Двигатель который работает на жидком топливе или горючем газе называется
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 19.09.2024
Теплово́й дви́гатель — устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива, тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. (Возможно использование изменения не только объёма, но и формы рабочего тела, как это делается в твёрдотельных двигателях, где в качестве рабочего тела используется вещество в твёрдой фазе.) Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.
Содержание
История
Первой известной нам тепловой машиной была паровая турбина внешнего сгорания, изобретённая во ΙΙ (или в Ι ?) веке н. эры в римской империи. Это изобретение не получило своего развития предположительно из-за низкого уровня техники того времени (например, тогда ещё не был изобретён подшипник).
Теория
Работа, совершаемая двигателем, равна:
Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя() и холодильника():
Типы тепловых двигателей
Двигатель Стирлинга
Дви́гатель Сти́рлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые; по рабочему циклу непрерывного действия, 2- и 4-тактные; по способу приготовления горючей смеси с внешним (напр., карбюраторные) и внутренним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0,4-0,5. Первый двигатель внутреннего сгорания сконструирован Э. Ленуаром в 1860. В наше время чаще встречается автомобильный транспорт, который работает на тепловом двигателе внутреннего сгорания, работающем на жидком топливе. Рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, за четыре такта. Поэтому такой двигатель и называется четырёхтактным. Цикл двигателя состоит из следующих четырёх тактов: 1.впуск, 2.сжатие, 3.рабочий ход, 4.выпуск.
Роторный (турбинный) двигатель внешнего сгорания
Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом колёса локомотива (электровоза) также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия. Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско-ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту не приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще. Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки.
Роторный (турбинный) двигатель внутреннего сгорания
Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно-реактивные двигатели.
Реактивные и ракетные двигатели
Твёрдотельные двигатели
(источник журнал “Техника молодёжи“)== == Здесь в качестве рабочего тела используется твёрдое тело. Здесь изменяется не объём рабочего тела, а его форма. Позволяет использовать рекордно малый перепад температур.
В зависимости от способа приготовления топливовоздушной (горючей) смеси различают двигатели:
- с внешним смесеобразованием
- с внутренним смесеобразованием
Горючей смесью называют смесь паров топлива или горючего газа с воздухом в отношении, обеспечивающем сгорание ее в рабочем цилиндре двигателя. Образуется горючая смесь в двигателях в процессе смесеобразования. Она перемешивается в камере сгорания с остаточными продуктами сгорания и образует рабочую смесь.
Смесеобразование — процесс приготовления рабочей смеси. В двигателях внутреннего сгорания различают смесеобразование внешнее и внутреннее.
Внешнее смесеобразование — процесс приготовления рабочей смеси вне цилиндра двигателя — в карбюраторе (у двигателей, работающих на жидком легкоиепаряющемся топливе) или в смесителе — у двигателей, работающих на газе.
Внутреннее смесеобразование — процесс приготовления рабочей смеси внутри цилиндра. Топливо подается в камеру сгорания форсункой при помощи насоса высокого давления.
В быстроходных дизелях применяют два способа образования смеси: объемное и пленочное.
Объемным смесеобразованием называется такой способ образования горючей смеси, при котором топливо из жидкого состояния превращается в парообразное под действием вихревых потоков воздуха в камере сгорания.
Пленочный способ смесеобразования заключается в превращении топлива из жидкого состояния в парообразное в процессе перемещения тонкого слоя (пленки) топлива по поверхности камеры сгорания под действием потока воздуха. Для полного сгорания топлива при объемном смесеобразовании требуется, чтобы форсунки хорошо распыливали и равномерно распределяли топливо по объему камеры сгорания. В дизелях, работающих с пленочным смесеобразованием, топливо впрыскивается форсункой на поверхность камеры сгорания под малым углом к поверхности. Затем оно вихревыми потоками воздуха перемещается по нагретой поверхности камеры и испаряется. При таком способе смесеобразования к форсунке предъявляются менее высокие требования, чем при объемном.
Для полного сгорания топлива в двигателе требуется минимальное, так называемое теоретически необходимое, количество воздуха. Так, для сгорания 1 кг дизельного топлива требуется 0,496 кмоль воздуха, а для сгорания 1 кг бензина 0,516 кмоль воздуха. Однако вследствие несовершенства процесса смесеобразования количество воздуха, содержащегося в горючей смеси работающего двигателя, может быть больше или меньше, чем указано.
Отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр двигателя, к количеству воздуха, теоретически необходимому для полного сгорания топлива, называется коэффициентом избытка воздуха а. Он зависит от типа двигателя, конструкции, вида и качества топлива, режима и условий работы двигателя. У автомобильных двигателей, работающих на бензине, а = 0,85… 1,3. Наиболее благоприятные условия для сгорания топлива создаются при а = 0,85…0,9. Двигатель при этом развивает максимальную мощность. Наиболее экономичный режим работы — при а = 1,1…1,3. Это режим нагрузок, близких к полной.
Образование рабочей смеси в карбюраторных двигателях начинается в карбюраторе, продолжается во впускных трубопроводах и заканчивается в камере сжатия. В дизелях рабочая смесь образуется в камере сжатия при впрыске топлива в нее форсункой. Поэтому времени на приготовление рабочей смеси в дизелях будет меньше, чем в карбюраторных двигателях, и качество приготовления рабочей смеси хуже.
Для обеспечения полного сгорания единицы поступившего в цилиндр топлива дизелям нужно больше воздуха, чем карбюраторным двигателям. В связи с этим коэффициент избытка воздуха у дизелей колеблется на режимах полной и близкой к полной нагрузке в пределах 1,4…1,25, а на холостом ходу равен 5 и более единицам.
Чем выше качество смесеобразования, тем ближе величина а к единице. Для каждого типа двигателя коэффициент а имеет свои значения. В процессе эксплуатации нарушается регулировка топливоподающей аппаратуры, загрязняются воздушные фильтры, а это приводит к повышению гидравлического сопротивления и снижению количества воздуха, поступающего в цилиндры. При этом рабочая смесь часто переобогащается. В результате топливо сгорает не полностью. Вместе с отработавшими газами в атмосферу выбрасываются токсичные их составляющие, такие, как окись углерода (СО), окись и двуокись азота (NO, N02). Они загрязняют окружающую среду. Наряду с этим ухудшается экономичность работы двигателя. Особенно много выделяется окиси углерода при работе бензиновых двигателей на обогащенной смеси. В небольших количествах СО выделяется при работе дизелей на холостом ходу. Это вызывается местными переобогащениями смеси вследствие неудовлетворительной работы топливной аппаратуры.
Для уменьшения загрязнения окружающей среды необходимо своевременно и высококачественно регулировать топливоподающую аппаратуру и обслуживать систему фильтрации воздуха и механизм газораспределения.
По способу воспламенения рабочей смеси различают двигатели с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия.
В двигателях с принудительным воспламенением рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, которая образуется тогда, когда поршень приближается к верхней мертвой точке (в.м.т.) в такте сжатия. К этому моменту в камере сжатия находится топливовоздушная смесь, сжатая до 0,9… 1,5 МПа и нагретая до 280…480°С.
Жидкое топливо может сгорать только в газообразном состоянии. Поэтому необходимо, чтобы карбюратор обеспечивал возможно более тонкое распыливание топлива. Чем тоньше распыливание, тем больше общая поверхность частичек топлива, тем за более короткий промежуток времени оно испаряется. При возникновении искры воспламеняется только та часть смеси, которая находится у электродов искровой свечи зажигания. В этой зоне температура достигает 10 000° С, и образовавшееся пламя распространяется со скоростью 30…50 м/с по всему объему камеры сгорания. Продолжительность процесса сгорания составляет 30…40° угла поворота коленчатого вала. Угол в градусах поворота коленчатого вала от момента образования искры в свече до в.м.т. называется углом опережения зажигания ф3. Оптимальное значение величины угла ф3 зависит от конструкции двигателя, режима работы, условий эксплуатации двигателя и качества топлива.
Для работы карбюраторного двигателя в его цилиндры подается смесь паров и мельчайших капелек жидкого горючего с воздухом, называемая горючей смесью.
В качестве горючего для карбюраторных двигателей применяется бензин, легко испаряющаяся и хорошо воспламеняющаяся жидкость.
Чтобы горючая смесь быстро и полностью сгорала, она должна быть определенного состава и однородной: бензин и воздух должны находиться в определенном соотношении и быть хорошо перемешаны.
Для полного сгорания 1 кг бензина необходимо приблизительно 15 кг воздуха. Смесь с таким содержанием бензина и воздуха называется нормальной смесью.
Обедненной называется смесь, в которой избыток воздуха составляет не более 10%. В такой смеси на каждую часть бензина приходится 15—16,5 части воздуха, т. е. 1 : 15— 1 : 16,5.
В бедной смеси избыток воздуха составляет более 10%.
В такой смеси на каждую часть бензина приходится более 16,5 части воздуха.
Обогащенной называется смесь, содержащая недостаточное количество воздуха — меньше, чем нормальная смесь. В такой смеси на каждую часть бензина приходится 15—12 частей воздуха, т. е. 1:15 — 1 : 12.
Богатая смесь — это такая горючая смесь, в которой каждую часть бензина приходится менее 12 частей воздуха.
Состав горючей смеси оказывает большое влияние на мощность и экономичность двигателя.
Наибольшую мощность двигатель развивает на обогащенной смеси, обладающей наибольшей скоростью сгорания.
Наилучшая экономичность двигателя получается при работе на обедненной смеси, так как в этом случае происходит наиболее полное сгорание горючего.
Работа на богатой смеси сопровождается увеличенным расходом горючего и снижением мощности.
Работа на бедной смеси сопровождается заметным падением мощности и ухудшением экономичности двигателя, что объясняется медленным сгоранием горючего и связанными с этим потерями тепла через стенки цилиндров.
Таким образом, работа двигателя на богатой или бедной горючей смеси не желательна, так как при этом мощность двигателя снижается, а расход горючего увеличивается.
Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых топливо сжигается внутри рабочего цилиндра и часть выделившегося тепла преобразуется в механическую работу.
Двигатели внутреннего сгорания, применяемые на сельскохозяйственных машинах, по роду сжигаемого топлива делятся на:
- двигатели, работающие на легком жидком топливе, — бензиновые двигатели
- двигатели, работающие на тяжелом жидком топливе (дизельном), — дизели
- двигатели, работающие на газообразном топливе, — газовые двигатели
По способу заполнения цилиндров свежим зарядом двигатели бывают четырехтактные и двухтактные; без наддува и с наддувом. Наддув используют для увеличения количества свежего заряда горючей смеси, поступающей в цилиндры, за счет повышения давления при впуске. Применение наддува позволяет повысить мощность двигателя на 20…45%, а также снизить токсичность и дымность отработавших газов благодаря более полному сгоранию топлива. Наддув осуществляют при помощи турбокомпрессора.
В четырехтактных двигателях рабочий процесс происходит за четыре такта (четыре хода поршня), т. е. за два оборота коленчатого вала: наполнение цилиндра свежим зарядом, сжатие, рабочий ход и выталкивание (выпуск) отработавших газов.
В двухтактных двигателях рабочий процесс осуществляется за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала. Двухтактные двигатели ввиду высокой Термической напряженности расходуют топлива на 15…20% больше, а надежность их работы ниже, чем у четырехтактных. Поэтому они не нашли широкого применения в сельском хозяйстве, их используют только в виде пусковых устройств на основных двигателях.
В быстроходных двигателях применяют жидкое и газообразное топливо. К жидкому топливу относятся бензин и дизельное топливо, к газообразному — сжиженные газы: пропан и бутан. Одно из основных требований, предъявляемых к бензину, — скорость сгорания бензино-воздушной смеси. Она не должна превышать определенной величины. Если сгорание протекает с очень большой скоростью, то двигатель перегревается, появляются ненормальные, так называемые детонационные, стуки в цилиндрах, увеличивается износ двигателя.
Бензин, полученный из нефти разных месторождений, имеет разную склонность к детонации. Для оценки по этому показателю бензин испытывают на детонационную стойкость. Единицей измерения служит октановое число. Бензин, применяемый на отечественных автомобильных двигателях, имеет октановое число в пределах 72…89. Чем выше октановое число, тем лучше качество бензина и тем для более высокого класса двигателей его применяют. Каждый двигатель рассчитан для работы на бензине определенного сорта. Марка рекомендуемого бензина для двигателя приведена в его технической характеристике. Применение бензина другого сорта, отличного от рекомендуемого, не допускается, так как это приводит к нарушению нормальной работы двигателя.
В зависимости от климатических условий работы дизелей для них применяют три вида топлива: арктическое, зимнее и летнее, различающиеся температурой застывания, вязкостью, температурой выкипания и другими показателями.
Качество дизельного топлива оценивается цетановым числом (ЦЧ), содержанием в топливе серы, механических примесей, воды и другими показателями.
Цетановое число характеризует одно из основных свойств дизельного топлива — его воспламеняемость. Чем меньше интервал времени от момента поступления топлива в цилиндр дизеля до его воспламенения, тем выше цетановое число. Оно в зависимости от качества топлива изменяется в пределах 45…50. Чем больше цетановое число, тем лучше качество топлива.
Содержание серы в топливе допускается в пределах 0,2…0,5%. Чем меньше содержание серы, тем меньше износ двигателей, возникающий под влиянием образующихся в процессе сгорания химически агрессивных веществ.
Содержание механических примесей и воды в дизельном топливе не допускается, так как они вызывают повышенный износ прецизионных деталей топливной аппаратуры.
Читайте также: