наоборот, группируют процессы рабочего цикла с учетом положения поршня относительно мертвых точек в цилиндре. Это позволяет все процессы в поршневых двигателях рассматривать в зависимости от перемещения поршня, что более удобно.

Часть рабочего цикла, осуществляемая в интервале перемещения поршня между двумя смежными мертвыми точками, называется тактом.

Такту, а следовательно, и соответствующему ходу поршня присваивается название процесса, который является основным при данном перемещении поршня между двумя его мертвыми точками (положениями).

В двигателе каждому такту (ходу поршня) соответствуют, например, вполне определенные основные для них процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Поэтому в таких двигателях различают такты: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Каждое из этих четырех названий соответственно присваивается ходам поршня.

В любых поршневых двигателях внутреннего сгорания рабочий цикл складывается из рассмотренных выше пяти процессов по ра­зобранной выше схеме за четыре хода поршня или всего за два хода поршня. В соответствии с этим поршневые двигатели подразделяют на двух- и четырехтактные.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются трансмиссия и стартёр. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Также ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов).

2.Химический подход к увеличению мощности ДВС

2.1. Топливо и его химические реакции при сгорании

В ДВС очень большое значение имеет топливо и его химические реакции при сгорании.

В ДВС тепловая энергия, необходимая для совершения механической работы, получается в результате химических реакций между вводимым в цилиндр топливом и кислородом воздуха. Время протекания реакции – сотые и тысячные доли секунды. Длительность процесса подготовки смеси топлива с воздухом к химической реакции зависит от типа смесеобразования и тактности двигателя.

Требования к топливу:

1) обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя независимо от температуры окружающей среды;

2) осуществление процесса сгорания так, чтобы не образовывался нагар и не откладывался кокс на поверхностях камеры сгорания;

3) отсутствие чрезмерных износов и коррозии зеркала цилиндра, поршневых колец и поршня;

4) протекание сгорания так, чтобы в процессе повышения Р и t не происходило чрезмерное увеличение силовых нагрузок и тепловых напряжений в основных деталях двигателя;

5) обеспечение условий полного и своевременного сгорания и безвредности продуктов сгорания.

Эти же требования относятся и к ДВС, так как их конструкция и регулировка может привести у тому, что при хорошем топливе возникнут все указанные недостатки.

Энергетический состав топлива

Энергетический состав топлива – массовое или объемное содержание отдельных элементов в топливе. Элементарный состав жидкого топлива принято выражать в единицах массы.

Для одного килограмма жидкого топлива, состоящего из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (От) при отсутствии серы можно написать

С + Н + От = 1 кг.

Химические реакции при сгорании топлива (полном)

Предполагается, что в результате реакции С, Н, с О воздуха образуется СО2 и Н2О

С + О2 = СО2 и 2Н2 + О2 = 2Н2О.

При расчете исходных и конечных продуктов реакции в массовых единицах получим:

12 КГ /С/ = 32 КГ /О2/ = 44 КГ /2Н2О/;

4 КГ / Н2/ + 32 КГ / О2/ = 32 КГ /Н2О/.

Соответственно

(1)   Скг /С/ + 8/3Скг 2/ = 11/3Скг /СО2/

и для Нкг 2/

(2)   Нкг 2/ + 8Нкг 2/ = 9Нкг 2О/.

Наименьшее количество кислорода О0, которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления, называется теоретически необходимым количеством кислорода. Из уравнений (1) и (2) следует, что для полного сгорания 1 кг топлива необходимо кислорода

О0 = 8/3С + 8Н – От кг.

Кислород содержится в воздухе, где его 23% по массе, а по объему 21%, воздуха необходимо

hello_html_m182c898b.png кг

или

hello_html_m5fa0482d.png к/моль.

Теоретически необходимое количество воздуха может быть найдено через характеристику топлива hello_html_2da7d1a6.png

hello_html_m2ae916b0.png.

hello_html_m231fdfcc.png к/моль.

Кажущаяся молекулярная масса воздуха hello_html_53c224e0.png, следовательно

hello_html_m46873750.png кг.

В ДВС количество действительно потребляемого воздуха может быть меньше, больше или равно hello_html_2fb0421.png, что оценивается hello_html_m5b098db7.png: hello_html_mddeb843.png

Пhello_html_2cfd69ef.pngри стехиометрической смеси hello_html_690a589a.pnghello_html_11355bdb.png; если hello_html_m5b098db7.png<1, смесь богатая, hello_html_m5b098db7.png>1, смесь бедная. В бензиновых ДВС при полной открытой дроссельной заслонке небольшая экономичность достигается при hello_html_m5b098db7.png= 1,1-1,3. Максимальная мощность достигается при hello_html_m5b098db7.png= 0,85-0,9.



Рис. 1 – карбюраторный двигатель, 2 – дизель

В дизелях, в которых применяется качественное регулирование, hello_html_m5b098db7.png от 5 при малых нагрузках до hello_html_m5b098db7.png= 1,4-1,25 при полной нагрузке.

2.2.Что такое октановое число? Как влияет октановое число бензина на качество работы двигателя

На сегодняшний день основная часть современных автомобилей имеют 4-тактные моторы, т.е. работают по принципу впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск. Второй такт, т. е. сжатие, это работа поршня, который сжимает воздух с топливом в камере сгорания, пока свеча не даст возгорание. То, до какого состояния сжимается воздух с топливом (степень сжатия) в автомобильном мире называют коэффициентом сжатия мотора. У 4-тактного бензинового мотора коэффициент сжатия может составлять 8:1.

Что, же такое октановое число? Октановое число - это показатель качества топлива. Октановое число характеризует то, насколько топливо может сжаться до того, как само воспламенится. Октановое число бензина - это явный показатель качества бензина. Т. е., чем выше октановое число бензина, тем качественней бензин, а значит тем выше его стоимость. А вы сами понимаете, что качество бензина, это все равно, что качество крепления запасного колеса - чем лучше закрепишь, тем дальше поедешь.

То есть высокое октановое число бензина может обеспечить возгорание топлива не при помощи искры от свечи зажигания, а при помощи сильного сжатия топлива с воздухом. Во время большого сжатия бензина и воздуха происходит детонация. Именно она  может привести к повреждениям в моторе, октановое число этот момент предотвращает. Своего рода октановое число бензина – это характеристика бензина к устойчивости на детонацию.

Кhello_html_m7b671cf2.jpgак правило, октановое число может быть от 0 до 100 единиц. «0» означает, что детонационная стойкость н-гептана, число «100», то, что детонационная стойкость изооктана. Короче то, что чем выше октановое число бензина, тем более он устойчив к детонации, все понятно. Но как увеличить октановое число бензина? Ведь качественное топливо - это в первую очередь мощность двигателя и его бесперебойная работа.

Еще в начале прошлого века октановое число бензина увеличивали за счет добавления TEL - тетраэтилсвинца. То есть при использовании дешевого бензина благодаря TEL можно было увеличить мощность двигателя. Но такой бензин имеет слишком токсичные выхлопы, потому сегодня данный метод не применяют в производстве бензина, из-за чего мы видим большую стоимость на бензин с высоким октановым числом. Топливо с TEL используется только для самолетов, да и то, сегодня  ведутся разработки получения высококачественного топлива без свинцовой добавки.

Октановое число бензина имеет влияние на работу ДВС мощностью 300 и больше л.с. Мощность может повыситься на 10-15 л.с. На маломощных ДВС октановое число не имеет значения в плане мощности . Мощность какой была, такой и останется.

Тип топлива. Марка потребляемого бензина или дизельного топлива (ДТ). В современных автомобилях возможно использование любых марок, но при снижении октанового числа падают ресурсная прочность и мощность, а при повышении сверх нормы — повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер. Расход масла. Измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель — 1л/1000км для исправной машины.

2.3. Оксид азота – N2O

NОS, он же нитрос, он же оксид азота - это бесцветный газ, молекула которого состоит из двух атомов азота и одного атома кислорода и где доля кислорода значительно больше, чем в воздухе. Это позволяет смеси гореть с выделением большего количества тепла, иными словами, быстрее и "жарче". Процесс этот, в свою очередь, увеличивает давление в цилиндре, и как результат - повышается мощность.

Уhello_html_140ed89f.jpgстанавливаются баллончики с нитросом в основном стритрейсерами. Попадание такого нестандартного топлива, как смесь оксида азота, в камеру сгорания двигателя приводит к моментальной прибавке мощности в 100 л.с. и выше. Однако с повышением мощности, разумеется, значительно увеличивается и износ двигателя, который, выдержав несколько гонок, вскоре будет требовать капитального ремонта.


3. Дополнительные детали для увеличения мощности двигателя с физической точки зрения

Тhello_html_610c526e.pngурбонаддув— один из методов агрегатного наддува, основанный на утилизации энергии отработавших газов. Основной элемент системы— турбокомпрессор, иногда — турбонагнетатель (анг. Turbocharger).

Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.

Кhello_html_m71ba0625.jpgак правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.

Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому, конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины, в зависимости от режима работы двигателя.

Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает 7000 л.с. (двигатели Бурмайстер и Вайн).

Турбокомпрессоры. Плюсы: просты, недороги, обладают высоким КПД
Минусы: турбояма из-за большой инертности. Чтобы устранить её проявление иногда применяют малую турбину небольшого размера с малой инертностью, которая работает на малых оборотах, затем вступает в работу большая турбина. Второй способ борьбы с ямой - компрессоры с изменяемой геометрией, обеспечивающие работу турбины на оптимальных оборотах. Особенности: чем больше обороты коленвала, тем сильнее раскручивается турбина, тем больше давление создаёт компрессор, поэтому рост давления ограничивают перепускным клапаном.

Приводные нагнетатели: Плюсы: производительность наддува прямо пропорциональна частоте Вращения коленвала минусы: малый КПД, шумная работа, сильный нагрев, большие размеры, отбор дополнительной мощности от двигателя, что проявляется в увеличении расхода топлива.

Будущее за гибридами: на малых оборотах работает приводной нагнетатель, затем отключается и в работу вступает турбина, вращающая лопатки компрессора.

Нhello_html_m51ccc8b7.jpgаддув— увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания, за счёт повышения давления при впуске. Наддув обычно применяют с целью повышения мощности (на 20-45%) без увеличения массы и габаритов двигателя, а также для компенсации падения мощности в условиях высокогорья. Наддув с «качественным регулированием» может применяться для снижения токсичности и дымности отработавших газов. Агрегатный наддув осуществляется с помощью компрессора, турбокомпрессора или комбинировано. Наибольшее распространение получил наддув с помощью турбокомпрессора, для привода которого используется энергия отработавших газов.

Компрессор (от лат. Compressio — сжатие) — устройство для сжатия и подачи газов под давлением (воздуха, паров хладагента и т. д.). Компрессорный агрегат Corcen для перекачки паровой фазы СНГ

Компрессорная установка— совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.).

Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа, приведённого к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу. Эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом. При большой разнице у, скажем, поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом.

Кhello_html_408d8fc5.jpgомпоновка системы воздухоснабжения. Под системой воздухоснабжения понимается совокупность компрессорного оборудования, машин и технических устройств, предназначенных для выработки сжатого воздуха и доставки его потребителям. Сжатый воздух как энергоноситель или компонент технологического процесса используется во многих отраслях промышленности. На его получение приходится до 20% всех энергетических затрат на промышленных предприятиях. А это значит, что воздух – не такая дешевая вещь, как кажется. В состав системы воздухоснабжения входят: - компрессорная станция (КС) или отдельный компрессор; - трубопроводы, обеспечивающее коммуникационную связь с потребителем; - вспомогательные системы (осушки и очистки); - система распределения у потребителя. На КС имеются устройства для забора воздуха, очистки его от пыли, компрессоры и приводные двигатели, теплообменники, системы маслоснабжения и вспомогательное оборудование для дополнительной обработки воздуха (очистка, осушка, изменение давления, аккумуляция).

Нагнетатель — компрессор для предварительного сжатия воздуха или смеси воздуха с топливом, поступающих в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. В итоге из-за более высокой суммарной калорийности поступающей в цилиндры топливо-воздушной смеси, повышается мощность двигателя.

Нагнетатель впервые был установлен на автомобиль немецким инженером Готтлибом Даймлером в 1885 году. В 1902 году Луи Рено запатентовал свою конструкцию нагнетателя. Нагнетатели нашли широкое применение в поршневых двигателях внутреннего сгорания для ситуаций, где требуется повышеннаяудельная мощность — в гоночных автомобильных и авиационных двигателях.

Сhello_html_m18bdbae5.jpghello_html_m2bd486fe.jpgуперчарджер (компрессор Рутса) — механический нагнетатель, который имеет привод от коленчатого вала через ремень. В этом состоит их главное отличие от турбонагнетателя, который использует энергию выхлопных газов. С помощью механического нагнетателя можно получить прибавку в мощности до 50 %, несмотря на то, что некое количество лошадиных сил идёт на сам привод нагнетателя. Преимущество суперчарджеров перед турбонаддувом в том, что они начинают работать при холостых оборотах, а турбина начинает нагнетать воздух после того как поднимется давление выхлопных газов.

Впуск. Выбор наилучшей конструкции впускного трубопровода и формы каналов, подводящих смесь к цилиндрам, является трудной задачей. Она усложняется тем, что иногда приходится удовлетворять самые противоречивые требования, решение которых возможно только опытным путем. Однако форсировка серийного двигателя за счет изменения системы или схемы питания для улучшения наполнения является наиболее доступной спортсменам областью работы. Основными требованиями к впускному трубопроводу являются:

а) длина впускного клапана от карбюратора до поршня для каждого цилиндра должна быть одинаковой и по возможности короткой или специально подобранной для использования инерции входящего потока Длина тракта измеряется от н. м. т. поршня в цилиндре до открытого конца карбюратора;

б) форма трубопровода: диаметр, изгибы, углы и внутренняя поверхность каналов должны оказывать наименьшее сопротивление потоку смеси, обеспечивать одинаковое качество по составу и равное распределение смеси по цилиндрам, т. е. исключающее местное обеднение или обогащение; в) перемены в направлении движения горючей смеси и встречные токи должны быть минимальными, чтобы не вызывать инерционных потерь и отсасывания смеси от клапанов;

г) пульсация потока, вызываемая насосным действием поршней, должна быть по возможности с равномерными интервалами. Полезно, чтобы начало очередного всасывания было в момент инерционного подпора;

д) температура смеси в отдельных отводах трубопровода должна быть одинаковой.

Впускные трубопроводы могут быть с пологими и с прямоугольными изгибами. Пологие изгибы создают меньшие сопротивления течению потока, но на поворотах вызывают смещение неиспарившихся частиц топлива в смеси к крайним цилиндрам, что приводит к обеднению смеси в ближе расположенных цилиндрах. Кроме того, при пологих изгибах нераспыленная часть топлива может подтекать в ближайшие каналы, что также может вызывать неравномерное питание. Прямоугольные повороты в трубопроводах с карманами устраняют эти явления, но создают большие сопротивления течению смеси. Поэтому конструкция трубопровода по большей части является результатом компромиссного решения. Последнее время у некоторых двигателей, в целях увеличения наполнения цилиндров, стали применяться насадки, удлиняющие смесительную трубу (наиболее простое средство изменения длины) для создания перед карбюратором инерционного подпора за счет сформированного потока воздуха. Сечение впускных трубопроводов может быть круглым или квадратным. Квадратное сечение применяется для увеличения поверхности испарения осаждающегося топлива, а также для уменьшения склонности потока смеси к завихрениям по спирали (при длинном трубопроводе). Внутренние поверхности трубопровода и впускного капала блока должны быть гладкими, желательно полированными. Диаметр впускного трубопровода выбирается в зависимости от диаметра цилиндров и скорости поршня с таким расчетом, чтобы скорость потока горючей смеси, при работе двигателя на полном дросселе, при максимальной мощности, не превышала 50 м/сек. Чтобы увеличить плотность заряда, воздух, подводимый к впускным патрубкам карбюраторов, должен быть достаточно холодным.

Выпуск. Конструкция выпускного трубопровода, влияя на степень очистки цилиндров от отработавших газов, также оказывается связанной с наполнением цилиндров горючей смесью. Конструкция выпускного трубопровода должна отвечать следующим требованиям:

а) скорость отработавших газов в выпускной трубе не должна быть выше 30—35 м/сек, для чего диаметр трубы делают равным 0,5—0,6 диаметра цилиндра или 1,5 сечения впускного трубопровода

б) выходящие отработавшие газы одного цилиндра не должны создавать противодавления для газа другого (соседнего) по работе цилиндра, что может иметь место у многоцилиндровых двигателей, имеющих такты большой продолжительности.

Наиболее приемлемым для многооборотных двигателей скоростных автомобилей является выпускной трубопровод с отдельными трубами для каждого цилиндра. При этом желательно, чтобы непосредственно у блока цилиндров трубы имели прямое направление и изгибались для соединения в общую трубу на некотором отдалении от блока. Расположение выпускного трубопровода на двигателе должно исключать возможность подогрева стенки блока. Свой вклад в уменьшение сопротивления на впуске-выпуске, а значит, и в улучшение газообмена, вносят специальные воздушные фильтры и глушители. Хорошо зарекомендовали себя комбинированные (поролон+бумажный элемент+тканевая шторка) фильтры K&N и поролоновые со специальной пропиткой - Twin Air. Последние хороши еще и тем, что помимо снижения сопротивления обладают большей степенью фильтрации, в результате чего увеличивается срок службы мотора. Да и срок службы такого фильтра больше, чем бумажного: засорился - снял, промыл бензином, заново полил маслом - и вперед! К сожалению, улучшение газообмена приводит к повышению нагрузок на двигатель, как механических, так и тепловых. Снизить последние можно улучшением теплообмена. Самый простой способ - использование более густого масла - может помочь лишь в том случае, если мотор прошел не самую глубокую доработку или если его работа в предельных режимах будет крайне редка. В прочих же случаях приходится заменять радиаторы (масляный и водяной) на узлы с большей тhello_html_2816171.jpgеплорассеивающей способностью. 

Выхлопная система

Следующий способ - установка спортивной выхлопной системы, а именно прямоточного глушителя, который выполнен из обычной либо нержавеющей стали (во втором случае глушитель, безусловно, служить будет дольше). Если внутри обычного глушителя находятся угольные перегородки, то спортивный изготовлен с применением перфорированных алюминиевых трубок в сочетании со специальным материалом, который несёт на себе шумоизолирующую нагрузку. Иными словами, чтобы не слишком гремело, а лишь издавало приятный спортивный звук низкого тона. Эффективно работать такие глушители начинают, как правило, после 2,5-3 тыс. оборотов и дают прибавку мощности от 3 до 6 л.с. Для достижения большего эффекта, спортивная выхлопная система устанавливается в совокупности с фильтром, что на различных моторах прибавляет порядка 15 л.с. Спортивные фильтры, так же как и глушители, разрабатываются солидными тюнинговыми компаниями специально под конкретный автомобиль и конкретный мотор. Существуют в продаже и универсальные детали. Однако если Вам необходим больший эффект и меньшие затраты, лучше заказывать детали под родной движок.

Выпускная система и воздушный фильтр.

Чем проще осуществляется поток газов, тем быстрее раскручивается двигатель и на тем более высоких оборотах мотор может держать нагрузки. Прямоточный глушитель плюс воздушный фильтр, не ограничивающий доступ воздуха, вполне могут поднять мощность мотора на 12 л.с.

Иhello_html_6fb04a46.jpgмеются два варианта выпускных систем. Первая предполагает глушитель диаметром 2.5", но если вы планируете и другие изменения в ДВС, лучше выбрать диаметр 3" (Remus либо Powerful).

Многие автовладельцы меняют стандартный воздушный фильтр на спортивный. Здесь нужно быть особенно осторожным и внимательным. Горячий воздух, который впускается из двигательного отсека новоприобретенного фильтра, может не дать требуемого эффекта и даже снизить мощность двигателя. Если вы решили-таки пойти на замену, постарайтесь установить дополнительное оборудование, которое обеспечивало бы охлаждение впускаемого воздуха.

Патрубки выпускной системы плюс катализатор.

Кроме глушителя есть смысл заменить и патрубки выпускной системы и катализатор (конечно, если в этом есть необходимость). Если мотор с турбонаддувом, лучше заменить катализатор и патрубки с резонатором. Это позволит поддерживать более высокий уровень температур и быстрее раскручиваться турбине. Как минимум, мощность двигателя после такой замены увеличится на 12-15 л.с.

Twin Turbo и BiTurbo

Мhello_html_m56d1df9c.jpgы говорим «Turbo» - подразумеваем мощь и скорость, а также ураганную динамику в в придачу. Турбина накачивает воздух во впускной коллектор, мы подбираем необходимое количество топлива, уменьшаем степень сжатия... Вуаля, вы обладатель мотора, в полтора-два раза более мощного, чем простой «атмосферник» с сопоставимым объемом! Причем в отличие от компрессоров с механическим приводом, которые, как ни крути, но, кроме прибавления, еще и отбирают часть мощности от двигателя, турбокомпрессор приводится во вращение выхлопными газами, поэтому лошадиные силы берутся в буквальном смысле «из воздуха» Однако здесь и зарыт основной недостаток турбины - инерционность. Для увеличения мощности необходимо больше воздуха, а его можно получить, только раскрутив турбину посильнее, для чего требуется достаточный напор выхлопных газов. Бремя для раскрутки турбины напрямую зависит от ее размеров и веса турбинного и насосного колес. Вспомните маховик: больше вес -сложнее раскрутить, но выше стабильность, алегкость означает быструю реакцию, но с небольшой отдачей. Между этими крайностямии разрываются конструкторы турбомоторов: либо маленькая турбина с быстрым откликом, но небольшой эффективностью, либо крупная турбина, но с неизбежной «турбоямой». А ведь для высоких оборотов маленькая турбина -что спрей от огня против большого пожара: давление высокое, а вот подаваемого воздуха- мало. В таком случае надо использовать «пожарный гидрант» - пусть давление воздуха невысоко, но его количество достаточно.

Жhello_html_m39f5f5be.jpgелание решить вышеперечисленные проблемы и привело к появлению системы турбонаддува Twin Turbo: выпускной коллектор мотора имеет два выходных отверстия для двух турбин, разных по величине. Между ними - клапан управления потоком выхлопных газов. При небольших оборотах он направляет выхлоп на маленькую турбину, которая быстро раскручивается и качает воздух чуть ли не с холостых оборотов мотора. А когда требуется больше мощности - нажмите акселератор посильнее, и клапан направит поток выхлопных газов на большую турбину, которая и обеспечит стабильную работу до самой отсечки. Такую конструкцию в 1990-х годах использовала Nissan в модели Skyline GT-R на моторе RB26DETT,а сначала2000-х она применялась в OpelVectraV6OPC (там две турбины в некоторых режимах могли даже работать вместе). По схожему пути пошел и VW с мотором 1.4 TSI, вот только вместо маленькой турбины был установлен механический компрессор. Шильдик BiTurbo также подразумевает наличие двух турбин, но от Twin Turbo эта схема отличается тем, что турбины одинаковы по размеру, а выхлопной коллектор мотора разделен на две независимые части. Такая конструкция применяется в основном на моторах с большим объемом - ведь надо, чтобы они и тянули с «низов» (требуется маленькая турбина), и не скисали на «верхах» (требуется большая турбина). Если же мы разделили мотор, то каждая турбина теперь должна обслуживать только свою часть, с объемом в два раза меньшим. Примеры -Audi V62.7BiTurbo, BMW (335) 3.0 Bi-Turbo. В этих машинах каждой турбине отводилось уже не шесть цилиндров, а всего три с объемом 1,3-1,5 л. Аналогичным образом построен и мотор Mercedes V12 Bi-Turbo -на каждую турбину приходится шесть цилиндров вместо 12, а в 16-цилиндровом моторе Вugatti W16 четыре турбины, и каждая работает со своей «четверкой» цилиндров.















Заключение

Двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Одной из важных характеристик ДВС является мощность. Целью моей курсовой работы был анализ работы и установление степени влияния химических и физических факторов на мощность ДВС.

В курсовой работе были изучены принципы работы ДВС, проведен анализ влияния физико-химических факторов на его мощность.

На мощность ДВС влияет немало факторов. Для работы ДВС очень большое значение имеет вид топлива и его химические реакции при сгорании. Большое влияние на работу ДВС имеет октановое число бензина. Увеличение октанового числа топлива приводит к увеличению мощности. Кроме того, использование смеси оксида азота в камере сгорания двигателя приводит к моментальной прибавке мощности в 100 л.с. и выше. С физической стороны влияние на мощность двигателя оказывает установка дополнительных устройств таких как турбонаддув, наддув, компрессоры, нагнетатели и др.

Если учесть хотя бы что-то из выше перечисленных деталей, можно эффективно увеличить мощность ДВС.










Абстракт

Фамилия: Хасенханов

Имя: Алимхан

Руководитель: Антощук Л. Г.

Тема: Физико-химический подход к увеличению мощности ДВС.

Цель: анализ работы ДВС и влияние химических и физических факторов на его мощность.

Задачи:

1. Изучение принципов работы ДВС.

2. Химические факторы и их влияние на его мощность ДВС.

3. Физические факторы и их влияние на его мощность ДВС.

Ожидаемый результат: Установление влияния физико-химических факторов на мощность ДВС. Узнав степень влияния физико-химических факторов, мы сможем воздействовать на них с целью увеличения мощности ДВС.


Abstract

Surname: Khasenkhanov

Name: Alimkhan

The head: Antoshuk L. G.

Theme: The Physical and chemical approach to increase in capacity engine.

Purpose: the analysis of work engine and influence of chemical and physicalfactors on its capacity Problems:

1. Studying of principles of work engine.

2. Chemical factors and their influence on its capacity engine.

3. Physical factors and their influence on its capacity engine.

Expected result: Having learnt degree of influence of physical and chemical factors, we can influence them for the purpose of increase in capacity engine.




Список использованной литературы

  1. www.Google.kz

  2. www.Wikipedia .org

  3. www.Referat.ru



Очень низкие цены на курсы переподготовки от Московского учебного центра для педагогов

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 65% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: KURSY.ORG


Краткое описание документа:

  Двигатель внутреннего сгорания, его создание изменило наш мир. Появились машины, самолеты и другие средства передвижения. Если не было бы ДВС, то сейчас мы ездили бы на повозках или на чем-то другом. Одно ясно, если не было бы ДВС, мир был бы другим. 

 

В XX веке ДВС стал основным двигателем в автомобильном транспорте. В 70-х годах почти 80 % суммарной мощности всех существовавших ДВС приходилось на транспортные машины (автомобили, трактора и пр.). Параллельно шло совершенствование гидротурбин, применявшихся на гидроэлектростанциях. Их мощность в 70-х годах XX века превысила 600 МВт. В первой половине XX века создали новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 50-х и ядерные силовые установки. Процесс совершенствования и изобретения первичных двигателей продолжается.

Целью моей курсовой работы является анализ работы ДВС и влияние химических и физических факторовего мощность.

Отсюда вытекают следующие задачи:

1.                     Изучение принципов  работы ДВС.

2.                     Химические факторы и их влияние  на его мощность ДВС.

3.                     Физические факторы и их влияние  на его мощность ДВС.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества. 
Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

 

 

Общая информация

Номер материала: 181233

Похожие материалы

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>