Роботизированная трансмиссия (РКПП) и принцип работы коробки

РКПП — роботизированная коробка передач (коробка «робот), которая позволяет выбирать и включать необходимую передачу без участия водителя, то есть автоматически. При этом ошибочно полагать, что роботизированная трансмиссия является одной из разновидностей АКПП (гидромеханический автомат).

Прежде всего, чтобы понять, что такое роботизированная коробка передач, для начала необходимо вспомнить устройство и принцип работы обычной механической коробки (МКПП). Так вот, фактически роботизированная коробка является той же «механикой», однако автоматическое переключение передач в данном типе КПП становится возможным благодаря наличию боков управления и электронно-механических исполнительных устройств.

Содержание статьи

Устройство, особенности и принцип работы роботизированной коробки передач

Как уже было сказано выше, РКПП состоит из механической коробки передач, а также дополнительных устройств для выжима сцепления, выбора и переключения передачи. Данные устройства называются актуаторами (актуатор сцепления, актуатор выбора передачи). Также коробка «робот» имеет собственную систему управления, которая представляет собой ЭБУ коробкой и ряд электронных датчиков, взаимодействующих с блоком.

Получается, данный тип КПП представляет собой механическую коробку с автоматическим управлением и принципиально отличается от классического «автомата», а также бесступенчатого вариатора.

Роботизированная КПП, как и обычная МКПП, имеет сцепление, в ней не используется трансмиссионная жидкость ATF в качестве рабочей для управления и т.д. Добавим, что в современных «роботах» может быть как одно, так и два сцепления. В первом случае следует понимать однодисковый «робот», а во втором преселективную роботизированную коробку передач с двумя сцеплениями.

Если говорить об устройстве коробки — робот, можно выделить следующие базовые составные элементы:

• Коробка передач, которая по устройству напоминает «механику;
• Актуаторы (сервоприводы), отвечающие за выжим сцепления и включение передачи;
• Блок управления коробкой (микропроцессорный ЭБУ) и внешние датчики;

Давайте рассмотрим устройство РКПП на примере 6-и ступенчатой роботизированной коробки передач с двумя сцеплениями. Сама коробка похожа на МКПП, однако имеет сразу два ведущих вала. Если просто, эти валы расположены друг в друге (внешний вал имеет внутреннюю полость, куда вставлен еще один внутренний первичный вал).

На внешнем валу установлены шестерни привода 2, 4 и 6 передачи. На внутреннем валу ставятся шестерни 1, 3, 5 передачи, а также передачи заднего хода. Для каждого из валов имеется отдельное сцепление.

Актуаторы роботизированной коробки представляют собой  электрические или гидросервоприводы. Электрический актуатор -электромотор с редуктором, гидравлический является гидроцилиндром, шток которого связан с синхронизатором.  Главной задачей как первого, так и второго типа устройств становится механическое перемещение синхронизаторов КПП, а также включение и выключение сцепления.  

Блок управления коробкой передач является микропроцессорным ЭБУ, к которому подключены внешние датчики, которые задействованы в ЭСУД автомобиля. Другими словами, контроллер коробки передач взаимодействует с датчиками от двигателя, а также ряда других систем (например, ABS и т. д.). Часто блок управления коробкой совмещен с ЭБУ двигателем, при этом коробка работает по собственному заданному алгоритму.

Как работает роботизированная коробка передач

Что касается принципов работы РКПП, для начала движения и дальнейшего плавного переключения передач необходимо задействовать сцепление (как и в МКПП). Включение сцепления реализует актуатор, который получает сигнал от ЭБУ коробкой и начинает медленно вращать редуктор.

В коробке с двумя сцеплениями сначала включается первое сцепление внутреннего первичного вала. Далее актуатор выбора и включения передачи подводит синхронизатор к шестерне первой передачи. В результате шестерня блокируется на валу и начинает вращаться вторичный вал.

После того, как автомобиль начал движение, водитель продолжает нажимать на педаль газа для разгона. В однодисковых роботах с одним сцеплением для включения второй передачи требуется некоторое время, в результате чего возникает характерный «провал».

Чтобы избавиться от такой задержки и сократить время переключений в конструкцию коробки добавили второе сцепление и еще один вал. В результате появилась так называемая преселективная роботизированная КПП.

Если просто, пока включена первая передача, вторая уже также готова к включению, так как одновременно задействовано второе сцепление. Получается, после сигнала от микропроцессорного блока быстро сработает включение второй передачи.

Подобным образом происходит переключение на последующие высшие передачи, а также понижение передач при езде. При этом время переключения минимально и занимает доли секунды, исключены перегазовки, практически отсутствует разрыв тяги и т.д. Результат — динамичная езда и максимальная топливная экономичность.

Работа в автоматическом режиме становится возможной благодаря тому, что ЭБУ коробкой постоянно анализирует сигналы с внешних датчиков. Блок учитывает нагрузку на ДВС, скорость движения ТС, положение педали газа, пробуксовку колес и т.д.

Также РКПП имеют возможность ручного переключения передач, имитируя работу гидромеханической АКПП в ручном режиме (например, Типтроник). Еще на некоторых «роботах» можно заблокировать включение повышенных передач.

Простыми словами, водитель при помощи селектора выбирает режим, при котором ЭБУ коробкой не будет инициировать включение, например, 3 передачи и выше, что помогает преодолевать сложные участки пути (снег, гололед, грязь и т.д.).

Преимущества и недостатки коробки — робот

Сегодня коробка-робот является достаточно распространенным решением. Например, концерн VAG активно устанавливает подобные коробки, которые знакомы потребителям, как DSG, на разные модели Audi, Volkswagen, Porsche, Skoda и т.д. Также роботизированную трансмиссию массово ставят на модели Ford, Mitsubishi, Honda и  машины целого ряда других  мировых производителей.

На первый взгляд может показаться, что РКПП имеет только плюсы: надежность и ремонтопригодность «механики», быстрота переключений, топливная экономичность, возможность выдерживать большой крутящий момент и т. д.

При этом по заверениям самих производителей РКПП должны в скором времени полностью вытеснить «классические» АКПП с гидротрансформатором и вариаторные коробки. Однако на практике этого не произошло.

Дело в том, что в плане комфорта работа «однодисковых» роботизированных коробок (с одним сцеплением) далека от АКПП и, тем более, от  бесступенчатого вариатора. Автомобиль с такой коробкой дергается при езде, переключения «затянуты», имеются провалы и т.п.

Также ресурс сцепления на «роботе» и актуаторов достаточно низкий (в среднем, около 80-100 тыс. км.). При этом стоимость актуаторов высокая, а ремонтопригодность данных элементов сомнительная. По этой причине многие сервисы практикуют узловую замену, то есть актуатор просто меняется на новый.  

Что касается более сложных и дорогих преселективных коробок с двумя сцеплениями, переключения в этом случае более плавные и больше напоминают работу обычной АКПП. Однако ресурс  такого «робота» (например, DSG 6 или DSG 7)  все равно снижен, нередко возникают проблемы по части механики и электроники, а ремонт в ряде случаев потребует значительных расходов.

В качестве итога отметим, что многие автопроизводители, особенно из Японии, начали постепенно отказываться от установки коробки-робот на свои модели, заменяя ее классической АКПП с гидротрансформатором (ГДТ).

Например, Hondа Civic 8 хэтчбек, который изначально выпускался с РКПП, но в дальнейшем после рестайлинга получил полноценный «автомат». То же самое можно сказать о популярной Toyota Corolla 2007 года, которая позднее получила вместо «робота» автоматическую гидромеханическую коробку.

Читайте также

Коробка DSG: проблемы, плюсы и минусы

Что такое DSG? С немецкого аббревиатура DSG расшифровывается как «коробка непосредственного включения передач» (Direkt Schalt Getriebe). Часто ее называют «преселективной», то есть умеющей держать готовые передачи для следующего переключения.

Идея создания такой КПП принадлежит французскому изобретателю Адольфу Кегрессу. В 30-х годах прошлого века автомобильный инженер сотрудничал с компанией Citroen. Он предложил ставить агрегат с двумя сцеплениями и гидромеханическим управлением на переднеприводный Citroen Traction Avant. Новая трансмиссия не получила массового применения из-за сложной конструкции.

О достоинствах и особенностях коробки рассказал технический консультант Фольксваген Фаворит Хофф Максим Пономаренко.

Принцип работы DSG

Принципиальное отличие преселективной АКП от других — в двух сцеплениях, оперативно переключающих передачи. В «механике» или роботизированной коробке для смены передачи диск сцепления отсоединяется от маховика, водитель или роботизированный компьютер выбирает нужную «скорость», и после этого диск встает на место. За это время крутящий момент на коробку не передается и автомобиль теряет в динамике.

Система DSG позволяет избавиться от провалов мощности. В основе коробки работа двух валов, расположенных соосно: первый — полый, а второй — внутри него. Двигатель соединен с каждым из них через свое, отдельное многодисковое сцепление — тоже внешнее и внутреннее. На первичном, то есть внешнем валу, закреплены шестерни четных передач (2-, 4-, 6-й), на внутреннем — нечетных — 1-, 3-, 5-й и передача заднего хода.

Когда автомобиль стартует, к вращающемуся маховику прижимается диск с нечетным рядом, а диск с четными «скоростями» разомкнут. Во время разгона вычислительный блок коробки дает команду приготовить вторую передачу, чтобы в момент ее включения отсоединить диск нечетного ряда и моментально пустить в работу диск четного. Настроенное управление переключением позволяет не терять крутящий момент.

Роботизированная коробка передач DSG 6 встала на конвейер Volkswagen в 2003 году. Двойное сцепление на ней работало  масляной ванне, получив название «мокрого». Масло в такой коробке отбирает часть мощности, увеличивая расход топлива. В 2008 году немецкий автоконцерн представил семиступенчатую DSG 7 с «сухим» сцеплением.

Преимущества DSG

• Коробка DSG за счет оптимальных режимов включения нужных «скоростей» позволяет снизить расход топлива. Автомобили с ней потребляют примерно на 10% меньше горючего, чем машины, на которых обычная коробка переключения передач.
• Отличительная особенность всех подобных трансмиссий — динамичное ускорение. Для переключения передачи вверх коробке нужно всего 8 мс, у нее отсутствует эффект резиновой тяги как на гидромеханических АКП.
• Ездить на DSG можно в мануальном режиме, то есть переключать передачи вручную.
• Такая АКП на 20% легче аналогичной гидромеханической трансмиссии.

Недостатки DSG

• Стоимость АКП сказывается на цене авто, заметно увеличивая ее.
• Недешевая замена масла (на шестиступенчатой коробке) каждые 60 тысяч километров. Полный объем — 6,5 литров.

Преселективная коробка устанавливается на разные модели и марки, объединенные под именем автоконцерна Volkswagen: Audi TT (A1, A3, A4, S4, A5, A7, A6, Q5, R8), SEAT Ibiza (León, Altea), Škoda Octavia (Superb, Yeti), Volkswagen Polo (Golf, Jetta, Touran, New Beetle, Passat, Passat CC, Sharan, Scirocco, Caddy).

Расширенная гарантия на DSG

Среди многих автовладельцев закрепилась сомнительная слава коробки с двумя сцеплениями. Само наименование DSG превратилось в символ ненадежной конструкции с затратным ремонтом. На самом деле Volkswagen давно взял сложившуюся ситуацию под контроль. Важный шаг в сторону контроля качества — масштабная сервисная акция.

Концерн дает расширенную гарантию на семиступенчатые коробки, выпущенные до 1 января 2014 года. По словам представителей автоконцерна, обозначенный срок соответствует появлению на конвейере модернизированной трансмиссии без типичных проблем прошлого поколения. Особые условия обслуживания ограничены 150 тысячами пробега или 5 годами возраста механизма. В сервисную акцию входит замена синтетического масла минеральным — менее агрессивным по отношению к электронным компонентам. При этом обновляется прошивка блока управления АКП. Обнаруженные неисправности устраняются бесплатно — это касается ремонта, замены отдельных элементов или трансмиссии в сборе.

В любом случае аббревиатуры DSG не стоит бояться: при должном уровне обслуживания она не подведет, а по числу достоинств «умный робот» выигрывает у классической АКПП. А еще коробка ДСГ потребует меньше денег на ремонт в сравнении с обычным «автоматом».

Какие неисправности характерны для ДСГ?

Самая частая проблема — толчки при смене передачи, сопровождающие движение. Диски сцепления слишком резко смыкаются и машину дергает. Второй известный недостаток — вибрация при старте, лязг, скрежет и другие посторонние шумы во время смены скоростей.

Главная причина некорректной работы семиступенчатой трансмиссии — ее «сухое» сцепление. Оно быстро изнашивается из-за тяжелых условий эксплуатации в плотном городском трафике, с заторами на небольшой скорости. Поэтому у вопроса «как эксплуатировать DSG?» есть один очевидный ответ — избегать режима «газ-тормоз», ведь главный враг робота суть пробка.

Среди прочих проблем: износ втулок валов, вилки выключения сцепления, нарушенные контакты соленоидов, грязь на датчиках и масло в антифризе.

Как определить неисправность ДСГ при покупке автомобиля с пробегом?

• Не включаются отдельные передачи — коробка «перескакивает» их.
• Переключение передач сопровождается ударами — коробка «пинается».
• При движении раздается гул.
• Машина вибрирует на старте.
• Осмотр на подъемнике показывает, что из коробки подтекает масло.

Если есть подозрение на некорректную работу коробки, стоит заказать дополнительную проверку, или отложить такой вариант.

Доверяйте свой выбор проверенным площадкам автомобилей с пробегом. FAVORIT MOTORS — это команда опытных специалистов, чьи результаты подтверждены первыми местами в рейтингах продаж. Мы продаем подготовленные машины, прошедшие детальную диагностику. У них нет скрытых неисправностей и «прозрачная» юридическая история. Вы приобретаете автомобиль, в точности соответствующий Вашим ожиданиям, точно подходящий для Ваших задач.

Роботизированная коробка передач плюсы и минусы

Многим сейчас известно, что много иностранных современных автомобилей выпускаются с автоматической КПП. Однако те водители, которые ездили на автомате, прекрасно чувствуют разницу, как такая коробка уступает «механике» в скорости разгона автомашины, и еще, что немаловажно, в экономичности горючего. Поскольку автоматическая коробка передач непосредственно в момент переключения несколько секунд «думает», и происходит повышенный топливный расход. Расходуется больше горючего и во набора скорости при разгоне.

Исходя из анализа обеих популярных КПП, специалистами была разработана так называемая роботизированная коробка передач, получившая в простонародье название довольно простое «робот». А многие ли знают, что это такое? Все не так-то и сложно, обозначенное устройство собой представляет классическую МКПП, однако она по понятным причинам относится к классу АКПП. Большое отличие от «механики» заключается в следующем: она отпускает сцепление, практически моментально включает передачу, а роботизированная современная трансмиссия обладает сцеплением, только уже в автоматическом режиме. Предлагаем вам изучить далее материал, дабы выяснить, что означает РКПП, как устроена, а еще какие имеет особенности.

Как устроена роботизированная коробка передач

Даже те, кто прекрасно знают и понимают, что это такое плюс что представляет собой набирающая стремительно популярность роботизированная коробка передач, до конца не понятно как все устроено, и чем она отличается от «автомата». Ранее вкратце было сказано, что данное устройство самостоятельно отпускает сцепление, точно также, как бы это было при механике, но только выжимает его в таком случае водитель, и моментом включает передачу, осуществляется это посредством специального блока питания, отправляющего соответствующие команды 2-ум современным сервоприводам. Сам водитель и его манера езды для устройства автомобильной РКПП своими действиями формируют соответствующую информацию, на основе которой роботизированная КПП будет работать. Полностью управление роботом берет на себя специализированный электронный блок, работающий по определенному, заложенному специалистами алгоритму. Устройство имеет плюсы и минусы, но самый главный плюс робота в следующем: он в себе объединил такие вещи, как удобство и даже простоту эксплуатации «автомата» и ощутимая экономичность и проверенная надежность «механики», что значит: такая КПП непременно должна завоевать сердца автомобилистов.

Бывают такие моменты в эксплуатации автомобиля что вам нужен не один мастер а скажем сразу и электрик и ходовик, вам на помощь придет автосервис Сенатор полного цикла ремонта авто, вам там помогут отремонтировать сразу все возможные поломки в авто.

Специалисты уверяют, РКПП принадлежит к серии «автомат», по той причине, что когда хотя бы 1 из процессов в коробке автоматизировано, то он соответственно и относится к этой категории. Основой для робота послужила классическая механическая коробка, оснащенная электронным блоком, но по конструкции они в любом случае имеют свои отличия и специфику.

Продолжаем выяснять, что это такое «робот». Любая автоматическая трансмиссия имеет фрикционное сцепление. Как правило, установлен дисковое сцепление, или же целый пакет фрикционных дисков. На РКПП в более современном исполнении установлено 2 таких диска сцепления, и это как раз позволяет без какой-либо потери мощности своевременно и точно передачи переключать.

Самое главное, чем отличаются современные «роботы» — по отпуску сцепления, плюс по приводу переключения скоростей. Дополнительно важно отметить, что привод бывает исключительно электрическим и во 2-ом случае гидравлическим, других нет и быть не может. Каждый из указанных приводов имеет свои плюсы и минусы, которые очевидны каждому водителю индивидуально. Электрический мотор так сказать выполняет всю задачу в специальном электрическом приводе, а уже в гидравлическом, поставленную основную задачу выполняют гидравлические специальные цилиндры, выполняющие свою работу по поступающему к ним сигналу встроенных в систему электромагнитных клапанов.

В системе электрический привод имеет следующий плюс: он мало потребляет энергии, в то время как плюс гидравлического привода в системе – это высокая скорость при переключении скоростей.

Важно выяснить и какие недостатки встречаются у каждой из систем? Электрическая – слишком низкая скорость переключения, далее гидравлическая — это весьма высокая потребность в энергии, следовательно такие роботизированные коробки часто ставят на дорогостоящие автомобили, с блоком электрическим оснащают авто бюджетной категории.

Когда получает соответствующий сигнал системный электронный блок от датчиков, то создается некий стиль переключения скоростей, и отправляет сразу же его системам, так сказать подчиняющимся ему, а они начинают работать по этой самой системе. Следует добавить, что электронный блок всегда и совместно работает с силовым агрегатом и системой ABS. Продолжим выяснять, что значит РКПП и какими качествами обладает.

Все о недостатках и качествах роботизированной коробки передач

Мы почти выяснили, что означает РКПП, осталось узнать больше о ней, предлагаем ознакомиться с плюсами рассматриваемой нами сейчас коробки:

• Роботизированная коробка передач, внимание! В отличие от любой другой КПП потребляет меньше всего масла. Экономичный расход масла и топлива в целом.
• Коробка в обращении довольно простая, и надежная.
• Одним из положительных качеств можно назвать возможность вручную переключать скорости.

Какие недостатки у «робота»:

• На бюджетных автомобилях стоит «робот» без двойного сцепления, это сильно влияет на резкое переключении скоростей.
• Недостаток который ощущается при эксплуатации автомобиля в городских условиях. Во время постоянных простоях в пробках коробка быстро изнашивается, но всегда есть возможность перейти на ручное управление.
• Если присутствует лишь 1 диск сцепления, то переключаются передачи не так быстро, как хотелось бы. Более современные версии с 2-мя дисками ставят даже на спортивных авто, и не происходит вообще ни малейшей потери мощности при переключении скоростей.

В чем отличия РКПП от остальных коробок передач

Что означает, какие недостатки и видимые преимущества имеет «робот» более менее ясно. Предлагаем больше узнать, чем отличается роботизированная коробка передач от других КПП.

Самое главное сравнение рассматриваемой нами КПП должно быть непосредственно с «механикой», поскольку наш «робот» произошел именно от нее. Самое главное отличие в том, что теперь водителю нет надобности управлять сцеплением. Все за него делает электронный блок, специально разработанный для этой цели. Ранее было сказано, что этот самый блок подает сигнальные команды 2-ум сервоприводам, что означает, что 1-ый привод «выжимает» сцепление, а 2-ой – включает 1-ую передачу. Так называемый сервопривод, «выжимающий» сцепление, как только переключилась скорость, отпускает его и авто трогается. Точно по такому же нехитрому принципу происходят и все остальные скоростные переключения. С классической механической коробкой, если вдуматься, различия небольшие, а это означает, что такие виды обладают 4-6-скоростными трансмиссиями.

 

 

Трансмиссия автоматическая по существу в разы проигрывает «роботу», только который оснащен 2-мя сцеплениями. АКПП на смену «механике» пришла в далеких 1950-годах и покорила всех своей простотой. Основным недостатком автоматической коробки является ее чрезмерно большой вес. Также «автомат» не дергается и плавно переключает скорости, чем это происходит у «робота» с 1-м диском сцепления. А у механической КПП АКПП выигрывает лишь простой эксплуатации.

Как известно, автоматические трансмиссии бывают с разным количеством ступеней, самое большое – 7-8-ступенчатая КПП.
А есть еще и вариатор, что это такое? От механической и автоматической КПП вариатор отличается тем, что у него отсутствуют в принципе передачи. 2 шкива лежат у него в основе, 1 из которых соединен непосредственно с трансмиссией, а в 2-ой силовым агрегатом автомобиля. Движение в таком случае передается ремнем, или же цепью. У вариатора имеется один большой недостаток – из-за гидравлической муфты пониженный коэффициент работы.

Подведем итоги

Разобравшись с тем, что это такое и какие плюсы/минусы и основные отличая, имеет роботизированная коробка передач можно выделить для себя то, что предпочтительнее будет именно для вас.

Каждый водитель, новичок или более опытный обязательно выбирает трансмиссию под свои предпочтения, привычки и даже под стиль управления транспортным средством. Тут самое главное, что следует понять, что роботизированная коробка передач, является классической механической КПП, но с добавленным к ней полностью автоматическим переключением скоростей и, конечно же, сцеплением.

Роботизированная коробка передач: плюсы и минусы

Устройство, особенности и принцип работы роботизированной коробки передач

Робот с гидроприводами переключения передач

Роботизированная КПП может быть с одним и с двумя сцеплениями. С роботом с двумя сцеплениями можно ознакомиться в статье про Powershift. Мы же продолжим разговор о КПП с одним сцеплением.

Устройство робота достаточно простое и включает в себя следующие элементы:

1. механическая часть;
2. сцепление;
3. приводы;
4. система управления.

Механическая часть содержит все компоненты обычной механики, а принцип работы роботизированной АКПП схож с принципом работы МКПП.

Приводы, управляющие коробкой, могут быть гидравлическими и электрическими. При этом один из приводов следит за сцеплением, он отвечает за его включение и выключение. Второй —  управляет механизмом переключения передач. Практика показала, что КПП с гидроприводом функционирует лучше. Как правило, такая коробка применяется на более дорогих автомобилях.

Роботизированная коробка передач имеет и режим ручного переключения передач. В этом ее уникальность – переключать передачи может как робот, так и человек.

Система управления — электронная и включает в себя следующие детали:

1. входные датчики;
2. электронный блок управления;
3. исполнительные устройства (актуаторы).

Схема работы РКПП

Входные датчики отслеживают основные параметры работы КПП. К ним относятся частота вращения, положение вилок и селектора, уровень давления и температура масла. Все данные передаются в блок управления, который контролирует актуаторы. Исполнительное устройство, в свою очередь, управляет работой сцепления с помощью сервоприводов.

В роботизированной АКПП гидравлического типа система управления дополнительно оснащена гидравлическим блоком управления. Он управляет работой гидроцилиндров.

Принцип работы робота осуществляется двумя способами: автоматическим и полуавтоматическим. В первом случае коробка управляется через определенный алгоритм, который задается блоком управления на основе сигналов датчиков. Во втором – принцип работы идентичен ручному переключению передач. Передачи с помощью рычага селектора последовательно переключаются с высшей на низшую, и наоборот.

Суть такой коробки достаточно проста – имеется механическая КПП и электронный блок ее управления. У РКПП все функции, которые должен был выполнять водитель с механической коробкой (выжим сцепления, перевод рычага коробки в нужное положение) выполняется актуаторами – сервоприводами электронного блока.

Благодаря этому надежность КПП возросла за счет использования классической «механики» и возросло удобство ее пользования. Водителю всего лишь необходимо переводить селектор в нужное положение (как в автоматической КПП) и наслаждаться ездой, а электронный блок позаботится о том, чтобы выполнялось переключение передач.

При всем этом многие роботизированные коробки оснащаются еще и ручным управлением, что позволяет управлять водителю коробкой самостоятельно, с единственным отличием – нет необходимости выжимать сцепление.

Принцип работы коробки-робота достаточно прост – разработчики взяли за основу обычную механическую коробку и оснастили её специальными механизмами, самостоятельно переключающими передачи и включающими/выключающими сцепление.

Для того, чтобы весь этот роботизированный механизм переключения передач работал слаженно, его работой заведует специальный блок управления, собирающий информацию о движении машины и, в зависимости от условий, выбирающий какую передачу нужно включить в данный момент времени.

Как уже было сказано выше, РКПП состоит из механической коробки передач, а также дополнительных устройств для выжима сцепления, выбора и переключения передачи. Данные устройства называются актуаторами (актуатор сцепления, актуатор выбора передачи). Также коробка «робот» имеет собственную систему управления, которая представляет собой ЭБУ коробкой и ряд электронных датчиков, взаимодействующих с блоком.

Получается, данный тип КПП представляет собой механическую коробку с автоматическим управлением и принципиально отличается от классического «автомата», а также бесступенчатого вариатора.

Роботизированная КПП, как и обычная МКПП, имеет сцепление, в ней не используется трансмиссионная жидкость ATF в качестве рабочей для управления и т.д. Добавим, что в современных «роботах» может быть как одно, так и два сцепления. В первом случае следует понимать однодисковый «робот», а во втором преселективную роботизированную коробку передач с двумя сцеплениями.

Если говорить об устройстве коробки — робот, можно выделить следующие базовые составные элементы:

• Коробка передач, которая по устройству напоминает «механику;
• Актуаторы (сервоприводы), отвечающие за выжим сцепления и включение передачи;
• Блок управления коробкой (микропроцессорный ЭБУ) и внешние датчики;

Давайте рассмотрим устройство РКПП на примере 6-и ступенчатой роботизированной коробки передач с двумя сцеплениями. Сама коробка похожа на МКПП, однако имеет сразу два ведущих вала. Если просто, эти валы расположены друг в друге (внешний вал имеет внутреннюю полость, куда вставлен еще один внутренний первичный вал).

На внешнем валу установлены шестерни привода 2, 4 и 6 передачи. На внутреннем валу ставятся шестерни 1, 3, 5 передачи, а также передачи заднего хода. Для каждого из валов имеется отдельное сцепление.

Актуаторы роботизированной коробки представляют собой  электрические или гидросервоприводы. Электрический актуатор -электромотор с редуктором, гидравлический является гидроцилиндром, шток которого связан с синхронизатором.  Главной задачей как первого, так и второго типа устройств становится механическое перемещение синхронизаторов КПП, а также включение и выключение сцепления.

Блок управления коробкой передач является микропроцессорным ЭБУ, к которому подключены внешние датчики, которые задействованы в ЭСУД автомобиля. Другими словами, контроллер коробки передач взаимодействует с датчиками от двигателя, а также ряда других систем (например, ABS и т. д.). Часто блок управления коробкой совмещен с ЭБУ двигателем, при этом коробка работает по собственному заданному алгоритму.

Как правильно пользоваться роботизированной коробкой передач

Общий вид РКПП

Роботизированная трансмиссия сочетает в себе функции как АКПП, так и механической коробки передач. Это по сути та же механика, но с автоматическим управлением. Система управления с помощью исполнительных механизмов управляет работой сцепления и переключением передач. При этом переключение происходит так же, как и в механике, только без участия водителя.

Изначально роботизированная КПП создавалась для того, чтобы существенно снизить стоимость коробки передач в сравнении с АКПП и в то же время объединить в себе все достоинства автомата и механики, к которым в первую очередь относятся комфорт и удобство управления.

В автомобилях спортивного класса используется несколько иной тип роботизированной трансмиссии – с двумя сцеплениями. Это позволяет добиться максимально высокой скорости переключения передач.

Преимущества и недостатки роботизированной трансмиссии для наглядности также представим в виде таблицы. Заодно проведем  сравнительную характеристику между двумя видами трансмиссий.

Преимущества роботизированной коробки передач	Недостатки роботизированной коробки передач
1. Более простая конструкция в отличии от АКПП	1. Рывки при старте и переключении передач (для РКПП с одним сцеплением)
2. Менее дорогие обслуживание и ремонт по сравнению с АКПП	2. Необходимость перевода рычага в нейтральное положение при длительной остановке и откат автомобиля на подъеме
3. Лучшая топливная экономичность	3. Непредсказуемость поведения роботизированной коробки передач в тяжелых дорожных условиях
4. Более высокий КПД	4. Эффект «задумчивости» при переключении передач

Классический селектор роботизированной КПП

Итак, робот – это скорее разновидность АКПП или МКПП? Зачастую его приравнивают к модифицированному автомату. На самом деле, в основе робота лежит механическая трансмиссия, завоевавшая это право своей простотой и надежностью. По сути, роботизированная КПП – это та же механика с дополнительными устройствами, отвечающими за переключение передач и управление сцеплением. Т.е. водитель от этих обязанностей освобожден.

Роботизированная коробка встречается как в легковых автомобилях, так и в автомобилях грузовых, а также автобусах, а в 2007 году робот был представлен даже на спортивном мотоцикле.

Производитель	Название	Производитель	Название
Renault	Quickshift	Toyota	MultiMode
Peugeout	2-Tronic	Honda	i-Shift
Mitsubishi	Allshift	Audi	R-Tronic
Opel	Easytronic	BMW	SMG
Ford	Durashift/Powershift	Volkswagen	DSG
Fiat	Dualogic	Volvo	Powershift
Alfa Romeo	Selespeed

Схема работы РКПП

Изначально коробка-робот создавалась для того, чтобы объединить в себе все достоинства коробки-автомат и механической трансмиссии. В первую очередь, сюда относятся комфорт АКПП и надежность с экономичностью механики. Для того, чтобы определить, удалась ли задумка разработчикам, сравним по основным параметрам робота с АКПП и робота с механической трансмиссией.

Робот и автомат

Сравнительную  характеристику между двумя коробками передач представим в виде таблицы. За основу сравнения возьмем ряд параметров.

Параметр	Робот	Автомат
Конструкция устройства	Проще	Сложнее
Эксплуатация и ремонт	Дешевле	Дороже
Потребление масла и топлива	Меньше	Больше
Динамика разгона автомобиля	Лучше	Хуже
Вес коробки	Меньше	Больше
КПД	Выше	Ниже
Поведение машины при переключении передач	Рывки, «эффект задумчивости»	Плавное движение без рывков
Возможность отката автомобиля на уклоне	Есть	Нет
Ресурс двигателя и сцепления	Меньше	Больше
Управление автомобилем	Сложнее	Проще
Необходимость переключения рычага в нейтральное положение при остановке	Да	Нет

Итак, что мы имеем: роботизированная КПП более экономична по всем параметрам, но в плане комфорта для водителя все же выигрывает автомат. Таким образом, главное достоинство автоматической коробки передач (комфорт при движении) робот не перенял, по крайней мере, рассматриваемая нами коробка с одним сцеплением.

Посмотрим, как обстоят дела у механики и перенял ли  робот все ее достоинства.

Теперь сравним робот с МКПП.

Параметр	Робот	МКПП
Стоимость коробки и ее обслуживание	Дороже	Дешевле
Рывки при переключении передач	Меньше	Больше
Расход топлива	Чуть меньше	Чуть больше
Ресурс сцепления (зависит от конкретной модели)	Больше	Меньше
Надежность	Меньше	Больше
Комфорт	Больше	Меньше
Конструкция	Сложнее	Проще

Какой вывод можно сделать здесь? Робот комфортнее механики, чуть экономичнее, но стоимость самой коробки выйдет дороже. МКПП все-таки остается надежнее робота. Конечно, автомат здесь уступает роботу, но, с другой стороны, еще неизвестно, как поведет себя роботизированная трансмиссия в тяжелых дорожных условиях – чего нельзя сказать о механике.

Роботизированной КПП считается механическая коробка переключения передач с автоматическим электронным блоком управления. От «механики» она наследует надежность и экономичность, а за счет автоматизации управления получает повышенный комфорт и плавность движения. Электронный блок управления считывает сигналы входных датчиков о состоянии автомобиля, скорости вращения вала, положении вилок и селектора и с помощью электрических или гидравлических сервоприводов (в зависимости от модели) посылает команду исполнительным механизмам о переключении передач.

В роботизированных КПП осуществлена функция как автоматического, так и ручного управления. В автоматическом режиме переключением передач заведует электронный блок управления. В ручном режиме, который проще всего обозначить словом «типтроник», водитель самостоятельно выбирает ограничение на переключение передач автоматом и вручную регулирует селектор.

Коробки-роботы имеют уже двадцатилетнюю историю и на протяжении всего этого времени они неизменно эволюционировали в сторону постоянного усложнения конструкции. Современные коробки-роботы можно обнаружить в самых разных автомобилях – от бюджетной Scoda Octavia до суперспортивного «монстра» Lamborghini Aventador. Все это, конечно, очень разные по своей конструкции и цене трансмиссии, но принцип работы у них остается единым.

И если в случае с премиальным спорткаром вы приобретаете и право на абсолютную надежность, то в бюджетных автомобилях среднего класса «роботы» несли в себе весомый ряд как плюсов, так и минусов.

Роботизированные КПП были созданы с идеей повышенного комфорта и экономичности и включали в себя ряд преимуществ «механики» и классических «автоматов»:

• По надежности «роботы» превосходят как вариаторы, так и гидротрансформаторные АКПП, ведь в их конструкции находится проверенная годами механическая КПП — система, которая знакома каждому водителю и механику.
• Роботизированные КПП позволяют серьезно экономить на топливе, в сравнении не только с «автоматами», но и подчас с «механикой». В некоторых случаях автомобили с «роботом» показывают экономию в 30% по сравнению с таким же автомобилем с установленной гидротрансформаторной АКПП.
• «Робот» требует меньшего кочества масла в сравнении с вариатором. От 3 до 5 литров против 7 литров у вариаторов. Это тоже значительный повод для экономии.
• Число передач может варьироваться от классической шестиступенчатой «механики» до 7-8 скоростей для агрегатов от Audi и BMW. Не так давно концерн Volkswagen анонсировал появление своей роботизированной КПП DSG с десятью передачами.
• Так как в основе «робота» лежит механическая КПП, то и ремонт механической части может осуществляться в условиях почти любого автосервиса. Для автомастера не станет сложностью замена и ремонт деталей коробки «робота».
• Ресурс сцепления за счет автоматизации переключения передач повышен на 30-50% в сравнении с «механикой». Электронный блок управления со встроенными алгоритмами переключения передач имеют свою «защиту от дурака» и тем самым не позволяет изнашиваться сцеплению из-за неопытности водителя.
• Возможность управления в ручном режиме в условиях города и постоянных пробок является существенным преимуществом, не позволяя изнашивать коробку сверх меры.
• Переключение передач со скоростью в 0,2 секунды для преселективных роботизированных коробок это норма. Такую скорость не продемонстрирует ни «автомат», н средний водитель на «механике».

Это было все, что касается плюсов. Теперь поговорим о минусах, которых тоже не мало и во многом именно они определяют конечный выбор автовладельца.

• Электронный блок управления – узел очень капризный, боящийся любых излишних нагрузок и, уж тем более, незапланированных модификаций. Чип-тюнинг и перепрошивка ЭБУ в неопытных руках может означать конец для всего сцепления. Как правило, водители не рискуют такими действиями, пока автомобиль находится на официальном гарантийном обслуживании. В целом же блоки управления роботизированных КПП поддаются любым модификациям, но только в опытных руках и за хорошие деньги.
• Блок управления по-прежнему является больным местом КПП. При неудачной, даже официальной прошивке, возможны сбои в программе ЭБУ, которые приводят к торможению всего сцепления и провалу передач.
• Ручной режим становится как и плюсом, так и минусом. В условиях загруженного трафика и пересеченной местности он становится вынужденной необходимостью, даже для неопытных водителей.
• Роботизированные КПП требуют определенных правил эксплуатации, в том числе и в управлении педалями газа и тормоза. Как правило, «роботы» не любят вдавливания газа до упора и, наоборот, легкого нажима на тормоз.
• При управлении автомобилем с «роботом» следует все время наблюдать за температурой сцепления – перегрев резко снижает износостойкость коробки и ведет к преждевременному ремонту. Поэтому буксование или «лаунч» могут стать для роботизированной КПП последним смертельным номером.

Перед покупкой автомобиля с роботизированной КПП прежде всего стоит задуматься, нужен вам такой вариант трансмиссии или нет.

Если это бюджетный автомобиль, то следует учитывать, что в условиях тяжелого трафика или плохих дорог в зависимости от региона страны классическая «механика» – вариант более предпочтительный и по износостойкости, и по экономичности средств на ремонт. Если вы все-таки жаждете комфорта и экологичности от вашего автомобиля, следует смотреть в сторону машин с преселективной роботизрованной КПП.

Роботизированная коробка передач как усовершенствование «механики» и альтернатива «автомату»

Особенности управления

Некоторые режимы работы РКПП получила от автоматической коробки, а именно:

• «N» — нейтраль. Режим, при котором крутящий момент на колеса от КПП не передается. То есть двигатель работает, на коробку передается вращение, но из-за положения шестерен на колеса оно не передается. Используется при длительной стоянке авто, перед началом движения, после остановки;
• «R» — движение задним ходом. Здесь все просто, водитель переводит селектор в это положение и авто движется назад.

Другие же режимы роботизированной коробки имеют свое обозначение:

• «А/М» или «Е/М» — движение вперед. Этот режим соответствует режиму «D» автоматической коробки, то есть автомобиль движется вперед, а КПП производит переключение передач. В режиме «М» выполняется ручное управление. Переводом селектора в определенный паз выбирается необходимый режим;
• « », «-» — переключатель передач. Кратковременные переводы селектора в сторону « » или «-» обеспечивают переключение передачи при ручном режиме управления «М».

Требуется ли прогрев коробки?

Вроде все просто, и ничего сложного в управлении такой коробки нет – достаточно перевести селектор в нужное положение, и начать движение. И все же следует знать, как управлять коробкой робот, чтобы она работала без проблем.

Начнем с интересного вопроса – нужно ли прогревать КПП перед началом движения зимой? Для автоматической коробки в зимний период прогрев обязателен и выполняется он кратковременным переводом селектора во все положения.

Роботизированная коробка, по сути, механическая и не требует прогрева. И все же зимой перед началом движения прогреть РКПП следует, хотя это не совсем прогрев. Во время стоянки масло в коробке стекает вниз и из-за мороза загустевает. Поэтому рекомендуется зимой после запуска мотора дать время, чтобы масло скорее не прогрелось, а просто растеклось по элементам коробки, снижая между ними трение.

Начало движения на подъем, его преодоление, спуск

Многие автомобили с РКПП не оборудованы системой помощи старта на подъем, поэтому правильно начинать движение нужно научиться самому водителю. При старте на подъем с роботизированной коробкой необходимо поступать, как и с «механикой». Для начала движения селектор переводится в режим «А», плавно нажимается акселератор и одновременно авто снимается с ручника.

При начале движения на подъем в зимний период лучше использовать ручной режим, при этом устанавливать первую передачу. Сильно газовать не стоит, чтобы не было пробуксовки колес.

При движении на подъем при выбранном автоматическом режиме коробка самостоятельно начнет переходить на пониженные передачи, что является вполне логичным, ведь при повышенных оборотах преодолеть подъем легче. Такая КПП оснащена гироскопом, который определяет положение автомобиля, и если датчик показывает подъем, то коробка буде работать соответственно.

При спуске же никаких действий от водителя не требуется. Достаточно перевести селектор в положение «А», и снять ручник. При этом авто будет производить торможение мотором.

Остановка, парковка

И третий немаловажный вопрос – правильность парковки и остановки. После полной остановки авто, селектор необходимо перевести в нейтраль «N», поставить на ручник и после заглушить двигатель. При кратковременных остановках перевод селектора в нейтраль необязателен, вполне можно оставаться и на режиме «А».

Другие режимы

Робот и автомат

Это основные правила, как управлять роботизированной коробкой. Но есть и другие особенности, к примеру, некоторые РКПП имеют дополненные режимы – спорт и зимний, так называемая «снежинка».

«Снежинка» направлена на то, чтобы как можно плавнее и без пробуксовок начать движение на обледенелой дороге. Все что она делает, это обеспечивает начало движения сразу со второй передачи и более плавные переходы на повышенные передачи.

Режим «спорт» производит переход на повышенные передачи при больших оборотах, чем в обычном режиме. Это позволяет быстрее ускоряться. То есть, если при обычном режиме переход на 2 передачу выполнялся, к примеру, при 2500 об/мин, то в режиме «спорт» этот переход будет осуществляться при 3000 об/мин.

Теперь о возможности перехода из автоматического режима в ручной и обратно во время движения. Роботизированная коробка без проблем позволяет это делать. Также позволяется самостоятельно понижать или повышать передачу для изменения скорости движения. Но стоит учитывать, что полностью управление коробкой электронный блок не передаст, он будет постоянно контролировать работу.

Поэтому если водителю вздумается перейти, к примеру, на две передачи вниз, то электронный блок сделать это даст, но при этом проконтролирует обороты двигателя и если они не будут соответствовать выбранной передачи, электроника самостоятельно выполнит переход на допустимую передачу – сработает так называемая «защита от дурака».

Здесь все просто – электронный блок запрограммирован так, что каждой передаче соответствует определенный диапазон оборотов двигателя. И если выбранная вручную передача соответствует своему диапазону, то коробка выполнит переключение, а если нет – включит необходимую скорость.

Полезные советы

Напоследок некоторые рекомендации по эксплуатации и обслуживанию роботизированной коробки.

Такая коробка «не терпит» резких нажатий на педаль газа, поэтому лучше осуществлять движение в спокойном режиме. Даже при необходимости ускориться — лучше жать на акселератор плавно, при этом стоит перейти в ручной режим. А при торможении следует наоборот – переходить в автоматический режим.

Особенностью РКПП является наличие небольших толчков при переключении передач. От них можно избавиться достаточно просто – при переключении передач сбрасывать обороты двигателя, то есть действовать по аналогии с обычной механической коробкой.

Наличие ручного режима позволяет даже выполнять выезд «враскачку» в случае, если авто застряло в сугробе. Но при этом на пользу КПП это не пойдет, так как буксовать на РКПП не рекомендуется, это может привести к декалибровке исполнительных механизмов. Поэтому застрявшее авто все же лучше извлекать с привлечением сторонней помощи.

Обязательно при каждом ТО делать инициализацию и проводить диагностику состояния РКПП, что позволит устранить все неисправности коробки еще на раннем этапе.

Есть и другие мелкие особенности таких коробок, которые зависят от изготовителя. Ими лучше сразу поинтересоваться, чтобы в дальнейшем не возникло недоразумений с эксплуатацией роботизированной коробки.

Как правило, водители, которые ранее эксплуатировали автомобили с классической АКПП, отмечают определенные особенности и отличия простых роботизированных коробок с одним сцеплением.

Данная коробка (однодисковый робот), может «затягивать» включение передач, отличается «задумчивостью» при понижении или повышении передачи и т.п. Также РКПП может работать не совсем корректно при резких нажатиях на акселератор и больше подходит для спокойной езды.

Чтобы резко ускориться, оптимально перейти в ручной режим, а также нажимать на газ плавно, чтобы минимизировать задержки и провалы. Что касается торможения двигателем, данный эффект вполне приемлемо реализован в автоматическом режиме.

Также для РКПП характерны легкие толчки при переключении передач. Все дело в том, что толчок появляется в момент, когда сцепление «смыкается». Избежать таких толчков можно, интуитивно угадывая, когда электроника инициирует переключения, и немного сбрасывая газ перед таким переключением.

Как это работает: роботизированная коробка передач

Одна из ветвей развития механических трансмиссий привела инженеров и конструкторов к созданию роботизированной коробки передач – устройства, в котором передачи переключает не человек (путем включения и выключения сцепления), а «робот» — управляемый электроникой механизм. На данный момент это одна из наиболее прогрессивных типов коробок передач, устанавливаемых на автомобили, у которой, тем не менее, есть свои плюсы и минусы.

Роботизированная коробка DSG

Принцип устройства роботизированной КПП

Платформой для создания роботизированной трансмиссии послужила механическая коробка передач. Конструкторы посчитали, что нет смысла выдумывать абсолютно новый механизм, достаточно усовершенствовать уже существующий.

Как известно, принцип работы механической коробки передач заключается в передаче крутящего момента от двигателя через первичный вал на вторичный, от которого крутящий момент попадает на главную передачу, а затем – на ведущие колеса. Момент переключения передач на «механике» осуществляется при помощи механизма сцепления, которым оперирует водитель — выжимая и отпуская сцепление, он руководит переключением передач с пониженной на повышенную, либо в обратном порядке.

В механизме работы роботизированной трансмиссии этот механический момент переключения передачи инженеры решили доверить автоматике, убрав из цепи управления непосредственное участие человека. У «робота» сцеплением и переключением передач ведают специальные узлы-актуаторы, которые бывают двух типов – актуаторы сцепления и актуаторы переключения передач. Первые ответственны за размыкание/смыкание первичного вала с двигателем, вторые – за переключение передач. Актуаторы, в свою очередь, управляются электронным блоком управления, который четко рассчитывает момент, когда должен отключиться/подключиться первичный вал и когда – включиться повышенная или пониженная передача. Когда такой сигнал поступает (при этом, электронный блок управления учитывает скорость движения машины, обороты двигателя, крутящий момент и другие данные), актуатор сцепления отсоединяет первичный вал от двигателя, а актуатор включения передачи выбирает нужную ступень. Затем актуатор сцепления плавно соединяет первичный вал с двигателем и автомобиль двигается на повышенной передаче. Тот же процесс происходит и при переключении с повышенной на пониженную передачу, а также при езде задним ходом. Устанавливались такие трансмиссии на автомобили многих марок (например, Toyota, Peugeot и другие).

Роботизированная» 2-вальная КПП с электрогидравлическими исполнительными механизмами (Citroen). Фото — Carexpert.ru

Как и многие механизмы, роботизированная трансмиссия была несовершенной (о ее плюсах и минусах мы поговорим позже) и именно из-за этого автомобили с «роботами» первого поколения не пользовались у покупателей успехом. Ситуация была исправлена с выходом на рынок роботизированных трансмиссий второго поколения – с двумя сцеплениями. Их еще называют преселективными коробками передач.

Преселективный робот DSG с двумя сцеплениями.

Первоначально такими «роботами» оснащались автомобили концерна Volkswagen (Volkswagen, Audi, Seat, Skoda), сегодня подобными трансмиссиями оборудуются машины и других марок (BMW, Ford, Fiat). В зависимости от типа сцепления такие коробки делят на КПП с сухим и мокрым сцеплением. Принцип работы такой коробки заключается в том, что четные и нечетные ступени разнесены по разным валам (первичным и вторичным), а их включением ведает отдельный блок сцепления. Механизм такой коробки заранее подготавливает к включению следующую ступень (отсюда и название «преселективная» — предваряющая выбор передачи), благодаря чему эта процедура происходит без отключения КПП от двигателя, тем самым, не прерывается крутящий момент от мотора к ведущим колесам.

Часто возникает вопрос: в чем же различия между автоматической и роботизированной трансмиссией? Ответ прост: в устройстве. Роботизированная коробка передач – это, как было указано выше, та же «механика», только включением/выключением сцепления и переключением передач тут занимаются приводы-актуаторы. В автоматической коробке передач присутствует важный агрегат – гидротрансформатор, который заменяет собой механизм сцепления и является он связующим звеном между двигателем и собственно коробкой передач.

Достоинства и недостатки «роботов»

Положительными сторонами роботизированных коробок передач первого поколения было отсутствие педали сцепления и более низкая, чем у автоматической трансмиссии, цена. Отрицательным аспектом этих КПП был несовершенный механизм включения последующих передач, из-за чего автомобиль дергался, что приносило дискомфорт водителю и пассажирам. Также минусом этой коробки была сложность и относительно высокая стоимость ее обслуживания, которая была выше, чем у традиционной механической трансмиссии.

К плюсам преселективной роботизированной КПП можно отнести скорость переключения передач, экономичность (ввиду отсутствия потери мощности при переключении передач), работу в полностью автоматическом либо «ручном» режиме. К минусам – наличие рывков при езде на первой передаче, дороговизну ремонта и обслуживания. Например, такой характерный для многих «роботов» минус, как откатывание автомобиля назад при трогании в гору (все же роботизированная трансмиссия, несмотря на отсутствие привычного механизма сцепления, является той же «механикой») изрядно нервирует владельцев машин с РКПП и требует привыкания к подобной особенности.

Читайте еще: Поломки Робота

Преселективный «робот» S tronic от Audi.

Роботизированная коробка передач (РКПП) очень эффективна

Помимо коробок автоматической и механической существуют и другие виды не менее используемые в автомобилях. Таковой является и роботизированная коробка передач. В простонародье ее чаще называют коробка-робот. В данном устройстве соединены механические и автоматические функции под одним корпусом. В частности в РКПП автоматизированы функции переключения передач и выключения работы сцепления.

Таким образом, эта механическая коробка, получив «информацию» от водителя, и в зависимости от условий движения, начинает автоматизировано управляться с помощью специального электронного блока. Эта коробка передач вобрала в себя лучшие показатели работы автоматической и механической коробок, в том числе экономное расходование топлива, удобство в управлении и надежность в работе.

К тому же у роботизированной коробки цена более доступна, чем у автоматического аналога. В последнее время такая коробка пользуется огромной популярностью не только у производителей, но и у водителей авто.

Конструкция РКПП

Такую коробку еще называют полуавтоматом. И хотя, роботизированные коробки передач отличны в своем устройстве, можно выделить их основные элементы. Это наличие МКПП, сцепления, привода к нему, самих передач и блока управления. Основой устройства РКПП является механическая коробка передач.

Привод у коробки передач гидравлический или электрический. Электрический привод основан на работе сервомеханизмов. А в гидравлическом приводе ведущую роль играют гидроцилиндры. В первом случае имеем никое энергопотребление и меньшую скорость работы. Во втором случае необходимо поддерживать заданную величину давления, поэтому возрастают энергозатраты.

Роботизированная КПП с электрическим приводом используется в бюджетных моделях авто, а с гидравлическим приводом – в дорогих автомобилях и даже спортивных авто. И это вполне закономерно. Ведь при использовании гидравлического привода замечена высокая скорость переключения передач. Система управления РКПП является электронной и управляет датчиками и прочими устройствами.

Реализация работы РКПП

В Ferrari California стоит семиступенчатая роботизированная коробка “F1 DCT”

В автомобиле рычаг переключения скоростей расположен рядом с рычагом МКПП, но переключение производится вперед и назад. А в спортивных автомобилях рычаг скоростей заменен двумя педалями. При нажатии одной из них скорость увеличивается, а при нажатии другой – уменьшается.

Принцип работы роботизированной коробки передач не сложен, сочетает в себе механику и автоматику. Как только произошло переключение передач и нажатие педали газа, происходит передача сигнала к блоку управления. Коробка передач начинает давать данные о необходимой скорости движения и действующей скорости. В свою очередь, блок подбирает оптимальное значение скорости и нужный момент, когда ее необходимо переключить.

Благодаря этому происходит синхронная работа всех элементов устройства. Именно системный блок управляет работой гидромеханики, а именно, смыкает и размыкает сцепление. Весь этот процесс незаметен водителю, так как все процессы совпадают с передвижением ручки переключения скоростей.

Так как электроника быстро реагирует на действия водителя и дорожные условия, то сцепление проводится автоматически без его участия. Чтобы осуществить парковку, выбрать задний ход или нейтральную трансмиссию, необходимо нажать обе педали, а затем выбрать нужное положение ручки соответственно выбранному варианту.

Сцепление в авто, оборудованном РКПП, в основном необходимо для начала движения транспортного средства. Чтобы добиться быстрого изменения скорости, необходимо перестать нажимать педаль газа и поставить ручку передачи скоростей в нужное положение.

Устройство и схема РКПП

РКПП состоит из определенных компонентов. Условно схема роботизированной коробки передач выглядит следующим образом. Обычная механическая КПП, актуаторы, система управления и внешние датчики. Стоит отметить, что работа РКПП совсем не похожа на работу автоматической коробки. Ее больше можно сравнить с работой механики с элементами автоматики.

Рассмотрим подробнее устройство роботизированной коробки передач. У нее имеется два ведущих вала, один находится в полости другого. На внешнем валу имеются шестерни для четных передач, а на внутреннем валу – для нечетных. Оба вала имеют сцепление. Актуаторами называют электрические и гидравлические приводы, рассмотренные подробно выше.

Основной элемент РКПП – блок управления, оснащенный мощным процессором. Внешние датчики подключаются к нему через специальные порты. Также чаще всего автомобили оснащены бортовыми компьютерами, которые также подключаются к системе управления. Система управления имеет память и определенные алгоритмы работы, которые успешно обрабатывают, поступающие на них сигналы и управляют коробкой передач и переключением скоростей.

А вот видео о том, как правильно использовать коробку-робот:

Также на эту тему вы можете почитать:

Поделитесь в социальных сетях

Alex S 29 октября, 2013

Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто

Метки: Как устроен автомобиль

Что такое робототехника — компоненты роботов

Робототехника — это наука и технология роботов, их проектирование, производство и применение. [1] Робототехника требует практических знаний в области электроники, механики и программного обеспечения и обычно сопровождается обширными практическими знаниями по многим предметам. [2] Человек, работающий в поле, — робототехник.

Хотя внешний вид и возможности роботов сильно различаются, все роботы имеют общие черты механической подвижной конструкции при некоторой форме автономного управления.Структура робота обычно в основном механическая и может быть названа кинематической цепью (ее функциональность аналогична скелету человеческого тела). Цепь состоит из звеньев (ее костей), приводов (мышц) и суставов, которые могут обеспечивать одну или несколько степеней свободы. Большинство современных роботов используют открытые последовательные цепочки, в которых каждое звено соединяет предыдущее с последующим. Эти роботы называются серийными роботами и часто напоминают человеческую руку. Некоторые роботы, такие как платформа Стюарта, используют замкнутые параллельные кинематические цепи.Другие структуры, например те, которые имитируют механическую структуру человека, различных животных и насекомых, сравнительно редки. Однако разработка и использование таких структур в роботах — активная область исследований (например, биомеханика). У роботов, используемых в качестве манипуляторов, на последнем звене установлен концевой эффектор. Этим концевым эффектором может быть что угодно, от сварочного устройства до механической руки, используемой для управления окружающей средой.

Этимология

Согласно Оксфордскому словарю английского языка, слово «робототехника» впервые в печати было использовано Исааком Азимовым в его научно-фантастическом рассказе «Лжец!», Опубликованном в мае 1941 года в журнале «Astounding Science Fiction».Робототехника основана на слове «робот», придуманном автором-фантастом и лауреатом Нобелевской премии Карелом Дляпеком в его театральной пьесе 1920 года R.U.R. (Универсальные роботы Россум, на чешском языке Rossumovi univerzálnà roboti). Слово «робот» происходит от слова «робот», означающего «самостоятельный труд», и, образно говоря, «тяжелая работа» или «тяжелая работа» на чешском и словацком языках. Происхождение слова — старославянская работа «рабство» («работа» в современном русском языке). Азимов не знал, что он придумал термин для новой области — поскольку конструкция электрических устройств называется электроникой, поэтому конструкция роботов может быть уместно названа робототехникой.[3] До появления этого термина, однако, существовал интерес к идеям, подобным робототехнике (а именно, к автоматам и андроидам), относящимся еще к 8 или 7 веку до нашей эры. В «Илиаде» бог Гефест делал говорящих служанок из золота [4]. Архиту из Тарента приписывают создание механического голубя в 400 г. до н.э. [5] Роботы используются в промышленных, военных, исследовательских, домашних, академических и исследовательских целях. [6]

Компоненты роботов

Привод

Нога робота, приводимая в движение воздушными мышцами.

Исполнительные механизмы — это «мускулы» робота; части, которые преобразуют накопленную энергию в движение. Безусловно, самыми популярными исполнительными механизмами являются электродвигатели, но существует множество других, некоторые из которых работают от электричества, а другие используют химические вещества или сжатый воздух.

Двигатели: В подавляющем большинстве роботов используются электродвигатели, которых существует несколько видов. Электродвигатели постоянного тока, знакомые многим, быстро вращаются, когда через них проходит электрический ток.Они будут вращаться в обратном направлении, если ток будет течь в другом направлении.
Шаговые двигатели: Как следует из названия, шаговые двигатели не вращаются свободно, как двигатели постоянного тока, они вращаются с шагом в несколько градусов за раз под управлением контроллера. Это упрощает управление ими, так как контроллер точно знает, на сколько они повернуты, без необходимости использования датчика. Поэтому они используются на многих роботах и ​​обрабатывающих центрах с ЧПУ.
Пьезо-двигатели: Недавней альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели.Они работают по принципиально иному принципу, при котором крошечные пьезокерамические ножки, вибрируя тысячи раз в секунду, перемещают двигатель по кругу или прямой линии. [7] Преимущества этих двигателей — невероятное нанометровое разрешение, скорость и доступная сила для их размера. [8] Эти двигатели уже коммерчески доступны и используются на некоторых роботах. [9] [10]
Воздушные мышцы: Воздушные мышцы — это простое, но мощное устройство для обеспечения тягового усилия. При надувании сжатым воздухом он сжимается до 40% от своей первоначальной длины.Ключом к его поведению является видимая снаружи оплетка, которая заставляет мышцу быть либо длинной и тонкой, либо короткой и толстой. Поскольку он ведет себя очень похоже на биологическую мышцу, его можно использовать для создания роботов с такой же системой мышц и скелетов, как и у животных. [11] Например, рука робота Shadow задействует 40 воздушных мышц для питания 24 суставов.
Электроактивные полимеры: Электроактивные полимеры — это класс пластмасс, которые меняют форму в ответ на электрическую стимуляцию.[12] Их можно сконструировать так, чтобы они гнулись, растягивались или сжимались, но до сих пор нет EAP, подходящих для коммерческих роботов, поскольку они, как правило, имеют низкую эффективность или ненадежны. [13] Действительно, все участники недавнего конкурса на создание роботов для армрестлинга с питанием от EAP были избиты 17-летней девушкой. [14] Однако ожидается, что в будущем они будут усовершенствованы, где они могут быть полезны для микророботов. [15]
Упругие нанотрубки: Это многообещающая экспериментальная технология на ранней стадии.Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет этим филаментам упруго деформироваться на несколько процентов с уровнями накопления энергии, возможно, 10 Дж / см 3 для металлических нанотрубок. Человеческий бицепс можно заменить проволокой из этого материала диаметром 8 мм. Такая компактная «мускулатура» может позволить будущим роботам опережать и опережать людей. [16]

Манипуляции

Роботам, которые должны работать в реальном мире, требуется некоторый способ манипулировать объектами; подбирать, изменять, уничтожать или иным образом оказывать влияние.Таким образом, «руки» робота часто называют концевыми эффекторами [17], а руку — манипулятором [18]. Большинство манипуляторов роботов имеют сменные исполнительные механизмы, каждый из которых позволяет им выполнять небольшой круг задач. У некоторых есть фиксированный манипулятор, который нельзя заменить, в то время как у некоторых есть один манипулятор очень общего назначения, например рука гуманоида.

Захваты: Распространенным эффектором является захват. В простейшем виде он состоит всего из двух пальцев, которые могут открываться и закрываться, чтобы брать и отпускать ряд мелких предметов.См. Концевые эффекторы [1].
Вакуумные захваты: Роботы для захвата и установки электронных компонентов и крупных объектов, таких как лобовые стекла автомобилей, часто используют очень простые вакуумные захваты. Это очень простые вяжущие приспособления, но они могут выдерживать очень большие нагрузки при условии, что поверхность сцепления достаточно гладкая для обеспечения всасывания.
Эффекторы общего назначения: Некоторые продвинутые роботы начинают использовать полностью гуманоидные руки, такие как Рука Тени и рука Шунка. [19] Управлять этими очень ловкими манипуляторами с 20 степенями свободы и сотнями тактильных датчиков [20] может быть сложно.Компьютер должен учитывать большой объем информации и выбирать лучший способ манипулировать объектом из множества возможных.

Полное руководство по всем формам эндеффекторов роботов, их конструкции и использованию см. В книге «Захваты роботов» [21].

Передвижение

Роботы-качалки

Segway в музее роботов в Нагое.

Для простоты большинство мобильных роботов имеют четыре колеса. Однако некоторые исследователи пытались создать более сложных колесных роботов с одним или двумя колесами.

Двухколесная балансировка: Хотя Segway обычно не считается роботом, его можно рассматривать как компонент робота. Некоторые настоящие роботы действительно используют аналогичный алгоритм динамической балансировки, и Робонавт НАСА был установлен на сегвее. [22]
Ballbot: Исследователи из Университета Карнеги-Меллона разработали новый тип мобильного робота, который балансирует на шаре, а не на ногах или колесах. «Ballbot» — это автономный всенаправленный робот с батарейным питанием, который динамически балансирует на одной металлической сфере с уретановым покрытием.Он весит 95 фунтов и является приблизительным ростом и шириной человека. Из-за своей длинной, тонкой формы и способности маневрировать в ограниченном пространстве он может работать лучше, чем современные роботы, в среде с людьми. [23]
Гусеничный робот: Другой тип катящегося робота — это тот, у которого есть гусеницы, как, например, городской робот НАСА, Урби. [24]

Шагающие роботы

Ходьба — сложная и динамичная задача. Было создано несколько роботов, которые могут надежно передвигаться на двух ногах, однако еще не создано ни одного, более прочного, чем человек.Как правило, эти роботы могут хорошо ходить по плоскому полу и иногда подниматься по лестнице. Никто не может ходить по каменистой неровной местности. Вот некоторые из опробованных методов:
Метод ZMP: Точка нулевого момента (ZMP) — это алгоритм, используемый такими роботами, как ASIMO компании Honda. Бортовой компьютер робота пытается удержать суммарные силы инерции (сочетание силы тяжести земли и ускорения и замедления ходьбы), которым точно противодействует сила реакции пола (сила, отталкивающая ногу робота от пола).Таким образом, две силы уравновешиваются, не оставляя момента (силы, заставляющей робота вращаться и падать). [25] Однако это не совсем то, как человек ходит, и разница очевидна для наблюдателей-людей, некоторые из которых отметили, что ASIMO ходит так, как будто ему нужен туалет. [26] [27] [28] Алгоритм ходьбы ASIMO не является статическим, и используется некоторая динамическая балансировка (см. Ниже). Однако для ходьбы требуется гладкая поверхность.
Прыжок: Несколько роботов, построенных в 1980-х Марком Райбертом в лаборатории ног Массачусетского технологического института, успешно продемонстрировали очень динамичную ходьбу.Изначально робот с одной ногой и очень маленькой ступней мог оставаться в вертикальном положении, просто подпрыгивая. Движение такое же, как у человека на пого-палке. Когда робот падает в сторону, он немного подпрыгивает в этом направлении, чтобы поймать себя. [29] Вскоре алгоритм был обобщен на два и четыре этапа. Был продемонстрирован двуногий робот, который бегает и даже выполняет сальто. [30] Было также продемонстрировано четвероногое животное, которое могло двигаться рысью, бегать, темп и скакать. [31] Полный список этих роботов см. На странице MIT Leg Lab Robots.
Динамическая балансировка: Более продвинутый способ передвижения робота — это использование алгоритма динамической балансировки, который потенциально более надежен, чем метод нулевой точки момента, поскольку он постоянно отслеживает движение робота и ставит ноги для основная стабильность. [32] Эту технику недавно продемонстрировал робот Dexter Robot компании Anybots [33], который настолько стабилен, что может даже прыгать. [34]
Пассивная динамика: Возможно, наиболее многообещающий подход использует пассивную динамику, в которой для большей эффективности используется импульс качающихся конечностей.Было показано, что полностью лишенные питания гуманоидные механизмы могут спускаться по пологому склону, используя только силу тяжести для движения. Используя эту технику, роботу нужно лишь немного двигать, чтобы идти по плоской поверхности, или немного больше, чтобы подняться на холм. Этот метод обещает сделать шагающих роботов как минимум в десять раз более эффективными, чем ходунки ZMP, такие как ASIMO. [35] [36]

Взаимодействие с людьми

Роботы

f должны эффективно работать в домах и других непромышленных средах, решающее значение будет иметь то, как они будут выполнять свою работу, и особенно то, как им будет приказано остановиться.Люди, которые с ними взаимодействуют, могут иметь мало или совсем не обучаться робототехнике, поэтому любой интерфейс должен быть чрезвычайно интуитивно понятным. Авторы научной фантастики также обычно предполагают, что роботы в конечном итоге будут общаться с людьми с помощью разговоров, жестов и мимики, а не через интерфейс командной строки. Хотя речь была бы наиболее естественным способом общения для человека, для робота это совершенно неестественно. Пройдет немало времени, прежде чем роботы будут взаимодействовать так же естественно, как вымышленный C3P0.

Распознавание речи: Интерпретация непрерывного потока звуков, исходящих от человека (распознавание речи), в реальном времени — сложная задача для компьютера, в основном из-за большой изменчивости речи. Одно и то же слово, произнесенное одним и тем же человеком, может звучать по-разному в зависимости от местной акустики, громкости, предыдущего слова, простужен ли говорящий или нет и т. Д. Это становится еще труднее, когда у говорящего другой акцент. [47] Тем не менее, в этой области были достигнуты большие успехи с тех пор, как Дэвис, Биддульф и Балашек разработали первую «систему голосового ввода», которая распознавала «десять цифр, произносимых одним пользователем со 100% точностью» в 1952 году.[48] ​​В настоящее время лучшие системы могут распознавать непрерывную естественную речь со скоростью до 160 слов в минуту с точностью 95%. [49]
Жесты: В будущем можно представить, как вы будете объяснять роботу-повару, как приготовить выпечку, или спрашивать дорогу у робота-полицейского. В обоих случаях жесты рук помогли бы вербальному описанию. В первом случае робот будет распознавать жесты, сделанные человеком, и, возможно, повторять их для подтверждения. Во втором случае робот-полицейский жестом указывал «по дороге, а затем повернуть направо».Вполне вероятно, что жесты станут частью взаимодействия между людьми и роботами. [50] Было разработано очень много систем для распознавания жестов человеческих рук [51].
Выражение лица: Выражение лица может обеспечить быструю обратную связь о ходе диалога между двумя людьми, и вскоре он может сделать то же самое для людей и роботов. Робот должен знать, как подойти к человеку, судя по его выражению лица и языку тела. Независимо от того, счастлив ли человек, напуган или выглядит сумасшедшим, зависит тип взаимодействия, ожидаемого от робота.Аналогичным образом, такой робот, как Kismet, может воспроизводить различные выражения лица, что позволяет ему вести значимый социальный обмен с людьми. [52]
Личность: Многие из роботов из научной фантастики обладают индивидуальностью, и это то, что может быть, а может и не быть желательным в коммерческих роботах будущего. [53] Тем не менее, исследователи пытаются создать роботов, которые кажутся индивидуальными [54] [55]: то есть они используют звуки, выражения лица и язык тела, чтобы попытаться передать внутреннее состояние, которое может быть радостью, грустью или страхом.Одним из коммерческих примеров является Плео, игрушечный робот-динозавр, который может проявлять несколько очевидных эмоций. [56]

Контроль

Для выполнения задач необходимо управлять механической структурой робота. Управление роботом включает три отдельных этапа — восприятие, обработку и действие (робототехнические парадигмы). Датчики предоставляют информацию об окружающей среде или самом роботе (например, положение его суставов или его конечный эффектор). Затем эта информация обрабатывается для расчета соответствующих сигналов исполнительным механизмам (двигателям), которые перемещают механическую конструкцию.

Этап обработки может варьироваться по сложности. На реактивном уровне он может преобразовывать необработанную информацию датчика непосредственно в команды исполнительного механизма. Объединение датчиков можно сначала использовать для оценки интересующих параметров (например, положения захвата робота) на основе зашумленных данных датчика. Из этих оценок следует немедленная задача (например, перемещение захвата в определенном направлении). Методы теории управления преобразуют задачу в команды, которые приводят в действие исполнительные механизмы.

При более длительных временных масштабах или при выполнении более сложных задач роботу может потребоваться построить и рассуждать с помощью «когнитивной» модели.Когнитивные модели пытаются представить робота, мир и то, как они взаимодействуют. Распознавание образов и компьютерное зрение можно использовать для отслеживания объектов. Картографические методы можно использовать для построения карт мира. Наконец, можно использовать планирование движения и другие методы искусственного интеллекта, чтобы понять, как действовать. Например, планировщик может выяснить, как выполнить задачу, не столкнувшись с препятствиями, не упав и т. Д.

Системы управления также могут иметь разные уровни автономии.Прямое взаимодействие используется для тактильных или телеуправляемых устройств, и человек почти полностью контролирует движение робота. В режимах помощи оператору оператор управляет задачами среднего и высокого уровня, а робот автоматически определяет, как их выполнять. Автономный робот может длительное время обходиться без вмешательства человека. Более высокий уровень автономии не обязательно требует более сложных когнитивных способностей. Например, роботы на сборочных заводах полностью автономны, но работают по фиксированной схеме.

Динамика и кинематика

Исследование движения можно разделить на кинематику и динамику. Под прямой кинематикой понимается расчет положения, ориентации, скорости и ускорения рабочего органа, когда известны соответствующие значения шарниров. Обратная кинематика относится к противоположному случаю, в котором требуемые значения шарниров рассчитываются для заданных значений рабочего органа, как это делается при планировании траектории. Некоторые особые аспекты кинематики включают обработку избыточности (различные возможности выполнения одного и того же движения), предотвращение столкновений и предотвращение сингулярностей.После того, как все соответствующие положения, скорости и ускорения были рассчитаны с использованием кинематики, методы из области динамики используются для изучения влияния сил на эти движения. Под прямой динамикой понимается расчет ускорений робота после того, как известны приложенные силы. Прямая динамика используется в компьютерном моделировании робота. Обратной динамикой называется расчет сил привода, необходимых для создания заданного ускорения конечного эффектора. Эта информация может быть использована для улучшения алгоритмов управления роботом.

В каждой области, упомянутой выше, исследователи стремятся разработать новые концепции и стратегии, улучшить существующие и улучшить взаимодействие между этими областями. Для этого необходимо разработать и внедрить критерии «оптимальной» производительности и способы оптимизации конструкции, структуры и управления роботами.

Образование

Робототехника как предмет бакалавриата довольно распространена. В США университеты, специализирующиеся на робототехнике, включают Университет Карнеги-Меллона, Массачусетский технологический институт и Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе.В Австралии есть степень бакалавра инженерных наук в Университете Дикина, Университете Флиндерса, Технологическом университете Суинберна и Университете Западного Сиднея. Другие предлагают ученые степени в области мехатроники. В Великобритании ученые степени по робототехнике предлагают ряд учреждений, включая Университет Эссекса, Университет Хериот-Ватт, Ливерпульский университет, Университет Рединга, Университет Шеффилда Халлама, Университет Стаффордшира, Университет Сассекса, Университет Роберта Гордона и Университет. Тунку Абдул Рахман.

Список литературы

1- Определение робототехники — онлайн-словарь Merriam-Webster.
2-Обзор отрасли: Робототехника от Monster Career Advice.
3- Азимов, Исаак (2003). Золото. Эос.
4- Дебора Левин Гера. Древнегреческие идеи о речи, языке и цивилизации.
5- BBC NEWS — Хронология Real Robots
6-Robotics: О выставке.
7- Piezo LEGS® — Технология. Пьезомотор.
8- Squiggle Motors: Обзор — SQUIGGLE микромоторная технология, запатентованный пьезоэлектрический мотор с небольшим размером, высокой силой и скоростью
9- Nishibori et al.(2003). «Рука робота с пальцами, использующая ультразвуковые двигатели вибрационного типа (рабочие характеристики)». Журнал робототехники и мехатроники.
10-Template: Робототехника Cite — очень интересная область работы. paper
11-Shadow Robo.t Компания: Air Muscles.
12- Электроактивные полимеры — EAP. Azom.com Материалы от А до Я. Re
13-Йосеф Бар-Коэн (2002). «Электроактивные полимеры: современные возможности и проблемы» (PDF). Материалы симпозиума SPIE по интеллектуальным конструкциям и материалам.
14- Грэм-Роу, Дункан (2008-03-08). «Роботы-армрестлеры избиты девочкой-подростком». Новый ученый.
15-Otake et al. (2001). «Формы гелевых роботов из электроактивного полимерного геля» (PDF).
16- Джон Д. Мэдден, 2007 г., Мобильные роботы: двигательные проблемы и решения с использованием материалов, Наука 16 ноября 2007 г .: Vol. 318. нет. 5853, pp. 1094-1097, DOI: 10.1126 / science.1146351
17- Что такое роботизированный конечный эффектор ?. ATI Industrial Automation (2007).
18- Crane, Carl D .; Джозеф Даффи (1998-03).Кинематический анализ роботов-манипуляторов. Издательство Кембриджского университета.
19- Оллкок, Эндрю (2006-09). Антропоморфная рука почти человеческая. Машины.
20- Технические характеристики Shadow Dextrous Hand
21 — G.J. Монкман, С. Гессе, Р. Штайнманн и Х. Шунк — Захваты для роботов — Wiley, Berlin 2007
22- Отчет о деятельности ROBONAUT. НАСА (2004-02).
23- Карнеги-Меллон. «Исследователи Карнеги-Меллона разработали новый тип мобильного робота, который балансирует и движется на шаре, а не на ногах или колесах».Пресс-релиз.
24-JPL Робототехника: Система: Коммерческие вездеходы
25-Достижение стабильной ходьбы. Honda в мире.
26- Веселая прогулка. Путер Гик (2004-12-28).
27-ASIMO’s Pimp Shuffle. Popular Science (9 января 2007 г.).
28-Vtec Forum: Пьяный робот? резьба
29-3D One-Leg Hopper (1983-1984). MIT Leg Laboratory
30-3D Biped (1989–1995). Лаборатория ног Массачусетского технологического института.
31 Четвероногий (1984-1987). Лаборатория ног Массачусетского технологического института.
32-Про роботов. Anybots.
33- Домашняя страница. Anybots.
34 — Декстер прыгает видео.YouTube (2007-03).
35-Коллинз, Стив; Wisse, Martijn; Руина, Энди; Тедрейк, Русс (2005-02-11). «Эффективные двуногие роботы на основе пассивно-динамических ходунков» (PDF). Science (307): 1082-1085.
36-Коллинз, Стив; Руина, Энди. «Двуногий шагающий робот с эффективной походкой, похожей на человеческую». Proc. Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации ..
37- Испытание пределов стр. 29. Boeing.
38- Миллер, Гэвин. Введение. snakerobots.com.
39- ACM-R5
40- Плавательный робот-змея (комментарий на японском языке)
41- Коммерческий шагающий четвероногий автомобиль «ТИТАН VII».Лаборатория робототехники Хиросе Фукусима.
42- Плен, робот, который скользит по вашему столу. SCI FI Tech (23 января 2007 г.).
43-Sfakiotakis, et al. (1999-04). «Обзор способов плавания рыб для водного передвижения» (PDF). IEEE Journal of Oceanic Engineering.
44- Ричард Мейсон. Какой рынок у рыб-роботов ?.
45- Роботизированная рыба на базе Gumstix PC и PIC. Группа робототехники, ориентированной на человека в Университете Эссекса.
46- Витун Джуварахавонг. Робот-рыба. Институт полевой робототехники.
47- Обзор современного состояния технологий человеческого языка: 1.2: Распознавание речи
48 — Фурнье, Рэндольф Скотт и Б. Джун. Шмидт. «Технология голосового ввода: стиль обучения и отношение к его использованию». Журнал Delta Pi Epsilon 37 (1995): 1_12.
49- История программного обеспечения для распознавания речи, голоса и транскрипции. Естественно говорящий дракон.
50- Waldherr, Romero & Thrun (2000). «Интерфейс на основе жестов для взаимодействия человека и робота» (PDF). Kluwer Academic Publishers.
51- Маркус Колер. Системы распознавания жестов рук на основе зрения.Дортмундский университет.
52 — Кисмет: робот в лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института взаимодействует с людьми. Сэм Огден.
53- (Парк и др. 2005) Синтетическая личность в роботах и ​​ее влияние на отношения между человеком и роботом
54-Национальное общественное радио: Робот-регистратор определяет направления и отношение
55- Новый ученый: хороший робот имеет индивидуальность, но не выглядит
56-Угобе: Представляем Плео

TechCrunch — Новости стартапов и технологий

С возвращением в Mixtape, подкаст TechCrunch, в котором рассматривается человеческий фактор, лежащий в основе технологий.Для этого эпизода мы поговорили с Мередит Уиттакер, соучредителем AI Now Institute и Mi

.

Twitter закрывает Periscope, видеоприложение, которое он приобрел несколько лет назад, когда Facebook Live пригрозил выйти из игры. Когда мы транслируем сеансы Gillmor Gang, мы отправляем их в Facebook, Twit

.

Добро пожаловать на TechCrunch Exchange, еженедельный информационный бюллетень о стартапах и рынках. В целом он основан на ежедневной колонке, которая появляется на Extra Crunch, но бесплатна и предназначена для выходных, читая

Это была неделя для Pinterest, и не в хорошем смысле.В то время как компания урегулировала иск о дискриминации по признаку пола, поданный ее бывшим операционным директором, огромная сумма урегулирования в размере 22,5 миллиона долларов составила

.

Я часто начинаю звонки основателям с вопроса, почему они готовы поставить свои средства к существованию на идею, которая, скорее всего, потерпит неудачу. Это небольшой прием, который позволяет мне увидеть, насколько уязвим основатель, и

Вчера Министерство торговли США включило DJI в список 77 новых записей в своем «списке организаций». Что именно это означает для будущего компании в Штатах, остается неясным, но это

С возвращением в This Week in Apps, еженедельную серию TechCrunch, в которой представлены последние новости о мобильных ОС, мобильных приложениях и экономике приложений в целом.Индустрия приложений сейчас популярна как никогда:

Apple поставила своего партнера по контрактному производству Wistron на испытательный срок и не предоставит тайваньской фирме новый бизнес до тех пор, пока она не примет «полные корректирующие меры» после упущений в i

.

Наверное, неудивительно, что, когда Founders Fund был еще совсем молодой венчурной фирмой, ее первым руководителем стал Джастин Фишнер-Вольфсон. Получив две степени Стэнфордского и

U.Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выдало разрешение на использование в чрезвычайных ситуациях (EUA) вакцины Moderna против COVID-19, как и ожидалось после независимой комиссии по поручению администратора

Остальной мир может замедлиться, пока мы готовимся к Рождеству и Новому году, но мы не останавливаемся на достигнутом.

Мы беседуем со старшим сенатором от Миннесоты о фитнес-трекерах, Sony продает Cyberpunk 2077 из PlayStation Store, а индийский стартап по доставке товаров Zomato поднимает масштабный раунд.Thi

Наушники! В любой год они станут отличным подарком, но они — еще лучший вариант, когда многие из нас застряли дома. Трудно думать (а тем более делать что-либо), когда фоновый трек o

Идея о том, что спутники и другие космические корабли могут дозаправляться, ремонтировать или даже добавлять новые возможности, находясь на орбите, в целом казалась «хорошей в теории», но, как лидеры из M

Прочитав обзор нового фитнес-трекера Amazon, сенатор от Миннесоты Эми Клобучар написала открытое письмо.«Недавние сообщения вызвали озабоченность по поводу доступа Halo к этим обширным ресурсам

человек.

Исторический иск Министерства юстиции к Google продвигается, хотя и очень, очень медленно. На слушаниях по статусу в пятницу окружной судья США Амит Мехта установил ориентировочную дату рассмотрения дела cas

.

Что дальше? Это вопрос, который мы задаем себе здесь, в TechCrunch, каждый день в течение последних 15 лет. Ответ чаще всего исходит от основателей на самой ранней стадии. Это

Несмотря на то, что в последнее время ведется много споров по поводу гиг-экономики, Джара Юстон утверждал, что пора переосмыслить большую часть рабочей силы — почасовую рабочую силу.Юстон, предыдущий

Сегодня Bloomberg сообщил, что популярный стартап Bumble, ориентированный на свидания, подал документы на IPO, хотя и в частном порядке. Новость о том, что Bumble проводит IPO, не является сюрпризом. Покрытие TechCrunch t

Мобильное приложение для путешествий Hopper сильно пострадало от пандемии COVID-19, поскольку потребители отменили свои поездки, а авиакомпании отказались от рейсов. Но сложности с получением кредита авиакомпании и возвратом

Загрузи больше

7 лучших комплектов роботизированной руки до 100 долларов

В 80-е годы появился Арматрон.Все началось с игрушечной руки-робота, предложенной Tandy electronics. Сегодня это совершенно новый мир.

Вы можете управлять наборами роботизированных манипуляторов с помощью Arduino, программировать их через USB или даже с помощью гидравлического пульта дистанционного управления.Хотя многие комплекты роботизированных рук дороги, вам не нужно тратить целое состояние, чтобы повеселиться.

Следующие наборы роботов-манипуляторов обойдутся вам менее чем в 100 долларов (по крайней мере, на Amazon).

Лучший робот-манипулятор Arduino

Arduino, вероятно, является самым популярным программируемым контроллером, используемым производителями по всему миру.Робототехника также является одним из самых популярных проектов для энтузиастов Arduino. Таким образом, очевидно, что комплекты роботизированных манипуляторов, управляемые Arduino, также будут популярны.

4 лучших стартовых набора для начинающих Arduino

Существует множество отличных проектов Arduino для начинающих, которые вы можете использовать для начала, но для начала вам понадобится Arduino и некоторые компоненты.Вот наш выбор из 4 лучших стартовых наборов для любого начинающего энтузиаста Arduino.

1. Комплект роботизированной руки SunFounder DIY

Вы обнаружите, что большинство продуктов SunFounder для робототехники хорошо оценены на Amazon.4-осевой роботизированный манипулятор SunFounder DIY не является исключением.

Если вы хотите научиться управлять роботом с помощью Android, эта роботизированная рука просто необходима.Работает с открытым исходным кодом MCU Arduino UNO.

Вы можете использовать четыре потенциометра на панели управления для управления всеми четырьмя осями.Или вы можете стать немного более продвинутым и отправлять команды на руку с вашего Arduino. Это делается через USB-кабель и последовательный порт Arduino.

Это «умный» робот в том смысле, что вы можете «научить» его выполнять серию до 100 движений за один раз.После программирования рука будет повторять эти движения сколько угодно раз.

• Ось : четыре
• Элементы управления : Панель управления (потенциометры), Arduino или через ПК (с LabVIEW)
• Axis Control : отдельные сервоприводы
• Power : две батареи 18650 (не входят в комплект)
• Ценовой диапазон : Менее 100 долларов

2.ArmUno 2.0 MeArm

АрмУно 2.0 Комплект роботизированной руки MeArm совместим с Arduino или Raspberry Pi и даже включает в себя бесплатное загружаемое программное обеспечение, которое вы можете сразу начать использовать.

Это четырехосный рычаг с четырьмя управляющими сервоприводами.Вы также можете использовать Windows-совместимое программное обеспечение для управления роботом и обучения его движениям. Рекламируется, что он поставляется с деталями, вырезанными лазером, но некоторые обозреватели отметили, что он кажется немного хлипким. Тем не менее, цена очень конкурентоспособна, учитывая, что в него входит все необходимое программное обеспечение.

Перед заказом убедитесь, что у вас есть Arduino или Raspberry Pi, потому что он вам нужен для работы робота! Соберите его в кратчайшие сроки с помощью отвертки.Перед покупкой ознакомьтесь со схемами подключения и исходным кодом на веб-сайте Microbotlabs, чтобы знать, что у вас есть все необходимое.

• Ось : четыре
• Controls : управление через Arduino или Raspberry Pi, включая программное обеспечение для управления на базе Windows
• Axis Control : отдельные сервоприводы
• Power : четыре батарейки AA для питания Arduino (не входят в комплект)
• Ценовой диапазон : Менее 50 долларов

Лучший гидравлический робот-манипулятор

Если вы действительно хотите попробовать что-то другое, подумайте о создании гидравлического робота-манипулятора.Эти комплекты идеально подходят для изучения элементов управления гидравликой, и дети их легко собрать.

3.Комплект кромки гидравлического робота-манипулятора OWI

Забудьте об аккумуляторах и сервоприводах.Этот гидравлический роботизированный манипулятор OWI полностью работает от воды. У него также больше осей движения, чем у большинства других в этом ценовом диапазоне.

Вы можете управлять шестью осями движения.Это включает запястье в двух направлениях, базовое вращение, движение плеч и вертикальный / горизонтальный досягаемость. Он включает в себя рычажную систему управления для управления гидравликой на каждой оси.

Эта рука состоит из 229 деталей, поэтому рекомендуется для детей от 12 лет и старше.Это очень простой, но эффективный способ научить детей (и взрослых!) Силе гидравлики, сопровождаемый простыми инструкциями.

• Ось : пять
• Органы управления : пять рычагов, по одному для каждой оси
• Axis Control : отдельный гидроцилиндр
• Мощность : Вода
• Ценовой диапазон : Менее 100 долларов

Лучший программируемый робот-манипулятор

Хотите вывести свои навыки робототехники на новый уровень? Попробуйте собрать и запрограммировать комплект роботизированного манипулятора со встроенным микроконтроллером.Приведенные ниже комплекты готовы к программированию.

4.Автомобильный комплект робота LewanSoul Arbit

Большинство комплектов программируемых рычагов, которые имеют столько же датчиков и функций, как этот, обычно стоят более 100 долларов.Однако, поскольку он полностью сделан из дерева, это значительно снижает стоимость.

Если вы все равно больше заинтересованы в изучении электроники и робототехники, то автомобильный комплект для роботов LewanSoul Arbit Robot станет отличным компромиссом.

Этот робот-манипулятор поставляется с контроллером Micro: bit, который можно программировать с помощью веб-графического компилятора JavaScript.Он поставляется с модулем Bluetooth, светодиодной матрицей, акселерометром, электронным компасом и даже термометром! Он поддерживает Bluetooth, поэтому вы можете управлять автомобильным роботом-манипулятором с помощью устройства Android или iOS.

• Ось : три
• Органы управления : пять рычагов, по одному для каждой оси
• Axis Control : Программирование микробитового контроллера
• Мощность : Два 3.Литиевые батареи 7В
• Ценовой диапазон : Менее 100 долларов

5. OWI-535 Роботизированный манипулятор Edge

OWI хорошо известна тем, что производит такие высококачественные и прочные роботизированные комплекты.

Этот пятиосевой роботизированный манипулятор OWI, состоящий из 187 деталей, включает захват и манжету для движения запястья на 120 градусов.Вы также можете запрограммировать диапазон изгиба 300 градусов, базовое вращение и базовое движение на 180 градусов. Он даже включает в себя прожектор на захвате (для всех тех предметов, которые вам нужно поднимать в темноте).

В комплект руки входит проводной пульт дистанционного управления для управления манипулятором робота.

Примечание : Чтобы запрограммировать устройство на выполнение серии автоматических движений, приобретите интерфейс USB и программное обеспечение.Это увеличивает цену, но все равно остается ниже 100 долларов.

• Ось : пять
• Controls : проводной пульт дистанционного управления, программируемый с помощью надстройки интерфейса USB
• Axis Control : отдельные сервоприводы
• Power : четыре батареи типа D
• Ценовой диапазон : Менее 100 долларов

Лучший детский робот-манипулятор

Используйте эти наборы роботизированных рук, чтобы познакомить детей с робототехникой!

6.Моторизованная роботизированная рука HEXBUG VEX

Роботизированная рука HEXBUG VEX предназначена в основном для того, чтобы дети увлеклись созданием робототехники.Он обеспечивает конструкцию в стиле LEGO. Но он предлагает диапазон движения по четырем осям только с одной скоростью.

Он поставляется с проводным пультом дистанционного управления с четырьмя переключателями для управления всеми четырьмя сервоприводами.Обратите внимание, что некоторые обозреватели отметили, что устройство изготовлено из пластика, сервоприводы которого достаточно прочны, чтобы их можно было гнуть.

Поскольку созданный роботизированный манипулятор также может быть выполнен в двух других конфигурациях, измельчитель и скорпион.Это все равно что собрать три комплекта в одном! Для молодого «творца» в вашей семье это идеальная отправная точка.

• Ось : четыре
• Controls : проводной пульт
• Axis Control : отдельные сервоприводы
• Power : три батареи C / LR (не входят в комплект)
• Ценовой диапазон : Менее 100 долларов

7.UBTECH: Комплект Jimu Builderbots

Как и комплект Hexbug, этот комплект роботизированной руки UBTECH Builderbots предназначен для обучения детей робототехнике и программированию.

Это роботизированный комплект из 357 деталей, который включает инфракрасный датчик, светодиод и четыре серводвигателя.Вы можете управлять роботом, запрограммировав его с помощью проприетарного кода «Blockly» для перетаскивания через приложение для роботов JIMU для iOS или Android.

• Ось : четыре
• Controls : Программируется через мобильное устройство
• Axis Control : отдельные сервоприводы
• Power : одиночный литий-ионный аккумулятор (в комплекте)
• Ценовой диапазон : Менее 100 долларов

Комплекты роботизированной руки — это только начало

Если вы новичок в робототехнике и хотите увлекательный проект, который научит вас основам, все эти комплекты манипуляторов идеально подходят.Для взрослых наборы, совместимые с Arduino, также позволят вам погрузиться в мир программирования микроконтроллеров.

Пока вы это делаете, загрузите наше руководство для начинающих по Arduino, и как только вы будете готовы, вы сможете купить комплект роботизированной руки и действительно отправиться с ним в город.

Робототехника будущего | Роботы будущего | Связи роботов

Роботы как жизнь

Роботизированный инженеры проектируют следующее поколение роботов, чтобы они выглядели, чувствовали и действовать более человечно, чтобы нам было легче согреться до холода машина.

Реалистичные волосы и кожа со встроенными датчиками позволят роботы естественным образом реагируют на окружающую среду. Например, робот который чувствует ваше прикосновение к плечу и поворачивается, чтобы поприветствовать вас.

Незаметные действия роботов, которые обычно остаются незамеченными людьми, помогают оживить их, а также могут передавать невербальные общение.

Искусственные глаза, которые двигаются и мигают. Незначительные движения груди, которые имитировать дыхание.Человек заставил мускулы изменить выражение лица. Эти все они должны иметь атрибуты для социально приемлемых роботов будущее.

Мозг, стоящий за красотой, станет ключом к превращению реалистично выглядящей машины в робота, похожего на жизнь. ИИ играет ключевую роль в успешное взаимодействие человека и робота.

Ссылки

HRP-4C Поющий робот (видео)

HRP-4C, АИСТ, крупный план (видео)

Живой шагающий робот-женщина (видео)

Kokoro Actroid DER2

Joey Chaos видео

Жюля

Ева робот-женщина

Девушка-робот поет

Проект Айко

Hanson Robotics

Домашние животные-роботы

Домашними животными будущего могут стать роботы с искусственным интеллектом.

Домашние животные-роботы

Соревнования роботов

Конечная цель проекта RoboCup — создать команду полностью автономных гуманоидных роботов, которые смогут победить мир людей. чемпионская команда по футболу к 2050 году.

Конкурс FIRST Robotics Competition предлагает командам молодых людей и их наставников решить общую проблему в течение шести недель. используя стандартный «комплект деталей» и общий свод правил.Команды собирают роботов из деталей и выставляют их на соревнования.

Веб-сайт RoboCup

ПЕРВОЕ Соревнование по робототехнике

Роботизированные насекомые

Насекомые придумали много интересных решений проблем, с которыми придется столкнуться роботам будущего. иметь дело с подобным сотрудничеством, специализированным движением и адаптацией к меняющимся условиям.Инженеры-робототехники используют примеры, встречающиеся в природе в их проекты.

Роботы-насекомые

Экзоскелеты

Носимые бионические костюмы разрабатываются для военных, чтобы позволить солдатам переносить более тяжелые грузы и экономить энергию.

Экзоскелеты также используются для оказания помощи спасателям в перемещении тяжелых предметов и бионики для пациентов с двигательными нарушениями.

Экзоскелеты

.

Лучшие средства для удаления царапин на кузове и пластике автомобиля

0. Содержание статьи:
1. 🔶 1. Виды царапин удаляемые автохимии
2. 🔶 2. Лучшие средства для удаления царапин:
3. 🔶 2.1 Abro
4. 🔶 2.2 Meguiars Scratch X
5. 🔶 2.3 Renumax
6. 🔶 2.4 Fix it! PRO
7. 🔶 2.5 KratzerЕntferner Set SONAX 305941
8. 🔶 2.6 Hi-Gear Products
9. 🔶 2.7 Turtle Wax
10. 🔶 2.8 DoctorWax DW8275
11. 🔶 2.9 Avtomark
12. 🔶 2.10 «Эверест»
13. 🔶 2.11 Nanox NX8303
14. 🔶 2.12 Turtle Wax Safe Cut FG 4994
15. 🔶 3. Подбираем автохимию для разного вида царапин на кузове авто
16. 🔶 4. Как убрать царапины на пластике и какие средства применять
17. 🔶 5. Убираем царапины на кузове при помощи подручных средств
18. 🔶 5.1 Выводы и итоговый рейтинг

Ежедневная эксплуатация автомобиля, так или иначе, приводит к появлению дефектов. Не всегда причины их появления зависят от водителя. В большинстве случаев к их возникновению приводит внешнее воздействие – пыль, песок, камни, грязь, некачественная помывка.

Появления следов от различных механических воздействий избежать очень трудно, поэтому важно знать, как их устранить. Рассмотрим, как можно с ними бороться при помощи разных патентованных средств (антицарапин, автокарандаш и прочие).

Какие царапины можно удалить с помощью автохимии

Перед тем, как выбрать способ удаления, важно понять характер воздействия, глубину повреждения, которые доходят по глубине до следующих слоев покраски:

1. Лаковый.
2. Эмалевый.
3. Грунтовый.
4. Фосфатный.
5. Металлический.

Дефекты наглядно:

Повреждения первого слоя можно устранить с помощью легкой полировки или маскировочного карандаша от царапин. Последний также подойдет для устранения повреждений с эмалевого покрытия. На пластике, в том числе в салоне так же появляются механические дефекты и царапки, но они, как правило, неглубокие и избавлять от них проще, чем на ЛПК.

Лучшие средства для удаления глубоких мелких царапин с кузова автомобиля по мнению экспертов

После выявления глубины повреждения, определения слоя, в котором произошел дефект, приступают к выбору способа восстановления дефектной поверхности. Рассмотрим наиболее эффективные, которые имеют лучшие отзывы пользователей.

Abro «Удалитель царапин», США

Удалитель премиум-класса торговой марки выпускает американская фирма Scratch Remover. Cпособен убирать небольшие сколы с лакокрасочного покрытия. После нанесения оставляет яркий блеск, формирует силиконовую защитную пленку. Отлично восстанавливает серебряные, медные, хромированные покрытия.

В структуре присутствуют следующие компоненты: глицерин, восковая эмульсия, нефтяные дистилляты, кальцинированная глина.

Наносится вручную, затем полируется с использованием губки или мягкой тряпки. Перед нанесением необходимо встряхнуть. Расход – 240 мл хватает для 5-10 обработок.

Полироль Abro для заделки мелких сколов, царапин с кузова, устранит названые дефекты, защитит автомобиль от внешнего влияния при дальнейшей эксплуатации на некоторое время.

Стоимость — 300 ₽

Антицарапин Meguiars Scratch X

Scratch X 2.0 предназначен избавляться от механических воздействий с лакокрасочной поверхности, устранять следы ржавчины, солевые отложения, другие местные недостатки. Оставляет блеск, восстанавливает цвет краски.

Meguiars Scratch X имеет водную основу, обладает улучшенной формулой.

Принцип использования:

Наносят аппликатором или махровой тканью. Не следует применять на виниловых, резиновых покрытиях.

Meguiars Scratch X не просто замаскировывает, а полностью устраняет их с машины, восстанавливает лакокрасочный слой.

Стоимость — 1500 ₽

Renumax, Франция

Renumax – французская разработка, направленная на удаление и устранение недостатков, углублений, «вмятинок». Renumax способен сливаться с поверхностью, заполняя все пустоты, поэтому трудно заметить, куда именно был нанесен гель.

В структуре содержится множество наночастиц, чем и обусловлен положительный эффект геля Renumax.

 

О средстве RENUMAX на автопортале DRIVE2:

 

К флакону Renumax уже прикреплена губка, с помощью которой его мажут прямо на лакокрасочный слой. Эффект от Renumax заметен уже после первого применения.

Стоимость — 790 ₽

Читать полный обзор и отзывы на Renumax:

 

 

Автокарандаш Fix it! PRO, США

Еще одна американская разработка – карандаш для затирки Fix it! PRO. В маркере находится особый лак бесцветного оттенка. При нанесении под действием прямых солнечных лучей он превращается в твердую субстанцию. Повреждённый участок исчезает, покрытие машины выравнивается.

Fix it! PRO состоит из ультрафиолетовых отвердителей, за счет которых достигается положительный эффект.

Используют только при температуре выше 10 0C. В нем имеется стержень-аппликатор, при помощи которого наносят Fix it! PRO.

Fix it! PRO отлично зарекомендовал себя на авторынке, поэтому высоко ценится потребителями.

Стоимость — 600-800 ₽

KratzerЕntferner Set SONAX 305941, Германия

Комплект, состоящий из двух тюбиков. Удаляет повреждения, глубина которых не достигает грунтового или базового. Применим ко всем цветным, металлическим покрытиям.

KratzerЕntferner Set SONAX 305941 имеет сложную двухкомпонентную формулу. В одном комплекте содержится два тюбика объемом по 25 мл, приспособление для шлифовки.

Принцип использования не отличается от остальных. KratzerЕntferner Set SONAX 305941 мажут на губку или мягкую тряпку, затем полируют машину.

Несмотря на оригинальный состав и зарекомендовавшую себя страну-производителя, потребители сомневаются в качестве товара.

Стоимость — 800-1300 ₽

Полироль для авто от царапин Hi-Gear Products, США

Заявленный производитель США Hi-Gear Products представил полироль-очиститель «Реставратор». Используется с целью простой очистки авто, хромированных покрытий, удаления неглубоких недостатков. После покраски отдельных деталей, маскирует образовавшуюся неравномерность в месте цветового перехода.

Hi-Gear Products не содержит силиконов, восков. Основными действующими компонентами являются химические, абразивные вещества.

Наносят мягкой тканью, затем полируют. Температура, при которой стоит использовать жидкость, должна составлять 15-25 0С. Не используют под воздействием прямых солнечных лучей.

Hi-Gear Products ценится автомобилистами, поскольку отлично восстанавливает цвет верхнего слоя машины, возвращает первоначальный блеск, оказывает защитный эффект.

Стоимость — 300-350 ₽

Turtle Wax, «Антицарапин», Англия

Turtle Wax устраняет потускнения, загрязнения, удаляет небольшие потертости с лакокрасочного слоя. Паста используется для ручной или автоматической полировки.

В структуре Turtle Wax содержатся: эмульгатор, продукты нефтепереработки, минеральный абразив, вода. Отсутствуют силиконы.

Перед нанесением скол подкрашивают восковым карандашом. Место замазывают пастой при помощи мягкой влажной тканевой салфетки. Полируют автомобиль только после ее подсыхания.

Несмотря на эффективное воздействие, минус пасты в том, что ее используют только в комбинации с другими.

Стоимость — 200 ₽

DoctorWax DW8275, США

Американский бренд, зарекомендовавший себя, полироль марки DoctorWax. Удаляет различные въевшиеся загрязнения, даже ржавчину, очищает окислившиеся элементы, сглаживает микротрещины, удаляет неглубокие риски. В структуре полироли присутствуют абразивные компоненты.

Используют на чистой поверхности. Мажут специальным аппликатором или мягкой тканью для полировки.

Восстанавливает, придает блеск, формирует защитную пленку, тем самым, на некоторое время защищая авто от воздействия мелкой грязи.

Стоимость — 400-500 ₽

Avtomark, Россия

Ремонтная автоэмаль фирмы Avtomark представлена в различных оттенках, поэтому ее легко подобрать для любого цвета авто. Имеет форму фломастера, два съемных наконечника – в виде маркера и кисти. Подходит для удаления повреждений со всех слоев, вплоть до грунтового.

В структуру Avtomark входят:

Автоэмаль (лак), органические растворители.

Наносится двумя способами – маркером или кистью. Маркер предназначен для царапин и сколов, кисть для более широких. Полное высыхание – 1 час. Сушка между нанесениями – 15 минут, поэтому результат придется немного подождать.

Автоэмаль Avtomark быстро устраняет потертости, однако, следы заделки остаются слегка видимыми.

Стоимость — 150 ₽

«Эверест», восковой карандаш, Россия

Восковой карандаш «Эверест» способен заделать глубокие, неглубокие трещинки, сколы, риски. Отличительная особенность российских производителей в том, что инструменты маскировки подбираются под цвет машины. «Эверест» эффективно обновляет, восстанавливает, защищает покрытие от дальнейшего разрушения.

В структуре содержится полимерный воск, каолин, минеральное масло, краситель. В комплекте идут влажная ткань для очистки, шпатель.

Применение: наносят на помытое, очищенное место при помощи влажной ткани из комплекта. «Эверест» прокладывают перпендикулярно поврежденному участку до полного его заполнения.

Эффект от применения «Эверест» действенный, но не долговечный, потому что через некоторое время недостатки вновь становятся видимыми.

Стоимость — 150 ₽

Nanox NX8303, США

Полироль Nanox NX8303 предназначен для затирки, устранения небольших дефектов. Восстанавливает цвет, возвращает блеск, прозрачность лаковой поверхности, удаляет различные следы – ржавчину, окисления, гудрон, солевые образования.

Состав Nanox NX8303:

Дистилляты нефти, глицерин, белая глина, керосин, функционирующие добавки (нано-частицы).

Используется на чистой, сухой поверхности. Наносится непосредственно на авто, распределяется специальной тканью с микрофиброй.

Nanox NX8303 отлично подходит для всех лакированных типов кузова, применяется на хромированных, алюминиевых покрытиях.

Ориентировочная цена – 300-350 ₽

Turtle Wax Safe Cut FG 4994, Англия

Turtle Wax Safe Cut FG 4994 очищает поверхность, возвращает насыщенный цвет, блеск, мелкие сколы, устраняет въевшуюся грязь, очищает окислившиеся элементы.

Специальный состав представлен новаторской полимерной композицией, не содержит силиконов.

Применение: наносят на очищенную, сухую поверхность мягкой тканью и оставляют подсыхать до образования легкого налета, затем полируют сухой, чистой тканью. Не используют при температуре ниже 5 0C.

Turtle Wax Safe Cut FG 4994 эффективен, прост в нанесении.

Ориентировочная цена – 300 ₽

Как скрыть царапины с помощью средства для затирки и маскировки царапин

Скрыть недостатки с кузова авто можно при помощи применения различных специальных средств для их удаления. Краткий обзор представлен в таблице.

Виды	Наименование (торговая марка, фирма)
Восковой карандаш/маркер	Fix it! PRO, «Эверест», CarPlan T-cut, Soft99 Kizu Pen, Астрохим, Renumax
Полироль для авто от царапин	Bravo, Abro Scratch Remover, Meguiars Scratch X, Renumax, KratzerЕntferner Set SONAX 305941, Hi-Gear Products, DoctorWax DW8275
Паста/шпатлевка/гель	Nanox NX8303, Turtle Wax Safe Cut FG 4994, A242 однокомпонентная акриловая шпатлевка, Renumax
Автоэмаль/краска	Avtomark, Колор1, ремкомплект CHEVROLET

 

О средстве RENUMAX на автопортале DRIVE2:

 

Подходят вышеуказанные методы для закраски неглубоких сколов, микротрещин, удаления въевшегося грязевого налета типа ржавчины, гудрона. Часто применяются для устранения механических воздействий с верхних слоев – лакового, эмалевого.

Самыми эффективными из всех вышеописанных способов удаления царапин без покраски являются пасты, поскольку способны не только замаскировать, но и восстановить поврежденный участок.

Средства от царапин на пластике автомобиля для салона и бампера

• На приборной панели, на пластике в салоне, на бампере так же часто образуются повреждения, иногда даже в виде целого «паутинного сплетения». Удалить их можно тоже при помощи паст, полиролей и т.д. Поскольку в салоне недостатки, как правило, мелкие, то наиболее часто автомобилисты применяют различные полироли.
• Полировка способна замаскировать, убрать неровности, восстановить цвет, придать блеск. Салон после ухода становится как новый. В этом случае хорошо подходит полировка BRAVO или аналогичная.
• Так же рекомендуется пользоваться средствами для ухода, они придадут поверхности дополнительный эффект новизны и укрепят верхние слои от воздействия внешних факторов.

Рекомендуемая продукция:

LIQUI MOLY, Fill Inn, BRAVO.

При более глубоких повреждениях помимо полироли используют пасты или восковые карандаши. Наиболее эффективным способом восстановить элемент является использование абразивной пасты.

Она заполняет пустоты, восстанавливая участок. Полироль, которую стоит обязательно использовать в финишной обработке салона, отлично замаскирует следы от пасты.

Как убрать царапины на кузове машины подручными средствами

Механические проявления на автомобиле могут появляться ежедневно, хоть иногда они и незаметны. Обычно на это большинство водителей не обращают внимания. Однако, более глубокий дефект приводит в огорчение и собственник машины пытается любыми способами его устранить.

Наиболее эффективно с этим помогут справиться способы, о которых рассказывалось выше, но бывают ситуации, когда потертый участок требуется срочно замаскировать, а специально наносимых средств поблизости нет.

Избавиться помогут подручные способы:

1. Лаком для ногтей рук – ненадолго он замаскирует и придаст ухоженный вид;
2. Фломастер или маркер – тоже замаскируют дефект, но лишь на некоторое время.
3. Полироль для мебели в некоторых случаях тоже можно использовать для удаления различных следов с кузова или с пластика. Однако перед применением необходимо внимательно почитать инструкцию, чтобы не испортить деталь.

Таким образом, неглубокие повреждения, а также мелкий дефект с автомобиля можно устранить собственными силами и больше не думать о царапинах на кузове.

Итоговый рейтинг:

В итоговом рейтинге представлены и другие производители, которые протестированы, но не представленные в общем обзоре.

Номинация	Наименование
По сумме двух показателей: удаление царапин и блеск	1 — Meguiar’s, Liqui Moly 2 — Turtle wax (полировальное молочко), Blue Coral, Turtle wax (антицарапин) 3 — DoctorWax (полироль для удаления царапин)
По удалению крупных царапин	1 — GS27, Turtle wax (rubbing compound), SCT 2 — Meguiar’s, Liqui Moly, Turtle wax (антицарапин) 3 — Blue Coral, Turtle wax (полировальное молочко), DoctorWax (полироль для удаления царапин)
По приданию блеска	1 — Meguiar’s 2 — Blue Coral, Turtle wax (полировальное молочко) 3 — DoctorWax (полироль для удаления царапин), Liqui Moly, GS27, Turtle wax (антицарапин-реставратор), Turtle wax (антицарапин)

Заключение

Автор статьи выражает благодарность всем читателям, и особенно тем кто полностью прочитал материал. Надеемся, что данный обзор автохимии был полезен для Вас. Удачных приобретений и поменьше царапин!

 

 

Автор материала:

 

Лучшее на сайте:

zamena-podshipnikov.ru

Как убрать царапины на кузове автомобиля без покраски самостоятельно

Как бы аккуратно водитель не управлял автомобилем, со временем на кузове будут появляться царапины. Избежать этого невозможно, поскольку чаще всего инициируют появление повреждений лакокрасочного покрытия факторы, которые не зависят от навыка управления машиной водителя. Ветки деревьев и кустарников, высокая трава, отлетающие при движении на высокой скорости камни и песок, а также многие другие причины приведу к повреждению кузова автомобиля.

Чтобы удалить царапины с лакокрасочного покрытия кузова автомобиля, необходимо сначала помыть кузов и определить степень повреждения. В зависимости от глубины царапины, нужно выбрать способ восстановления поверхности. Сколы и царапины средней глубины, не доходящие до металла, можно удалить без покраски.

Как удалить неглубокие царапины с кузова автомобиля

Неглубокие царапины возникают на каждом автомобиле с течением времени. Чаще всего им подвержены нижние половины дверей и другие части кузова, расположенные ниже капота. Их появление связано с тем, что при движении по трассе или другой дороге на высокой скорости из-под колес окружающий автомобилей вылетает песок, мелкие камушки, стеклышки и другой мусор, который отскакивает в лакокрасочное покрытие машины. Избежать таких повреждений невозможно, но и удалить их можно достаточно просто без обращения в сервисный центр.

Избавиться от неглубоких царапин автомобиля позволит полировка. В зависимости от площади повреждения кузова и глубины образовавшихся царапин, нужно выбрать вариант ручной или автоматической полировки.

Чтобы удалить царапины вручную, необходимо обзавестись мягкой тканью без ворса. На нее наносится полироль, который можно купить в любом специализированном автомобильном магазине. Далее нужно действовать по инструкции, указанной на флакончике со средством для полирования поверхности. Процесс довольно простой, но требующий времени.

Если кузов усыпан неглубокими царапинами, лучше выбрать автоматический вариант полировки. Для работы потребуется обзавестись полировальной машинкой и ознакомиться с подробной инструкцией по самостоятельной полировке кузова автомобиля. В данном случае речь идет об абразивной полировке, которая позволяет устранить повреждения лакокрасочного покрытия.

Устранение царапин и сколов с кузова автомобиля локально

Заниматься полировкой автомобиля имеет смысл, если машина покрылась неглубокими царапинами, которые портят внешний вид кузова. Однако иногда необходимо устранить одну неглубокую царапину или небольшой скол, которые были нанесены, например, веткой дерева при парковке. В таком случае полировать всю машину нецелесообразно, и имеет смысл воспользоваться одним из следующих способов:

1. Использовать восковый карандаш. В автомобильных магазинах можно найти восковые карандаши для устранения царапин. Они выпускаются различными фирмами, но их принцип действия одинаковый. При помощи воска скол или царапина закрашиваются, а лишний воск устраняется при помощи салфетки из микрофибры. Перед началом работ обязательно нужно обезжирить место, куда будет наноситься средство.Обратите внимание: Широко разрекламирован карандаш Fix it Pro, который, по утверждению производителей, способен спасти кузов автомобиля даже от самых глубоких царапин. На самом деле такой карандаш по эффективности не отличается от других восковых инструментов для устранения царапин, но его стоимость в несколько раз выше.
2. Использовать гелевый корректор. В автомобильных магазинах можно приобрести гелевые корректоры различных цветов. Нужно подобрать максимально подходящий к оттенку кузова вариант средства. Принцип действия таких корректоров весьма простой – они наполнены акриловой краской, которая заполняет собой царапины и засыхает. Корректоры могут быть выполнены в виде фломастера или тюбика.
3. Воспользоваться набором корректирующих средств. Царапины средней глубины рекомендуется удалять при помощи специальных наборов, которые можно найти в продаже. Они включают в себя флакон с полимером, обезжириватель, автолак и салфетки. Наносить лакирующее средство нужно предельно аккуратно, не выступая за границы царапины.Важно: Использовать набор корректирующих средств следует только в том случае, если используемая для кузова краска не содержит пигмента металлик.

Удаление глубоких царапин с кузова автомобиля

Если лакокрасочное покрытие автомобиля получило серьезное повреждение, вернуть кузову первозданный вид позволит только покраска. Если вовремя не принять меры, на месте «травмы» со временем начнет проявляться ржавчина, что опасно для кузова.

Покраска кузова – это непростой процесс, который требует внимания к деталям. Для работ потребуется наждачная бумага, полироль, грунтовка и краска идентичного цвета. Процесс покраски автомобиля состоит из следующих этапов:

1. Зачистка поврежденной поверхности от грязи, остатков краски и ржавчины. Для этого используется наждачная бумага с зернистостью P1500 или P2000. Затирать необходимо поверхность чуть большую, чем реальное повреждение, чтобы устранить коррозию полностью, если она уже начала распространяться;
2. Если на месте повреждения имеется вмятина, потребуется использовать автомобильную шпатлевку для выравнивания поверхности. Когда шпатлевка будет нанесена и высушена, ее необходимо зашкурить при помощи наждачной бумаги, чтобы поверхность получилась идеально ровная;
3. Независимо от того наносилась шпатлевка или нет, следующим этапом работы является грунтовка поврежденной поверхности. Для ее нанесения целесообразно использовать баллончик или кисточку. Когда грунтовка засохнет, ее также потребуется отшлифовать при помощи наждачной бумаги и воды;
4. Далее поверхность обезжиривается специальным средством или уайт-спиритом;
5. Заключительным этапом является непосредственно нанесение краски и лака.

Важно при покраске обратить внимание на тон наносимой краски. Не всегда реальный оттенок автомобиля совпадает с тем, который записан в паспорте машины. При «старении» под воздействием климатических условий кузов немного меняет свой цвет, и максимально точно подобрать текущий оттенок кузова автомобиля позволяет компьютерная диагностика.

Загрузка…

okeydrive.ru

Средства для удаления царапин на кузове автомобиле своими руками

Эксплуатация автомобиля ведет не только к конструктивному износу его составных частей, но и к появлению царапин на металлическом покрытии. Для того, чтобы привести авто в первоначальный вид сейчас рынок предлагает массу современных действенных средств для удаления царапин на автомобиле.

Виды царапин и оценка повреждений

Перед тем, как осуществлять выбор средства для удаления царапины на автомобиле, следует понять, до какого слоя проникло повреждение машины: лаковый, эмалевый, грунтовой, фосфатный слой или металл.

При повреждении лака можно обойтись легкой полировкой, снимающей слой в несколько (до пяти) микрон. Для мелких повреждений, которые затронули лак и эмалевое покрытие, можно подобрать специальный маскировочный карандаш, который скроет царапину на 90-100 %. Что касается глубоких царапин, они нуждаются в более серьезном подходе. Повреждения, дошедшие до металлической поверхности, нужно удалить как можно быстрее, не дожидаясь, пока поврежденная деталь заржавеет.

Чтобы самостоятельно определить глубину повреждения, возьмите чистую тряпку и воду. Намочите место кузова с царапиной и потрите его тряпкой. Обратите внимание на то, как изменился цвет царапины. Если на некоторое время она приняла тон краски, значит, поврежден лишь верхний слой лака.

Виды средств для автомобиля

Среди эффективных средств для удаления царапин выделяют:

Устранить дефект с помощью специального карандаша без покраски можно самому, если его глубина небольшая и краска задета не слишком сильно. Подходят для поверхности любого цвета.

Представляет собой что-то вроде замазки или крема, наносимых на поверхность с помощью кисточки.

Производится с помощью восковой либо абразивной полироли. Конкретный метод выбирается в зависимости от степени поврежденности и толщины лакокрасочного покрытия автомобиля.

• Грунтовка и покраска.

Если повреждена грунтовка и при этом полностью нарушено лакокрасочное покрытие, заделать царапину придется в несколько этапов. Сначала потребуется удалить ржавчину, если она уже появилась. На втором этапе накладывают грунтовочную смесь, на последнем — окрашивают и лакируют ремонтируемое место кузова автомашины.

Особенности использования разных типов карандашей

Несмотря на похожую функцию, есть несколько разных типов карандашей, помогающих бороться с царапинами кузова. Самый простой — средство от царапин для косметического восстановления лака. Такие карандаши выглядят, как обычные маркеры с острым концом, но заполненные внутри жидкополимерным лаком. Пользоваться таким средством просто: чтобы избавиться от царапины, необходимо несколько раз провести им по повреждению.

Карандаш-маркер

Маркер Top Race или Fix it Pro содержит специальный полимерный гель. Для его использования нужно встряхнуть средство, снять колпачок и, нажимая, нанести на поврежденный участок, удалив излишки тряпичной или микрофибровой салфеткой.  После того, как гель высохнет, авто будет защищено от дальнейшего разрушения.

Примечательно, что такие средства, как Top Race, подходят для кузова любого цвета и не смывается водой по причине содержания воска.

Корректирующий гель

Если карандаш-маркер не уберет царапину, можно воспользоваться корректирующим гелем. Это средство продается во флакончике с кисточкой, которой удобно наносить средство на повреждение ЛКП. Вязкое вещество прекрасно заполняет достаточно глубокие царапины, которые не дошли до металлического слоя. Особенностью этого средства является время застывания. В отличие от карандаша засыхания геля, состоящего из смеси натуральных и химических восков, придется ждать дольше.

В продаже также можно найти наборы, которые могут маскировать небольшие царапины и неглубокие сколы лакокрасочного покрытия. При этом, чтобы убрать такое повреждение на авто американского производства, следует пользоваться американским средством, для российского автопрома выпускается аналогичная российская продукция. Следует помнить, что в каждом конкретном случае для удаления царапин помогают разные вещества, поэтому трудно сказать, какой карандаш лучший. Главное помнить: использование карандашей позволяет скрыть только неглубокие царапины.

Полироли, воск и наклейки

Чтобы легко и быстро избавиться от царапины стоит попробовать обработать поврежденное место средством, содержащим мелко- или крупноабразивные частицы. Такие средства обычно продаются в тюбиках и применяются как для дешевых, так и для дорогих автомобилей.

Применение воска и полиролей

Процесс реставрации следует делать так:

• Очистите и высушите место царапины, потертости или скола.
• Возьмите полироль с абразивом.
• Произведите нанесение геля для очищения и полировки кузова на слегка увлажненную тряпочку или кусок ваты.

Вату для обработки мелких царапин с кузова автомобиля можно взять из обычной автомобильной аптечки.

• Теперь необходимо тщательно растереть средство вдоль дефекта краски.
• Нанесите несколько слоев при необходимости и удалите остатки средства. После этого останется лишь затереть обработанное место тряпкой для достижения полирующего эффекта.

Полироли и воск могут продаваться в разных упаковках. Они имеют консистенцию спреев и паст, в состав которых включается некоторое количество воскосодержащих веществ, для придания непрерывного блеска поверхности авто, даже при наличии потертостей. Кроме этого, в указанные средства включают мелко-, средне- или крупнодисперсные частицы, называемые также абразивными, которые аккуратно счищают тонкий слой грязи и автомобильного лака с машины. Это нужно для того, чтобы лаковое покрытие частично смешалось с восковыми частицами и равномерно ложилось на поверхность кузова.

Средство Renumax

Волшебным автовладельцы называют Ренамакс (Renumax) — средство для удаления царапин на машине. Это — жидкость беловатого цвета, которая реализуется в виде спрея с пульверизатором или без него. Действие Renumax основано на смешивании полировочных частиц из флакончика с оказавшимися рядом частичками автомобильной краски. Полученная химическая смесь принимает гелеобразную, жидкую форму и заполняет все пустоты на лакокрасочной поверхности машины, образованные полученной царапиной. Таким образом можно обрабатывать любые лаковые поверхности сразу же после их повреждения.

Наклейки

Еще одним способом замаскировать, закрыть большие царапины на двери или другой части кузова авто является применение специальных поливинилхлоридных наклеек. При невозможности купить одно из перечисленных выше средств, а также для предотвращения появления ржавчины в месте глубокой царапины некоторые автовладельцы приобритают наклейки. Благодаря плотному прилеганию после наклеивания и разглаживания такие ПВХ-наклейки перекрывают доступ воздуха, не давая ему вступить в контакт с металлической частью покрытия кузова авто, следовательно, предотвращая появление окислительных процессов (ржавчины).

Гели, карандаши, спреи, абразивные воски, полироли и наклейки — какое средство для устранения царапин выбрать, решать вам. Соблюдайте наши инструкции, внимательно читайте руководство по эксплуатации, и ваше авто будет в порядке.

infokuzov.ru

Как всего за полчаса удалить все мелкие царапины с кузова машины

Царапины на авто появляются регулярно. Причина может быть банальной — прилетели камушки из-под колес проезжавшего транспорта. Поэтому не надо паниковать из-за каждой царапины. Их легко удалить самостоятельно или в автосервисе.

Как убрать царапины с машины:

• если поврежден только лак, то убрать такую полоску проще всего. Для этого выбираем полироль  с воском, который правда действует, не так долго, и потребует повторного нанесения. Более действенный способ полировка машинкой с абразивной пастой. Кроме этого понадобится шкурка шлифовальная Р-2000 и распылитель с водой;
• моем авто и высушиваем кузов. Загоняем в тень. Так царапины будут лучше видны. Обрабатываем мокрой шкуркой царапину и полируем машинкой, нанеся на круг пасту. Обороты должны быть небольшими;
• полировку проводим плавными движениями по достаточно большой площади, чтобы не испортить лак. Промываем водой и очищаем от налета. Зачищаем до тех пор, пока царапина не исчезнет.

Если царапины появились на краске, тут пригодится реставрационный карандаш. Его нужно покупать по цвету машины. Он похож на лак для ногтей, поэтому наносить средство удобно. Очищаем и обезжириваем повреждение, затем наносим кисточкой краску и даем высохнуть 20 минут. Так как средство полимеризуется неделю, то мыть в это время машину нельзя.

Глубокие сколы краски и царапины также можно удалить самому. Тут необходима грунтовка поверхности, после чего используется краска, лак и затем повреждение заполировывается. Такой набор продается уже готовым, поэтому стоит поискать. В состав будет входить краска, грунтовка обычная и антикоррозийная и лак. В  комплект может входить обезжириватель.

Сначала наносим антикоррозийный грунт, потом после его высыхания обычный. Выравниваем поверхность тщательно, так как после наносится краска. Ею необходимо покрыть авто два раза. Когда краска высохнет, используйте лак.

Реставрируем салон

Если внутри салона есть царапины на пластике, то их также легко удалить. Чаще всего используется полироль в виде спрея или молочка. Наносим на сухие чистые поверхности и даем высохнуть. После этого салфеткой из микрофибры полируем поверхность.

Если тратится, не хочется, то поможет фен или зажигалка. Однако тут надо быть предельно осторожным. Нагреваем строительным феном царапину, и она затягивается прямо на глазах. Если повреждений много делаем все постепенно, даем деталям остыть, чтобы не перегреть пластик и не повредить обивку внутри.

Убираем царапины на фарах и стекле

Сложнее убрать царапины на стекле и фарах. Придется приобрести набор с насадками, кругами и пастой, в состав которой входит оксид церия.

Проводим подготовительные работы: моем стекло, вытираем его. Чтобы не потерять царапины обозначаем их фломастером изнутри салона. На небольших оборотах работаем с насадкой и кругом. Пасту распределяем по всей поверхности царапины и полируем, делая перерывы. Промываем стекло, чтобы посмотреть результат и повторяем все вновь. Полировка продолжается от получаса и дольше, пока результат не устроит.

Стекло на фарах можно отполировать обычной зубной пастой или приобрести набор для полировки. Не забудьте заклеить малярной лентой места вокруг фар, чтобы не поцарапать их случайно.

Обрабатываем мокрой шкуркой места царапин, после наносим крупнозернистую полироль и работаем с машинкой, как и в остальных случаях. Затем смываем средство и обрабатываем поверхность пастой мелкозернистой. После очистки стекла протираем, высушиваем и наносим лак УФ.

Машине надо постоять на солнце не менее часа, чтобы лак высох. А сам процесс полимеризации проходит сутки.

the-robot.ru

Рабочее тело и параметры его состояния

Рабочее тело в теплотехнике и термодинамике — это условное несменяемое материальное тело, расширяющееся при подводе к нему теплоты и сжимающееся при охлаждении и выполняющее работу по перемещению рабочего органа тепловой машины. В теоретических разработках рабочее тело обычно обладает свойствами идеального газа.

Рабочее тело тепловых двигателей — это продукты сгорания углеводородного топлива (бензина, дизельного топлива и др.), или водяной пар, имеющие высокие термодинамические параметры (начальные: температура, давление, скорость и т. д.).

Рабочее тело в ракетостроении — это отбрасываемое от ракеты с целью получения импульса тяги вещество. Например, в электрическом ракетном двигателе рабочим телом является ионизированное расходуемое вещество (например, ксенон).

Рабочее тело в лазерной технике — это оптический элемент лазера, в котором происходит формирование когерентного электромагнитного излучения.

Всякая тепловая машина приводится к движение вследствие происходящего в ней изменения состояния вещества, называемого рабочим телом или рабочим агентом.

Термодинамическая система — это совокупность тел, находящихся в тепловом и механическом взаимодействии друг с другом и окружающей средой.

Рабочее тело определяет тип и назначение тепловой машины. Так у паровой машины рабочим телом является водяной пар, у поршневых двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей — продукты сгорания топлива, у компрессоров холодильных машин рабочим агентом является пар аммиака, фреона и т. д. Для расчета термодинамического анализа работы тепловой машины необходимо знать термодинамические свойства рабочего тела.

Наиболее эффективными рабочими телами для тепловых машин являются газы и пары, обладающие наибольшим коэффициентом объемного расширения.

В технической термодинамике в качестве рабочего тела принимается идеальный газ — условное газообразное вещество, силами взаимодействия между молекулами которого пренебрегают.

В реальных же газах учитываются силы притяжения между молекулами, а молекулы имеют объем. Если реальные газы сильно разряжены, их свойства близки к свойствам идеального газа.

В качестве идеальных газов могут рассматривать такие газы, как азот, гелий, водород.

В общем случае для теплотехнических расчетов вполне допустимо распространение свойств идеального газа на все рассматриваемые газы. Это позволяет упростить математические выражения законов термодинамики.

Очевидно, что одно и то же вещество при различных условиях может находиться в различных состояниях.

Для того чтобы определить конкретные физические условия, при которых рассматривается данное вещество и тем самым однозначно определить его состояние, вводятся параметры состояния вещества.

Параметры состояния газа — это величины, характеризующие данное состояние газа.

К параметрам состояния газа относятся:

• абсолютная температура
• абсолютное давление
• удельный объем
• внутренняя энергия
• энтропия
• энтальпия
• и др.

Абсолютная температура, абсолютное давление и удельный объем являются основными параметрами газообразного вещества.

Энергетическое образование

1. Циклы газовых двигателей

Прямое преобразование тепловой энергии в работу запрещается постулатом Томсона. Поэтому для этой цели используются термодинамические циклы. Термодинамические циклы это круговые процессы в термодинамике, то есть такие процессы, в которых совпадают начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура и энтропия). Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых двигателях.

Тепловым двигателем называется устройство, способное превращать полученное количество теплоты в механическую работу. Механическая работа в тепловых двигателях производится в процессе расширения некоторого вещества, которое называется рабочим телом. В качестве рабочего тела обычно используются газообразные вещества (пары бензина, воздух, водяной пар).

Прямой термодинамический цикл.

Для того, чтобы управлять состоянием рабочего тела, в тепловую машину входят нагреватель и холодильник. В каждом цикле рабочее тело забирает некоторое количество теплоты $Q_1$ у нагревателя и отдаёт количество теплоты $Q_2$ холодильнику. Работа, совершённая тепловой машиной в цикле, равна, таким образом:

$$A=Q_1-Q_2-ΔU = Q_1-Q_2.$$

Изменение внутренней энергии $ΔU$ в круговом процессе равно нулю (это функция состояния), а работа не является функцией состояния, иначе суммарная работа за цикл также была бы равна нулю.

Поэтому тепловой, или, как его ещё называют, термический или термодинамический коэффициент полезного действия тепловой машины (отношение полезной работы к затраченной тепловой энергии) равен:

$$η=\frac{A}{Q_1} =\frac{Q_1-Q_2}{Q_1} =\frac{M·q_1-M·q_2}{M·q_1}=\frac{q_1-q_2}{q_1} =1-\frac{q_2}{q_1}.$$

Цикл Карно. Французский инженер Сади Карно в 1824 году впервые дал теоретическое объяснение работы тепловых машин. Основное положение теории С. Карно, впоследствии получившее название принципа Карно, состоит в том, что для получения работы в тепловой машине необходимы, по крайней мере, два источника теплоты с разными температурами.

Карно предложил идеальный цикл тепловой машины, где используются два источника теплоты с постоянными температурами: источник с высокой температурой – горячий источник и источник с низкой температурой – холодный источник. Поскольку цикл идеальный, то он состоит из обратимых процессов теплообмена между рабочим телом и источниками теплоты, протекающим по двум изотермам, и двух идеальных адиабат перехода рабочего тела с одной изотермы на другую.

Цикл Карно.

В цикле Карно горячий источник теплоты с $T_1=const$ передает теплоту рабочему телу, это обратимый процесс, поэтому рабочее тело получает теплоту $q_1$ по изотерме AB. На процессе BC рабочее тела расширяется по обратимой адиабате от $T_1$ до $T_2$. В обратимом процессе CD рабочее тело передает теплоту $q_2$ холодному источнику по изотерме $T_2=const$. На процессе DA рабочее тело сжимается по обратимой адиабате от $Т_2$ до $Т_1$.

Для цикла Карно в $T-s$ диаграмме подведенная $q_1$ и отведенная $q_2$ теплота к рабочему телу представляют площади под изотермическими процессами, которые соответствуют прямоугольникам со сторонами: для $q_1$ – с $T_1$ и $Δs$, для $q_2$ – с $T_2$ и $Δs$. Величины $q_1$ и $q_2$ определяются по формулам изотермического процесса:

$$q_1=T_1·Δs,$$ $$q_2=T_2·Δs.$$

Работа цикла Карно равна разности подведенной и отведенной теплоты:

$$l_ц=q_1-q_2=(T_1-T_2)·Δs. $$

В соответствии с выражением выше получить работу возможно только при наличии разности температур у горячего и холодного источников теплоты. Максимальная работа Цикла Карно теоретически была бы при $Т_2=0$ K, но в качестве холодного источника в тепловых машинах, как правило, используется окружающая среда (вода, воздух) с температурой около $300$ K. Кроме этого, достижение абсолютного нуля в природе невозможно (этот факт относится к третьему закону термодинамики). Таким образом, в цикле Карно не вся теплота $q_1$ превращается в работу, а только ее часть, Оставшаяся после получения работы теплота $q_2$, отдается холодному источнику, и при заданных $Т_1$ и $Т_2$ она не может быть использована для получения работы, величина $q_2$ является тепловыми потерями (тепловым сбросом) цикла.

Термический КПД цикла Карно может быть записан в виде

$$η=1-\frac{q_2}{q_1} =1-\frac{T_2·Δs}{T_1·Δs}=1-\frac{T_2}{T_1}.$$

Таким образом, КПД цикла Карно будет тем больше, чем больше $T_1$ и меньше $T_2$. При $T_1=T_2$ КПД равен нулю, т.е. при наличии одного источника теплоты получение работы невозможно.

Цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Тепловые двигатели, рабочим телом которых являются газообразные продукты сгорания топлива, сжигаемого непосредственно внутри цилиндра двигателя, называются поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Поршневые ДВС делятся на двухтактные, у которых один рабочий ход приходится на два хода поршня, и четырехтактные с одним рабочим ходом на четыре хода поршня. Кроме того, поршневые ДВС подразделяются на двигатели с подводом теплоты при постоянном объеме (быстрого сгорания), двигатели с подводом теплоты при постоянном давлении (постепенного сгорания) и двигатели, работающие по смешанному циклу.

Идеализируя рабочий цикл как двухтактных, так и четырехтактных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, получают термодинамический цикл, называемый часто циклом Отто. В этом цикле процесс сжатия рабочей смеси происходит по адиабате 1-2. Изохора 2-3 соответствует горению топлива, воспламененного от электрической искры, и подводу теплоты $q_1$. Рабочий ход, осуществляемый при адиабатном расширении продуктов сгорания, изображен линией 3-4. Отвод теплоты $q_2$. осуществляется по изохоре 4-1, соответствующей в четырехтактных двигателях выпуску газов и всасыванию новой порции рабочей смеси, а в двухтактных – выпуску и продувке цилиндра.

Термодинамический цикл поршневого ДВС с подводом тепла при постоянном объеме $v=const$ (цикл Отто).

Термический КПД рассматриваемого цикла вычисляется следующим образом:

$$η_t=1-\frac{q_2}{q_1} =1-\frac{c_v·(T_4-T_1)}{c_v·(T_3-T_2)}=1-\frac{T_4-T_1}{T_3-T_2}=1 — \frac{ \frac{T_4}{T_1} — 1 }{ \frac{T_3}{T_2} — 1 } · \frac{T_1}{T_2}. {k-1}}.$$

Из этого выражения видно, что термический КПД двигателей, работающих по циклу Отто, зависит только от степени сжатия $ε$, и с увеличением $ε$ $η_t$ возрастает. Понятно, что температура в конце сжатия $T_2$ не должна достигать температуры самовоспламенения горючей смеси. Поэтому степень сжатия в реальных двигателях такого типа составляет порядка $7-10$ или несколько больше, в зависимости от антидетонационных свойств применяемого топлива.

Степень сжатия в цикле ДВС может быть повышена, если сжимать не горючую смесь, а воздух, и затем получив высокое давление и температуру, обеспечить самовоспламенение распыленного в цилиндре топлива. В этом случае процесс горения затягивается, и двигатели такого типа характеризуются постепенным (или медленным) сгоранием топлива при постоянном давлении. Идеализированный цикл такого двигателя внутреннего сгорания называется циклом Дизеля. Рабочее тело (воздух) сжимается по адиабате 1-2, а изобарный процесс 2-3 соответствует процессу горения топлива, т. {k-1}}.$$

Это выражение показывает, что основным фактором, определяющим экономичность двигателей, работающих по циклу Дизеля, также является степень сжатия $ε$, с увеличением которой термический КПД цикла возрастает. Нижний предел для $ε$ обусловлен необходимостью получения в конце сжатия температуры воздуха, значительно превышающей температуру самовоспламенения топлива. Верхний предел $ε$ (до $20$) ограничен допустимым давлением в цилиндре, превышение которого приводит к утяжелению конструкции двигателя и увеличению потерь на трение. Повышение степени предварительного расширения $ρ$ вызывает снижение термического КПД цикла. Отсюда следует, что с увеличением нагрузки и удлинением процесса горения топлива экономичность двигателя уменьшается. Это следует учитывать, наряду с другими обстоятельствами, при определении оптимального режима работы двигателя.

Цикл Тринклера или цикл со смешанным подводом теплоты, по которому работают современные бескомпрессорные дизели, осуществляется по следующей схеме. {k-1}}.$$

Параметр $λ$ называется степенью повышения давления и рассчитывается так:

$$λ=\frac{p_3}{p_2}.$$

В двигателях, работающих по циклу Тринклера, распыл топлива производится механическим топливным насосом высокого давления, а воздушный компрессор, применяемый в двигателе Дизеля, отсутствует. Степень сжатия $ε$ в рассматриваемом цикле может достигать $18$ и более.

Легко показать, что математическое выражение термического КПД цикла со смешанным подводом теплоты является общим для циклов поршневых ДВС.

Сравнение эффективности рассмотренных циклов проведем на $T-s$ диаграмме, предположив, что в каждом из них достигается одинаковая максимальная температура $T_3$.

Одинаковы и количества отведенной теплоты $q_2$ в каждом цикле (площадь 14аb). При таких условиях теплота цикла $q_ц$, равная полезной работе цикла $l_ц$, будет наибольшей для цикла Дизеля 12”34 и наименьшей для цикла Отто 1234. Цикл Тринклера 12’3’34 занимает промежуточное положение.

Сравнение циклов ДВС на $T-s$ диаграмме 1234 – цикл Отто; 12”34 – цикл Дизеля; 12’3’34 – цикл Тринклера.

Таким образом, термический КПД, характеризующий степень термодинамического совершенства цикла, будет наибольшим для цикла Дизеля с подводом теплоты при постоянном давлении и наименьшим для цикла Отто с подводом теплоты при постоянном объеме.

Цикл двигателя Стирлинга представляет собой цикл газового двигателя поршневого типа с внешним подводом теплоты, которая получается в результате сгорания твердых, жидких, газообразных топлив. Внешний подвод теплоты осуществляется через теплопроводящую стенку. Рабочее тело (водород, гелий, аргон, углекислый газ) находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется.

В общем виде схема работы устройства выглядит следующим образом: в нижней части двигателя рабочее вещество (например, воздух) нагревается и, увеличиваясь в объеме, выталкивает поршень вверх. Горячий воздух проникает в верхнюю часть мотора, где охлаждается радиатором. Давление рабочего тела снижается, поршень опускается для следующего цикла. При этом система герметична и рабочее вещество не расходуется, а только перемещается внутри цилиндра.

Существует несколько вариантов конструкции силовых агрегатов, использующих принцип Стирлинга. Например двигатель стирлинга модификации «Альфа» состоит из двух раздельных силовых поршней (горячего и холодного), каждый из которых находится в своем цилиндре. К цилиндру с горячим поршнем подводится тепло, а холодный цилиндр расположен в охлаждающем теплообменнике.

Двигатель стирлинга модификации «Альфа».

Идеальный цикл Стирлинга состоит из четырех процессов. В процессе 3 холодное рабочее тело сжимается в изотермическом процессе $T_2=const$ при интенсивном отводе теплоты $q_2»$. В процессе 4 поршень-вытеснитель перемещает рабочее тело из холодной полости в горячую, так что $v=const$ (изохорный процесс), а температура увеличивается от $T_2$ до $T_1$ при подводе теплоты $q_1’$.

В изотермическом процессе расширения 1 $T_1=const$ к рабочему телу подводится теплота $q_1»$. Затем в процессе 2 поршень-вытеснитель, перемещаясь в обратном направлении, выталкивает рабочее тело из горячей полости в холодную ($v=const$) с отводом теплоты $q_2’$. Отличительной особенностью цикла Стирлинга является то, что рабочее тело, перемещаясь из холодной полости в горячую и обратно через регенератор, то воспринимает теплоту от рабочего тела, то, охлаждаясь, отдает теплоту рабочему телу.

Диаграмма работы идеального цикла Стирлинга.

Работа в цикле Стирлинга представляет собой разность работы, полученной в процессе изотермического расширения (подвод теплоты $q_1»$), и работы, затраченной в процессе изотермического сжатия с отводом теплоты $q_2»$:

$$l_ц=q_1»-q_2».$$

Термический КПД цикла:

$$η_t=\frac{q_1»-q_2»}{q_1′-q_1»}.$$

Дизельная электростанция как правило, объединяет в себе генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания, а также систему контроля и управления установкой. Такие электростанции и установки применяются в качестве основных, резервных или аварийных источников электроэнергии для потребителей одно- или трёхфазного переменного тока.

Схема дизельной электростанции.

Цикл газотурбинной установки. Одним из основных недостатков поршневых двигателей является невозможность достижения больших мощностей в одном агрегате, что сужает нишу возможного использования ДВС поршневого типа. Это связано, прежде всего с наличием кривошипно-шатунного механизма, предназначенного для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Периодичность производства рабочего хода поршня неизбежно вызывает неравномерность работы конструкции и требует наличие маховика, что заметно увеличивает удельный вес двигателя – отношение веса двигателя к вырабатываемой им мощности. Этих недостатков лишены двигатели внутреннего сгорания газотурбинного типа, к числу которых относятся воздушно-реактивные двигатели.

В газотурбинных установках подвод теплоты к рабочему телу может осуществляться при постоянном давлении (цикл Брайтона) или при постоянном объеме (цикл Гемфри).

Цикл Брайтона. Принципиальная схема газотурбинной установки со сгоранием при постоянном давлении содержит в себе все основные элементы, присущие турбокомпрессорному воздушно-реактивному двигателю. Газотурбинный двигатель состоит из размещенных на одном валу турбины, компрессора, топливного насоса и потребителя мощности. В схему входит также камера сгорания, выхлопное сопло или патрубок отвода отработавших газов и свеча зажигания.

Турбина приводит во вращение компрессор, в котором сжимается воздух, поступающий из окружающей среды. Процесс сжатия предполагается протекающим по адиабате 1-2. Сжатый воздух подается в камеру сгорания, куда насосом из топливной емкости прокачивается топливо. Тщательно перемешенная смесь в камере сгорания воспламеняется свечой зажигания, и при постоянном давлении реализуется процесс сжигания топлива. {\frac{k-1}{k}} },$$

где $ε=\frac{v_1}{v_2}$ – степень сжатия, а $λ=\frac{p_2}{p_1}$ – степень повышения давления.

Энергетический кризис, связанный с истощением запасов ископаемых энергоресурсов в виде органического топлива (газ, нефть, уголь и т. д.), делает необходимостью бережное отношение к его использованию. Вместе с тем, температура газа, покидающего турбину, еще достаточно велика и поэтому целесообразно частично вернуть избыточную по отношению к окружающей среде энергию уходящих газов в форме тепла в цикл. Обычно такой процесс называют регенерацией, суть которой состоит в полезном использовании вторичных энергоресурсов.

Отличие регенеративной газотурбинной установки от рассмотренной ранее состоит во введением дополнительного конструктивного узла в виде теплообменника регенератора, в котором тепло от уходящих газов передается к газу, сжатому компрессоре установки.

$T-s$ диаграмма регенеративного цикла.

По условиям организации цикла не все избыточное тепло уходящих газов может быть передано воздуху, сжатому в компрессоре. Тогда коэффициент полезного действия можно определить:

$$η_t=1-\frac{q_2}{q_1} =\frac{ (T_5-T_1)-(T_3-T_2) }{T_4-T_2}.$$

Цикл Гемфри. Газотурбинная установка со сгоранием при $v=const$ в случае, если предельные давления одинаковы и подведенные теплоты равны, будут иметь несколько большую эффективность по сравнению с изобарным циклом. Это связано с тем, что при отмеченных условиях сравнения в цикле с $v=const$ по сравнению с циклом $p=const$ отводимая теплота будет несколько меньше, чем в цикле со сгоранием при $p=const$. Это видно из сравнения циклов, построенных в $T-s$ диаграмме.

Сравнение циклов газотурбинных установок с подводом тепла при $v=const$ и $p=const$.

Однако в конструкторском отношении газотурбинная установка с подводом тепла при $v=const$ заметно сложнее. Турбина приводит во вращение сидящие с ней на одном валу компрессор, насос и потребитель выработанной установкой механической энергии, обычно в виде трехфазного электрогенератора. Одновременно в камеру сгорания поступает воздух, сжатый в компрессоре, и топливо подаваемое насосом. В камере сгорания при закрытых клапанах, свечой зажигания осуществляется воспламенение топлива. Сгорание топлива происходит при закрытых клапанах, т.е. при постоянном объеме. В конце процесса сгорания при достижении заданного давления открываются выпускные клапаны и рабочее тело – продукты сгорания в виде высокоэнтальпийного потока – поступает на лопатки соплового аппарата, а затем рабочего колеса, на которых энтальпия рабочего тела срабатывается, превращаясь в механическую энергию, воспринимаемую приводами. Отработавшие продукты сгорания – газы отводятся из двигателя через выхлопной патрубок.

Коэффициент полезного действия такого цикла определяется и соотношения:

$$η_t=1-\frac{k}{ε^{k-1}}·\frac{λ^{\frac{1}{k}}-1}{λ-1}. $$

где $λ=\frac{p_3}{p_2}$ – степень повышения давления.

Парогазовая установка – электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии. Парогазовая установка содержит два отдельных двигателя: паросиловой и газотурбинный. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (дизельное топливо). На одном валу с турбиной находится генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают лишь часть своей энергии и на выходе из неё, когда их давление уже близко к наружному и работа не может быть ими совершена, все ещё имеют высокую температуру. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около $500$ °C позволяет получать перегретый пар при давлении около $100$ атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.

Схема газотурбинной электростанции комбинированного цикла.

Задачи по теме Циклы ДВС и ГТУ

Задача 214

Условие: Для теоретического цикла ДВС со смешанным подводом теплоты, смотри рисунок 1, определить количество подведенной теплоты q1 , количество отведенной теплоты q2, полезную работу цикла lц, и термический КПД цикла ηt,. Определить также, КПД цикла Карно, имеющего одинаковые с заданным циклом минимальную и максимальную температуры. Параметры рабочего тела в начале процесса сжатия: давление – р1=0,1 МПа; начальная температура – t1= -14º С. Заданы безразмерные характеристики цикла: степень сжатия – ε=v1/v2=22; степень повышения давления – λ=р3/р2=1,7; степень предварительного расширения – ρ=v3/v4=1,7. В одном килломоле рабочего тела содержится: 0, 73 кмоль N2; 0, 05 кмоль О2; 0, 04 кмоль CО2; остальное – h3О (т.е. состав смеси задан мольными долями).
Указания (порядок выполнения расчетов):
1. Рассчитать молекулярную массу, газовую постоянную, теплоемкости Cp и Cv газовой смеси, а также показатель адиабаты к. Считать их постоянными для всего цикла. 2. Определить для характерных точек цикла значения давления р, температуры Т, удельного объема v, энтальпии h, и энтропии s. Результаты свести в таблицу.
3. Рассчитать количество подведенной q1 и отведенной q2 теплоты, работу цикла lц, изменение энтальпии, внутренней энергии и энтропии для всех процессов, образующих цикл. Результаты свести в таблицу.
4. Определить термический КПД заданного цикла ηt, а также КПД цикла Карно, имеющего одинаковые с заданным циклом минимальную и максимальную температуры.
5. По результатам расчетов изобразить цикл ДВС на миллиметровой бумаге в масштабе в координатах р-v и T-s. Величину энтропии определить относительно состояния при нормальных физических условиях (Т0=273 К, р0=0,101 МПа). При изображении процессов кривыми линиями определить параметры, по крайней мере, одной промежуточной точки.

Прочитать больше

Пламенный мотор

Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, а также сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы.

История

Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.

Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, когда братья Райт запускали свой первый самолет «Флайер-1», российский ученый опубликовал труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором разработал основы теории реактивного движения. Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Циолковскому потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.

Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки

Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.

В СССР разработкой турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался легендарный авиаконструктор Архип Люлька. Еще в апреле 1940 года он запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Архип Люлька не нашел поддержки у руководства страны. С началом войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в срочном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1.

Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А. М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).

Принцип работы

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по принципу обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.

При этом понятно, что работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. Поэтому газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием – охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.

Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.

 

Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.

Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. Ее раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку-пропеллер. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии.

После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.

Поколения турбореактивных двигателей

Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.

К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15 и на самолеты ИЛ-28, ТУ-14.

Истребитель МИГ-15

ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.

Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.  

Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания топлива

«Тепловые машины. ДВС.

Удельная теплота сгорания топлива»

---

---

Тепловые машины в термодинамике — это периодически действующие тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.

Устройства, совершающие механическую работу за счёт внутренней энергии топлива, называются тепловыми машинами (тепловыми двигателями). Для функционирования тепловой машины необходимы следующие составляющие: 1) источник тепла с более высоким температурным уровнем t1, 2) источник тепла с более низким температурным уровнем t2, 3) рабочее тело. Иначе сказать: любые тепловые машины (тепловые двигатели) состоят из нагревателя, холодильника и рабочего тела.

В качестве рабочего тела используются газ или пар, поскольку они хорошо сжимаются, и в зависимости от типа двигателя может быть топливо (бензин, керосин), водяной пар и пр. Нагреватель передаёт рабочему телу некоторое количество теплоты (Q1), и его внутренняя энергия увеличивается, за счёт этой внутренней энергии совершается механическая работа (А), затем рабочее тело отдаёт некоторое количество теплоты холодильнику (Q2) и охлаждается при этом до начальной температуры. Описанная схема представляет цикл работы двигателя и является общей, в реальных двигателях роль нагревателя и холодильника могут выполнять различные устройства. Холодильником может служить окружающая среда.

Поскольку в двигателе часть энергии рабочего тела передается холодильнику, то понятно, что не вся полученная им от нагревателя энергия идет на совершение работы. Соответственно, коэффициент полезного действия двигателя (КПД) равен отношению совершенной работы (А) к количеству теплоты, полученному им от нагревателя (Q1):

 

---

---

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Существует два типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): карбюраторный и дизельный. В карбюраторном двигателе рабочая смесь (смесь топлива с воздухом) готовится вне двигателя в специальном устройстве и из него поступает в двигатель. В дизельном двигателе горючая смесь готовится в самом двигателе.

 ДВС состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень; в цилиндре имеются два клапана, через один из которых горючая смесь впускается в цилиндр, а через другой отработавшие газы выпускаются из цилиндра. Поршень с помощью кривошипно-шатунного механизма соединяется с коленчатым валом, который приходит во вращение при поступательном движении поршня. Цилиндр закрыт крышкой.

Цикл работы ДВС включает четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Во время впуска поршень движется вниз, давление в цилиндре уменьшается, и в него через клапан поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). Клапан в это время закрыт. В конце впуска горючей смеси закрывается клапан.

Во время второго такта поршень движется вверх, клапаны закрыты, и рабочая смесь или воздух сжимаются. При этом температура газа повышается: горючая смесь в карбюраторном двигателе нагревается до 300— 350 °С, а воздух в дизельном двигателе — до 500—600 °С. В конце такта сжатия в карбюраторном двигателе проскакивает искра, и горючая смесь воспламеняется. В дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается топливо, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется.

При сгорании горючей смеси газ расширяется и толкает поршень и соединенный с ним коленчатый вал, совершая механическую работу. Это приводит к тому, что газ охлаждается.

Когда поршень придёт в нижнюю точку, давление в нём уменьшится. При движении поршня вверх открывается клапан, и происходит выпуск отработавшего газа. В конце этого такта клапан закрывается.

---

---

---

Паровая турбина

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал диск, на котором укреплены лопасти. На лопасти поступает пар. Пар, нагретый до 600 °С, направляется в сопло и в нём расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струя пара поступает из сопла на лопасти турбины и передаёт им часть своей кинетической энергии, приводя турбину во вращение. Обычно турбины имеют несколько дисков, каждому из которых передаётся часть энергии пара. Вращение диска передаётся валу, с которым соединён генератор электрического тока.

---

---

Удельная теплота сгорания топлива

При сгорании различного топлива одинаковой массы выделяется разное количество теплоты. Например, хорошо известно, что природный газ является энергетически более выгодным топливом, чем дрова. Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров, которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа. Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения характеризуются величиной, называемой удельной теплотой сгорания топлива.

Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой q, её единицей является 1 Дж/кг.

Значение удельной теплоты определяют экспериментально. Наибольшую удельную теплоту сгорания имеет водород, наименьшую — порох.

Удельная теплота сгорания нефти — 4,4*10⁷ Дж/кг. Это означает, что при полном сгорании 1 кг нефти выделяется количество теплоты 4,4*10⁷ Дж. В общем случае, если масса топлива равна m, то количество теплоты Q, выделяющееся при его полном сгорании, равно произведению удельной теплоты сгорания топлива q на его массу:

 Q = qm.

---

---

Конспект урока по физике в 8 классе «Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания».

Следующая тема: «Электризация тел».

 

Способ преобразования в механическую работу всего тепла, получаемого рабочим телом теплового двигателя от нагревателя, в частности тепла, получаемого от вещества окружающей среды, и устройство для его осуществления

 

Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: предложены способ и устройство для эффективного преобразования тепловой энергии в механическую. В способе реализуется замкнутый термодинамический процесс, в котором жидкую и паровую фазы рабочего тела разделяют при минимальной температуре цикла, а затем сжимают газообразную фазу адиабатически до достижения температуры нагревателя. В устройстве, содержащем стандартные элементы поршневого теплового двигателя, рабочие цилиндры разделены на два блока, один из которых находится в тепловом контакте и равновесии с нагревателем, а в другом каждый цилиндр адиабатически изолирован. 2 с.и. 5 з. п. ф-лы, 5 ил.

Способ и устройство для преобразования в механическую работу всего тепла, получаемого рабочим телом теплового двигателя от нагревателя, в частности, тепла, получаемого от вещества окружающей среды.

Изобретение относится к теплоэнергетике, более конкретно, к способам преобразования тепловой энергии в механическую, и к устройствам для реализации этих способов. Изобретение может быть использовано либо для создания новых видов тепловых двигателей, которые, получая тепло от традиционнных источников, обеспечат его преобразование в работу с коэффициентами полезного действия (КПД), большими чем в цикле Карно и близкими к 1, либо для создания устройств, представляющих новый класс источников даровой механической энергии, получаемой в результате преобразования в полезную работу тепла, отбираемого от вещества окружающей среды. Аналогами изобретения-способа являются известные способы преобразования тепла в работу, реализуемые с помощью тепловых двигателей циклического действия. Соответственно двигатель, реализующий конкретный известный способ преобразования тепла, является аналогом устройства, предлагаемого данным изобретением. Описание способов-аналогов и реализующих эти способы устройств (тепловых двигателей) (книга «Техническая термодинамика» под редакцией В.И. Крутова, М. 1991 г. с. 278-305, или в книге С.В. Бальян «Техническая термодинамика и тепловые двигатели» Л. 1973 г. с. 107-117, 228-248). Общими признаками способов-аналогов является то, что полезную работу совершают, расширяя рабочее тело, нагреваемое теплом, получаемым от нагревателя. Замкнутность реализуемого термодинамического цикла обеспечивают, сжимая рабочее тело и отводя от него тепло при температурах (давлениях) более низких, чем в процессе расширения. Для реализации способов-аналогов необходимо наличие двух тепловых резервуаров с различными температурами (нагревателя и холодильника). Совершение работы сопровождается передачей холодильнику части тепла, получаемого рабочим телом от нагревателя. Тепло, переданное холодильнику, теряется. Следствием существования этих потерь является невозможность полного преобразования известными способами тепла в работу и ограниченность достижимых КПД известных тепловых двигателей значениями КПД цикла Карно. Необходимость иметь два тепловых резервуара делает невозможным использование способов-аналогов даже частичного преобразования в работу тепловой энергии, содержащейся в веществе окружающей среды, и эта невозможность, так же как ограниченность достижимых КПД, является одной из формулировок второго закона термодинамики (книга «Фейнмановские лекции по физике» Фейнман Р.П. Лейтон Р.Б. Сэндс. М. 1965 г. т. 4 с. 99-123). Согласно общепринятым взглядам, невозможны процессы, обходящие ограничения второго закона термодинамики. Предлагаемое изобретение показывает, что справедливость этого утверждения не является абсолютной: практически полное преобразование тепловой энергии в механическую возможно. Возможность такого преобразования обусловлена существованием замкнутого термодинамического цикла, на отдельных этапах которого рабочее тело представляет гетерогенную систему из конденсированной и газообразной фаз используемого вещества. В процессе возвращения рабочего тела в исходное состояние сжатию подвергают только газообразную фазу. Отвод тепла от рабочего тела осуществляют адиабатическим сжатием газообразной фазы до достижения температуры нагревателя, восстановлением теплообмена между сжимаемым веществом и нагревателем, изотермическим сжатием до начальной плотности. Один и тот же тепловой резервуар выполняет на разных этапах цикла функцию как нагревателя всего рабочего тела, так и холодильника для части гетерогенного рабочего тела, состоящей из вещества газообразной фазы. Такая организация цикла исключает передачу тепла от рабочего тела холодильнику (окружающей среде), а следовательно, и потери тепла в нем. Благодаря этому полная работа цикла оказывается равной количеству тепла, получаемому рабочим телом от нагревателя, и отличной от нуля. Доказательство факта полного преобразования тепла в работу в предлагаемом способе является логическим следствием первого закона термодинамики. То обстоятельство, что следствие первого закона термодинамики не согласуется с формулировками второго закона, выявляет факт логического противоречия обоих законов и создает необходимость его объяснения. Вопрос о способе устранения обнаруженного противоречия остается открытым и к предмету данного изобретения не относится. Можно лишь заметить, что поскольку первый закон термодинамики, являясь законом сохранения энергии, не подлежит сомнениям (как и все выводимые из него следствия), то для устранения обнаруженного противоречия и согласования требований обоих законов может потребоваться либо уточнение формулировок второго закона, либо признание того, что они в их известной форме не являются универсальными в применении к конечным макроскопическим системам. Прототипом изобретения-способа выбран способ, реализующий термодинамический цикл Отто («Справочник по физике» Б.М. Яворский и А.А. Детлаф, М. 1964 г. с. 158), состоящий из изохорного нагрева и охлаждения и адиабатного расширения и сжатия рабочего тела. Прототипом устройства, для предложенного способа выбран общеизвестный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, реализующий термодинамический цикл Дизеля (книга под ред. А.С. Орлина «Двигатели внутреннего сгорания». М. 1980 г. с. 8-43). Цели изобретения обеспечить пользователям экономию топливных ресурсов и уменьшить загрязнение окружающей среды продуктами сгорания сжигаемого топлива и отработанным теплом. Эти цели будут достигнуты посредством реализации процесса практически полного преобразования тепловой энергии в механическую в работе тепловых двигателей, использующих предлагаемый способ. Изобретение-способ характеризуется следующими признаками: 1. Рабочее тело адиабатически расширяют из начального состояния в замкнутом термодинамическом цикле до достижения минимальной температуры цикла. Значения термодинамических параметров начального и конечного состояния вещества в процессе адиабатического расширения выбирают так, чтобы при минимальной температуре цикла рабочее тело представляло равновесную систему жидкости и насыщенного пара, а плотность жидкой фазы равнялась начальной плотности вещества. 2. Отделяют при минимальной температуре цикла фазы рабочего тела друг от друга, сохраняя адиабатическую изоляцию вещества каждой фазы от внешней среды. 3. Адиабатически сжимают вещество газообразной фазы рабочего тела от состояния насыщенного пара при минимальной температуре цикла до достижения температуры нагревателя. 4. Создают возможность теплообмена между сжатым веществом газообразной фазы и нагревателем и продолжают сжатие изотермически, передавая нагревателю тепло, отводимое от сжимаемого вещества. 5. Ликвидируют возможность теплообмена между веществом сжимаемой газообразной фазы и нагревателем после достижения начальной плотности. 6. Создают возможность теплообмена между фазами рабочего тела и приводят их к тепловому равновесию в изохорном процессе при адиабатической изоляции всего вещества. 7. Объединяют обе части рабочего тела в начальном объеме. 8. Создают возможность передачи тепла от нагревателя к рабочему телу и нагревают его в изохорном процессе от равновесной температуры до начальной температуры цикла. 9. Минимальную температуру рабочего тела в описанном термодинамическом цикле выбирают произвольно из интервала, ограниченного температурой плавления и критической температурой вещества рабочего тела. Выбор минимальной температуры однозначно определяет начальную плотность вещества (плотность равновесной жидкой фазы). Начальную температуру рабочего тела в цикле и температуру нагревателя выбирают произвольно в интервале, границами которого являются выбранное значение минимальной температуры цикла и значение температуры, при котором плотность вещества, адиабатически сжимаемого из состояния насыщенного пара при минимальной температуре цикла, равна начальной плотности рабочего тела (фиг. 1). Температура нагревателя должна быть больше или равна начальной. 10. При равенстве начальной температуры и температуры нагревателя возвращение рабочего тела в исходное термодинамическое состояние осуществляют сжатием газообразной фазы, как описано выше, изохорным нагревом жидкой фазы теплом нагревателя от минимальной температуры до начальной, объединением частей рабочего тела в начальном объеме. 11. Для преобразования в работу тепла, отбираемого от вещества окружающей среды, начальную температуру цикла выбирают меньшей или равной температуре среды. 12. Для преобразования в работу тепла, отбираемого от вещества окружающей среды, в качестве рабочего тела используют вещества, у которых критические температуры меньше температуры среды, например, азот, кислород, аргон, водород. На фиг. 1 в координатах V-T показаны границы области двухфазных состояний вещества рабочего тела, образованная графиками зависимостей от температуры удельных объемов равновесных фаз насыщенного пара V_нп(T) (кривая 1) и жидкости V_ж(T) (кривая 2), а также график адиабаты, проходящей через состояние насыщенного пара при минимальной температуре цикла (кривая 3). Из фиг. наглядно видно, как выбор минимальной температуры рабочего тела T_мин определяет пределы возможного изменения значений начальной температуры T_о и температуры нагревателя T_н. На фиг. 2 показана V-T диаграмма описанного цикла. Процесс адиабатического расширения однородного рабочего тела из начального состояния представлен графиком адиабаты 1-2. Точка 2 находится на границе области двухфазных состояний. В зависимости от выбора начальной температуры рабочее тело в точке 2 является либо насыщенным паром, либо жидкостью. Предварительный рисунок соответствует последнему варианту. Дальнейшее адиабатическое расширение рабочего тела приводит к разделению расширяемого вещества на равновесные фазы жидкости и насыщенного пара. Зависимость от температуры объемов равновесных фаз на втором этапе адиабатического расширения представлена кривая 2-3 (фаза жидкости) и 4-5 (фаза пара). Сжатие газообразной фазы от минимальной температуры до температуры нагревателя изображено графиком адиабаты 5-6. Процесс изотермического сжатия представлен отрезком 6-7. Состояние фаз рабочего тела в изохорном процессе установления равновесной температуры изображено отрезками 7-8 и 3-9. Процесс изохорного нагрева рабочего тела теплом нагревателя на завершающем этапе цикла, после установления теплового равновесия и объединения частей рабочего тела в начальном объеме, изображен отрезком 10-1. На фиг. 3 представлена T-S диаграмма цикла. На этой диаграмме: 1 график зависимости, связывающей удельную энтропию и температуру вещества рабочего тела в изохорном процессе при начальной плотности; 2, 3 графики удельных энтропий равновесных фаз жидкости и пара вещества рабочего тела; T_о, S_о параметры начального состояния; T_р, S_р параметры состояния после установления теплового равновесия между частями рабочего тела; T_кр, S_кр критические параметры. Отрезок 1-2 представляет процесс адиабатического расширения однородного вещества рабочего тела из начального состояния. Точки 3, 4 характеризуют состояние равновесных фаз вещества при минимальной температуре цикла. Отрезки 4-5 и 5-6 представляют процессы адиабатического и изотермического сжатия газовой фазы рабочего тела. Процесс установления теплового равновесия представлен участками изохоры 3-7 и 6-7. Изохорный нагрев вещества изображен участком изохоры 7-1. На фиг. 4 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. На этой схеме 1 и 2 блоки цилиндров с рабочим телом, в которых находятся подвижные поршни, соединенные кривошипно-шатунными механизмами с общим коленчатым валом 3 и маховиком 4; на схеме приняты обозначения: 5, 6, 7 — резервуары, содержащие вещество рабочего тела, 8 нагреватель, 9 — теплопровод для передачи тепла от нагревателя к рабочему телу, 10 насос для перекачки жидкой фазы вещества между резервуарами, 11 трубопроводы для подачи в цилиндры и для удаления из них рабочего тела. Стрелками на схеме показаны направления потоков вещества и тепла при работе устройства (сплошные линии потоки вещества рабочего тела, пунктирные потоки тепла). На фиг. 5 представлена конструктивная схема простейшего варианта устройства, в котором блоки рабочих цилиндров 1 и 2 на фиг. 4 состоят каждый из одного цилиндра. Элементами устройства, изображенного на фиг. 5, являются: 1 и 2 — цилиндры с рабочим телом, 3 коленчатый вал, 4 маховик, 5 резервуар с гетерогенным веществом рабочего тела, 6 и 7 резервуары с гомогенным веществом рабочего тела, 8 резервуар, заполненный веществом нагревателя, 9 — теплопровод, 10 насос для перекачки жидкой фазы вещества рабочего тела между резервуарами, 11 трубопровод, 12 вентиль (клапан), обеспечивающий возможность одностороннего движения вещества рабочего тела по трубопроводу, 13 вентиль, регулирующий величину теплового потока по теплопроводу, 14 — поршень, 15 шатун. Контакт стенок цилиндра 2 с веществом нагревателя в резервуаре 8 обеспечивает возможность отвода тепла от рабочего тела в процессе изотермического сжатия его газообразной фазы. Примером, подтверждающим возможность реализации изобретения, являются результаты расчета значений термодинамических и энергетических параметров конкретного варианта описанного цикла при использовании в качестве рабочего тела азота (N₂). Данные о свойствах вещества взяты из книги Н.Б. Варгафтик «Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей» М. 1972 г. с. 433-477. В соответствии с изложенным выше, минимальную температуру цикла можно выбрать произвольно из интервала 63,15-126,25 K. Например, при T_мин=100 K удельные объемы равновесных фаз вещества равны V_ж(T_мин) 0,04054 л/моль, V_нп(T_мин) 0,8758 л/моль. Воспользовавшись уравнением адиабаты для газа Ван-дер-Ваальса (см. книгу Л.Д.Ландау и Е.М. Лифшиц «Статистическая физика» М. 1964 г. с. 271), вычисляют оценку температуры T_макс по формуле где b=V_кр/3=0,03071 л/моль константа уравнения Ван-дер-Ваальса, 1,4 показатель адиабаты. Для указанных значений величин, входящих в формулу, T_макс=594 K. Начальную температуру цикла выбирают из интервала возможных значений, задав величину давления P_о в начальном состоянии рабочего тела. Например, при P_о 510² бар T_о 151^oK. Адиабата, проходящая через начальное состояние, оканчивается на границе фазового равновесия между паром и жидкостью при температуре 117 K. Оценку доли вещества в фазе пара в конце процесса адиабатического расширения рабочего тела вычисляют по формуле Для значений характерных температур выбранного варианта цикла (T_мин) 0,1
Оценку равновесной температуры, устанавливающейся после завершения процесса сжатия газовой фазы и объединения частей рабочего тела, вычисляют по формуле
T_p [1-(T_мин)]T_мин+(T_мин)T_н
Оценку удельного количества тепла, получаемого от нагревателя в процессе изохорного нагрева рабочего тела от равновесной до начальной температуры, вычисляют по формуле

где
оценка средней изохорной теплоемкости вещества при начальной плотности. Оценку удельного количества тепла, отводимого от вещества сжимаемой газовой фазы рабочего тела и передаваемого нагревателю, вычисляют по формуле

Оценку полного удельного количества тепла, получаемого рабочим телом в цикле, вычисляют по формуле

Оценку средней изохорной теплоемкости вычисляют по формуле

где Q(T) удельная теплота испарения вещества рабочего тела. Из приведенных формул видно, что:
при T_н, меньшем T_макс, полное удельное количество тепла, получаемого в цикле рабочим телом, положительно. Поскольку цикл замкнут, то в соответствии с первым законом термодинамики q равно удельной работе, совершенной рабочим телом. Численная величина совершаемой работы является убывающей функцией произвольно выбранной температуры нагревателя. Поэтому оптимальным является вариант цикла, в котором T_н взято близким T_о. Вычисление для приведенных выше значений параметров дает:
При T_н=T_о=151 K q144 кал/моль. Увеличение температуры нагревателя до T_н=280 K (значения близкого к средней температуре вещества окружающей среды) уменьшает удельную величину получаемого тепла (совершаемой работы) до q63 кал/моль. Описанный способ реализуется устройством, аналогами которого являются общеизвестные четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, у которых в каждом рабочем цилиндре последовательно проходят процессы всасывания, сжатия, расширения и выброса вещества рабочего тела во внешнюю среду. Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит (фиг. 4) из двух блоков рабочих цилиндров 1 и 2, общего коленчатого вала 3 с маховиком 4, резервуаров 5, 6, 7, содержащих вещество рабочего тела, нагревателя 8, теплопровода 9, обеспечивающего возможность передачи регулируемого количества тепла от нагревателя к резервуару 6, насоса 10 для перекачивания вещества жидкой фазы рабочего тела из резервуара 5 в резервуар 6. В каждом цилиндре находится подвижной поршень, соединенный кривошипно-шатунным механизмом с коленчатым валом. Резервуары соединены с цилиндрами трубопроводами 11 и клапанами, обеспечивающими возможность подачи и удаления вещества из рабочих объемов цилиндров. Блок цилиндров 1 предназначен для реализации адиабатических процессов предложенного термодинамического цикла. В блоке цилиндров 2 реализуется процесс изотермического сжатия рабочего тела с передачей нагревателю тепла, отводимого от сжимаемого вещества. Температура вещества в резервуаре 5 равна выбранной минимальной температуре цикла. Удельный объем вещества в резервуаре взят таким, что оно представляло равновесную систему фаз жидкости и насыщенного пара. В резервуаре 6 температура и плотность (давление) вещества близки к значениям, выбранным для начального состояния. Передача по теплопроводу тепла от нагревателя к резервуару 6 обеспечивает реализацию процесса изохорного нагрева рабочего тела. Блок цилиндров 2 находится в тепловом контакте и равновесии с нагревателем (при выбранной температуре T_н). Плотность вещества в резервуаре 7 равна плотности, достигаемой в конце процесса адиабатического сжатия газовой фазы рабочего тела. Блоки цилиндров, резервуары и трубопроводы имеют теплоизоляцию, обеспечивающую поддержание необходимых температурных режимов. Работа устройства происходит следующим образом. Когда в каком-либо из рабочих цилиндров блока 1 поршень находится в верхней крайней точке (при минимальном рабочем объеме), открывается впускной клапан, соединяющий через трубопровод рабочий объем цилиндра с резервуаром 6. При дальнейшем движении поршня до момента закрытия впускного клапана в рабочий объем поступает вещество с термодинамическими параметрами начального состояния. После закрытия впускного клапана, начинается процесс адиабатического расширения рабочего тела, который заканчивается когда поршень находится в нижней крайней точке. В этот момент открывается выпускной клапан, связывающий рабочий объем с резервуаром 5, в который вытесняется вещество при обратном ходе поршня. При повторном движении поршня от верхней крайней точки в рабочий объем всасывается через соответствующий трубопровод и клапан необходимое количество насыщенного пара из резервуара 5. Процесс всасывания заканчивается при нижнем положении поршня и начинается процесс адиабатического сжатия газовой фазы рабочего тела, длящийся до достижения сжимаемым веществом температуры нагревателя. В этот момент открывается клапан, связывающий рабочий объем с резервуаром 7, и сжатое вещество вытесняется в этот резервуар. Вытеснение длится до достижения поршнем верхнего положения, после чего цикл рабочих процессов повторяется. Аналогично протекает рабочий цикл в цилиндрах блока 2: при движении поршня от верхней крайней точки вещество поступает в рабочий объем из резервуара 7. Процесс заканчивается при нижнем положении поршня. При обратном ходе поршня в рабочем объеме происходит изотермическое сжатие вещества. В момент достижения начальной плотности открывается клапан, связывающий рабочий объем с резервуаром 6, и сжатое вещество вытесняется в него. Вытеснение заканчивается при верхнем положении поршня, после чего цикл повторяется. Постоянство массы вещества в резервуарах обеспечивается перекачкой необходимого количества жидкой фазы рабочего тела из резервуара 5 в резервуар 6 с помощью насоса 10. Такая перекачка происходит одновременно с описанными выше процессами реализуемого термодинамического цикла, для чего конструктивно насос выполняют в виде отдельного рабочего цилиндра в блоке 1. При движении поршня цилиндра от верхней крайней точки из резервуара 5 всасывается жидкая фаза вещества, а при обратном движении она вытесняется в резервуар 6. Чтобы процессы подачи и забора вещества из резервуара не изменяли установленного температурного режима, масса вещества в резервуарах должна быть существенно больше массы, содержащейся в рабочих объемах цилиндров. Передача преобразуемого в работу тепла от нагревателя к резервуару 6 обеспечивается наличием разности температур между ними. Стабильность процесса преобразования при фиксированных значениях характерных температур цикла поддерживают регулированием величины теплового потока. Если выбранное значение начальной температуры цикла превосходит температуру вещества окружающей среды, то получение полезной работы является итогом передачи нагревателю и последующего преобразования тепла, получаемого от сжигания топлива. Если начальная температура цикла меньше или равна температуре вещества среды, то само это вещество может выполнять функции нагревателя в описанном цикле и являться источником тепла, преобразуемого в полезную работу. Приведенный выше пример показывает, что снижения характерных температур цикла достигают использованием в качестве рабочего тела вещества с низкой критической температурой. Полезная мощность описанного устройства определена максимальным значением рабочего объема цилиндра и длительностью рабочего цикла (двойным периодом оборота коленчатого вала). Приняв для этих параметров значения
V ~ 1 ; t ~ 210^-2 сек,
характерные по порядку величин для существующих двигателей внутреннего сгорания, получают, что в устройстве, реализующем описанный термодинамический цикл с приведенными выше конкретными значениями параметров, в одном цилиндре задействовано 10 молей (300 г) вещества рабочего тела, при этом достижимая мощность составляет 130-300 кВт. Признаками, отличающими от аналогов описанное устройство, обеспечивающее реализацию предлагаемого способа, являются:
1. Наличие в устройстве резервуаров с веществом рабочего тела и насоса для перекачки жидкой фазы рабочего тела, обеспечивающих замкнутость потока вещества рабочего тела во время работы устройства. 2. Наличие теплопровода для передачи рабочему телу от нагревателя тепла, преобразуемого в поезную работу. 3. Наличие рабочих цилиндров, в которых реализуется процесс изотермического сжатия газовой фазы вещества рабочего тела при температуре нагревателя с передачей ему тепла, отводимого от сжимаемого вещества. Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена тем, что оно создает возможность использовать тепло, получаемое от сжигания топлива и предназначаемое для преобразования в механическую работу, с КПД в 2-3 раза большими, чем достижимые КПД применяемых в настоящее время тепловых двигателей. Увеличение достижимых КПД в предлагаемом способе преобразования тепла в работу приведет при его реализации к соответственному сокращению расхода топлива и уменьшению загрязнения окружающей среды продуктами сгорания. Тепловые загрязнения среды, неустранимые при работе существующих тепловых двигателей, будут ликвидированы практически полностью. Возможный размер экономии от сохранения ресурсов топлива и от улучшения экологической обстановки в результате широкой замены используемых тепловых двигателей устройствами, реализующими предлагаемое изобретение, должен быть значителен. Еще большей будет эффективность изобретения в результате создания и внедрения устройств, реализующих процесс преобразования в полезную работу тепла, отбираемого от вещества окружающей среды. Создание таких устройств приведет к появлению новых типов источников даровой механической энергии, оптимальных по экономичности и экологической чистоте. Приведенная оценка мощности одного из таких источников показывает, что они могут широко использоваться как в стационарных, так и в транспортных энергетических установках. Преимущества предлагаемых устройств перед известными источниками даровой энергии (гидротехническими, ветровыми, солнечными, геотермальными и т.д.) будут состоять в большей удельной (на единицу объема) мощности и в независимости их работоспособности от географических, погодных, временных, климатических или каких-либо других условий. Отмеченные качественные особенности предлагаемых устройств, преобразующих в полезную работу тепло, отбираемое от вещества окружающей среды, создают возможность применения этих устройств для радикального решения проблем, возникающих из-за ограниченности топливно-энергетических ресурсов и неэкологичности известных используемых источников тепла.

Формула изобретения

1. Способ преобразования в механическую работу всего тепла, получаемого рабочим телом теплового двигателя от нагревателя, в частности тепла, получаемого от вещества окружающей среды, состоящий из совокупности термодинамических процессов, последовательно реализуемых с веществом рабочего тела, образующих замкнутый термодинамический цикл, включающий процессы адиабатического расширения, адиабатического и изотермического сжатия, изохорного охлаждения и нагрева, отличающийся тем, что, с целью экономии топливных ресурсов и уменьшения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания сжигаемого топлива и отработанным теплом, разделяют на равновесные фазы жидкости и насыщенного пара рабочее тело в процессе его адиабатического расширения из начального состояния в цикле, отделяют фазы рабочего тела одна от другой при минимальной температуре цикла, адиабатически сжимают вещество газообразной фазы до достижения температуры нагревателя, создают тепловой контакт между сжатым веществом и нагревателем, продолжают сжатие изотермически при температуре нагревателя до достижения сжимаемым веществом начальной плотности, передавая в процессе сжатия нагревателю тепло, отводимое от сжимаемого вещества, ликвидируют тепловой контакт между нагревателем и сжатым веществом газообразной фазы, реализуют процесс изохорного теплообмена между разделенными частями рабочего тела до достижения теплового равновесия, объединяют части рабочего тела в начальном объеме, создают возможность передачи тепла от нагревателя к рабочему телу, изохорно нагревают рабочее тело теплом, получаемым от нагревателя, до начальной температуры в цикле. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения разделения вещества рабочего тела на равновесные фазы жидкости и насыщенного пара, минимальную температуру цикла выбирают произвольно из интервала, ограниченного температурой плавления и критической температурой используемого вещества, начальную плотность рабочего тела в цикле берут равной плотности равновесной жидкой фазы вещества при минимальной температуре цикла, начальную температуру рабочего тела в цикле и температуру нагревателя выбирают произвольно в интервале, границами которого являются минимальная температура цикла и температура, при которой плотность вещества, адиабатически сжимаемого из состояния насыщенного пара при минимальной температуре, равна начальной плотности, температуру нагревателя берут большей или равной начальной температуре рабочего тела. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью преобразования в механическую работу тепла, получаемого от вещества окружающей среды, начальную температуру рабочего тела в цикле выбирают меньшей или равной температуре окружающей среды. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью преобразования в механическую работу тепла, получаемого от вещества окружающей среды, используют в качестве рабочего тела вещества, у которых критическая температура меньше температуры среды, например азот, кислород, аргон, водород. 5. Устройство для преобразования в механическую работу всего тепла, получаемого рабочим телом теплового двигателя от нагревателя, в частности тепла, получаемого от вещества окружающей среды, содержащее закрытые с одного торца цилиндры, в которых находятся подвижные поршни, соединенные с валом маховика механизмами, обратимо преобразующими линейное возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение вала, имеющее систему клапанов и трубопроводов для подачи в объемы, ограниченные поверхностями цилиндров и дном поршней, и для удаления из этих объемов рабочего тела, отличающееся тем, что, с целью избежать потери тепла, отводимого от сжимаемой фазы вещества, в процессе возвращения рабочего тела к исходному состоянию в используемом термодинамическом цикле, рабочие цилиндры разделены на два блока, один из которых находится в тепловом контакте и равновесии с нагревателем, а в другом каждый цилиндр адиабатически изолирован. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что, с целью обеспечения замкнутости потока вещества рабочего тела при работе устройства, в его состав включены резервуар, содержащий гетерогенное вещество рабочего тела при минимальной температуре цикла, резервуар, содержащий однородное вещество рабочего тела при начальной температуре и плотности, резервуар, содержащий однородное вещество рабочего тела при температуре нагревателя, насос для перекачки жидкой фазы вещества рабочего тела между резервуарами. 7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что, с целью передачи преобразуемого в работу тепла от нагревателя к рабочему телу, в состав устройства включен теплопровод от нагревателя к резервуару, содержащему вещество рабочего тела в состоянии с начальными значениями термодинамических параметров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Двигатель внутреннего сгорания со сверхвысокой степенью сжатия (стр. 3 из 12)

Следует сразу отметить, что сравнение работы ДВС с циклом Карно может носить только условный характер. Для соблюдения в работе ДВС «принципа Карно» необходимо на такте изотермного расширения подавать в цилиндр не только топливо, но и дополнительные порции кислорода. А поскольку этого не делается, разница между величинами температур начала расширения, максимальной температурой цикла и на момент окончания тепловыделения в реальном ДВС столь велика, что о величинах Т₁ и Т₂ в работе ДВС можно говорить лишь, как о неких средних, условных величинах.

Вместе с тем, осмысление процессов происходящих в цикле Карно дает возможность установить основополагающие принципы работы ДВС.

Для оценки характера происходящих в конкретном ДВС рабочих процессов необходимо брать за основу его рабочий цикл. При рассмотрении конкретного рабочего цикла ДВС следует исходить из того, что цикл совершается за определенный промежуток времени, масса рабочего тела составляет конкретную величину и в это рабочее тело можно ввести только конкретное количество тепла.

Т.е. при рассмотрении рабочего цикла ДВС применительно к циклу Карно константами следует считать массу рабочего тела и количество вводимого тепла.

Современная теория ДВС проводит подробный анализ индикаторной работы ДВС по его внешней скоростной характеристике. Анализ индикаторной работы ДВС в режиме частичных нагрузочных характеристик практически отсутствует. Между тем, ответ на вопрос о том, как повысить КПД ДВС и что сделать, чтобы он работал, дает анализ его работы именно в указанных режимах.

По циклу Карно путем адиабатного сжатия температура рабочего тела доводится до величины Т₁, после этого в рабочее тело вводится тепло и при сохранении температуры Т₁ совершается процесс расширения. Во второй части расширения ввод тепла прекращается, процесс становится адиабатным. Температура рабочего тела от величины Т₁ доходит до величины Т₂.

При использовании в качестве источника тепла углеводородного топлива до выделения тепла оно должно пройти стадию предварительной подготовки, которая включает в себя период формирования очага пламени (период задержки воспламенения) и стадию распространения пламени по фронту, т.е. указанный процесс занимает определенный промежуток времени.

Для обеспечения нормального прохождения рабочего цикла современного ДВС часть тепла в количестве Q₂ для доведения температуры (соответственно и давления) до величины Т₁ вводится при движении поршня к ВМТ. Угол начала ввода и количество необходимого тепла Q₂ определяется массой участвующего в цикле рабочего тела. Остальная часть тепла (поскольку величины Q и Q₂ для данного рабочего цикла становятся константами) в количестве Q-Q₂ вводится на такте расширения.

На такте сжатия в бензиновом ДВС по достижении в цилиндре определенного давления подается искра, происходит формирование очага пламени, затем пламя начинает распространяться по фронту. Повышение температуры и давления топливно-воздушной смеси с момента формирования очага пламени происходит под воздействием 2-х факторов: сжатия и ввода тепла. Примерное соотношение воздействия этих факторов видно по данным, полученным с помощью программы расчетного моделирования для бензинового ДВС со степенью сжатия Е=10 (условно: ход поршня 90 мм, высота камеры сгорания 10 мм).

1. При угле начала тепловыделения в 15* до ВМТ температура смеси в конце такта всасывания 65* С, на момент начала тепловыделения температура 355* С, давление 15.5 кг/см², на момент ВМТ поршня температура 834* С, давление 33.2 кг/см².

2. При тех же вводных данных, но при угле начала тепловыделения в 0 градусов температура смеси в конце такта всасывания 65* С, на момент ВМТ поршня в конце такта сжатия температура смеси 385* С, давление 19.5 кг/см².

Т.е. увеличение температуры рабочего тела на 449* С и давления на 13.7 кг/см² на такте сжатия получено за счет ввода тепла.

В виду этого такт сжатия в современном ДВС можно отнести к адиабатному лишь условно, поскольку увеличение температуры и давления рабочего тела совершается и путем сжатия и путем ввода тепла. А это приводит к нарушению следующих условий цикла Карно:

1. Условие равенства адиабатных циклов расширения и сжатия. Поскольку на завершающем отрезке такта сжатия в рабочее тело вводится тепло в количестве Q₂, цикл становится больше на количество отрицательной работы эквивалентной теплу Q₂.

2. Сокращается продолжительность и протяженность цикла изотермного расширения по углам ПКВ. Поскольку количество тепла Q, которое можно ввести в рабочее тело в ДВС является константой, то ввод части этого тепла в количестве Q₂ на такте сжатия уменьшает его количество на цикле изотермного расширения до величины Q-Q₂. При этом для нейтрализации отрицательной работы, совершаемой теплом Q₂ на такте сжатия, из оставшегося количества тепла Q-Q₂ на такте расширения расходуется еще одно количество тепла Q₂, что существенным образом снижает КПД двигателя.

Применительно к работе современного ДВС в диаграмме цикла Карно отрезок такта адиабатного сжатия, на котором тепло в количестве Q₂ вводится в рабочее тело, должен быть выделен в особый переходный сектор. Отрезок такта изотермного расширения по углам ПКВ должен быть уменьшен на величину Q₂. Соответственно этому либо величина Т₁ должна быть уменьшена, либо величина Т₂ должна быть увеличена на количество тепла 2Q₂ и величину потерянной температуры Т. С учетом изложенного работа современного ДВС по циклу Карно может быть отображена в виде штриховой диаграммы на рисунке 1.

Признание массы m рабочего тела константой означает, что в него не возможно ввести тепла больше, чем Q. А это означает, что в рабочем цикле современного ДВС без изменения массы рабочего тела не возможно удлинить протяженность цикла изотермного расширения.

В виду не совершенства устройства и принципа работы современного ДВС простое уменьшение угла тепловыделения приводит к ухудшению эффективных характеристик двигателя. Происходит падение температуры и давления топливно-воздушной смеси на сжатии, что отрицательно влияет на формирование и подготовку смеси к горению. При переходе к фазе активного горения на линии расширения объем камеры сгорания и, соответственно, расстояние на которое пламя должно распространиться оказывается слишком большим и топливо не успевает сгореть.

Попытки уменьшить угол тепловыделения, совмещая это с увеличением степени сжатия при сохранении устройства и принципа работы современного ДВС, также приводят к отрицательным результатам. При работе под нагрузкой такой двигатель разрушается меньше чем за 1 минуту.

Но если найти правильное решение вопроса, исключив ввод тепла в рабочее тело на такте сжатия, можно увеличить степень сжатия ДВС и существенно повысить его эффективность.

Суть равенства циклов адиабатного сжатия и расширения заключается в том, чтобы отрицательную работу, затраченную на сжатие рабочего тела, получить в виде положительной работы адиабатного расширения. Если исключить ввод тепла на такте сжатия и получить требуемые температуру и давление рабочего тела путем сжатия, то тепловая протяженность циклов адиабатного сжатия и расширения становится, примерно, одинаковой и влияния на КПД двигателя не оказывают.

Если расчитывать линии расширения бензиновых двигателей со степенями сжатия 10 и 25, сравнение происходящих в них процессов на такте расширения дает следующую картину.

Двигатель № 1 с Е=10 (Д₁): ход поршня 90 мм, высота камеры сгорания 10 мм, угол начала тепловыделения 15* до ВМТ, величина Рz достигается при 15* ПКВ после ВМТ.

Двигатель № 2 с Е=25 (Д₂): ход поршня 90 мм, высота камеры сгорания 3.75 мм, угол начала тепловыделения 0* по углу ПКВ, величина Рz достигается при 0* ПКВ.

В обоих двигателях продолжительность тепловыделения 50* по углу ПКВ.

В Д1 при нахождении поршня в 15* после ВМТ (высота камеры сгорания при этом 11.53 мм) значительная часть тепла уже введена, но интенсивный процесс ввода тепла еще продолжается. При дальнейшем движении поршня от ВМТ температура газов растет, но давление из-за быстрого увеличения объема камеры сгорания падает. Примерно к 35* ПКВ (отрезок а-b₁ рис. 1) процесс ввода тепла завершен, объем камеры сгорания в этой точке равен 18.14 мм. Далее происходит процесс адиабатного расширения.

В Д2 увеличение степени сжатия рабочего тела (соответственно, создание благоприятных условий для сгорания смеси) позволяет начать ввод в него тепла при нахождении поршня в ВМТ. При указанном положении поршня давление Рс= Рz, но температура (примерно на 300*С) меньше, чем в Д₁. Начало распространения пламени по фронту совпадает с началом движения поршня от ВМТ. Увеличение фронта пламени сопровождается увеличением количества выделяемого тепла, ростом температуры и объема газов. Вместе с тем, увеличивается и объем камеры сгорания. Взаимодействие указанных факторов поддерживает величину давления на одном уровне.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания

Шон Кэссиди

10 декабря 2016

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2016 г.

Введение

Рис.1: Цикл Отто для искрового зажигания Двигатель. [2] (Источник: С. Кэссиди)

Двигатель внутреннего сгорания — один из самых важные изобретения в истории человечества.Он произвел революцию в путешествиях благодаря автомобилем, поездом, лодкой и самолетом. Есть два основных типа двигатели внутреннего сгорания (IC): прерывистое и непрерывное сгорание двигатели. Например, четырехтактный поршневой двигатель — это прерывистый Двигатель внутреннего сгорания, в то время как газотурбинный двигатель использует непрерывное сгорание. IC двигатели используют сжигание топлива с окислителем для преобразования химическая энергия в разумную энергию и работу. После зажигания высокотемпературный газ оказывает давление на поршень или турбину, поскольку расширяется, принося полезную работу.Основной экзотермический углеводород реакцию горения (на воздухе) можно записать [1]

C _x H _y + w O ₂ + 3,76 w N ₂ → a CO ₂ + b H ₂ O + c O ₂ + d N ₂ + ε

, где w, a, b, c и d представляют молярный коэффициенты, которые зависят от конкретного углеводородного реагента и количество воздуха, реагенты wO ₂ + 3.76wN ₂ представляют собой инженерный воздух, а ε представляет энергию. [1] Однако на практике диоксид углерода, азот, и кислород — не единственные продукты сгорания. Такие виды, как оксид азота (NO), диоксид азота (NO ₂ ) и углерод монооксид (CO) также являются обычными продуктами реакции и могут быть обнаружены в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. [1] Краткий обзор двух двигателей IC Здесь представлены: поршневой двигатель с искровым зажиганием и газотурбинный жиклер. двигатель.

Двигатель с искровым зажиганием

Термодинамический цикл Отто описывает идеальный двигатель с искровым зажиганием. Топливно-воздушная смесь втягивается в поршень на постоянное давление (1-2), а затем сжимается изоэнтропически до тех пор, пока поршень достигает верхней мертвой точки (2-3). Искровое зажигание смеси моделируется как добавление тепла постоянного объема в рабочую жидкость (3-4), который затем изоэнтропически расширяется (4-5), пока не достигнет дна мертвая точка (BDC).В BDC тепло отводится при постоянном объеме, и Затем выхлопные газы удаляются при постоянном давлении. Схема Цикл Отто показан на рис. 1. Идеальная производительность цикла составляет область, ограниченная технологическим трактом.

В настоящем двигателе с искровым зажиганием идеализированный добавление тепла постоянного объема заменяется сжиганием топлива. В Чтобы приблизиться к идеальным условиям, текущие исследования стремятся гомогенизировать топливной смеси в камере сгорания, а также изучить время задержки воспламенения, распространение пламени и другие виды горения характеристики.

Газотурбинный двигатель

Рис.2: Цикл Брайтона для газовой турбины Двигатель. [2] (Источник: С. Кэссиди)

Газотурбинный двигатель идеально моделируется Термодинамический цикл Брайтона. [2] Воздух поступает через впускное отверстие, сжато изоэнтропически (1-2) и смешано с топливом. [2] Тепло добавлено при постоянном давлении в процессе, моделирующем идеальное горение топливо (2-3), и газ адиабатически расширяется через сопло (3-4).[2] Процесс показан на рис. 2. Как и в случае с циклом Отто, идеальный результат работы — это область, ограниченная технологическим трактом.

Настоящий газотурбинный двигатель содержит вход, компрессор, камера сгорания, турбина и сопло. [3] Турбина подключена к компрессору, так что газ, проходящий через турбину, приводит в движение ступень сжатия двигателя. [3] Воздух поступает через впускное отверстие и подается в компрессор. Сжатие часто происходит в нескольких этапы.После сжатия воздух смешивается с топливом и поступает в камера сгорания. [3] Высокотемпературный газ устремляется через турбина и расширяется через сопло. [3] Весь процесс происходит непрерывно, при этом газ проходит через двигатель без перебоев. [3]

Заключение

Термодинамический анализ искрового зажигания и газа газотурбинные двигатели раскрывают общие процессы, с помощью которых каждый преобразователь химическая потенциальная энергия в двигательную работу.Понимание настоящего химические реакции, происходящие внутри двигателей, дают представление о сам процесс горения, а также образование токсичных и экологически чистых вредные газы. Повышение эффективности и сокращение выбросов будут требуют инновационных исследований с глубоким пониманием термодинамики и газовая динамика, участвующая в системах двигателей внутреннего сгорания.

© Шон Кэссиди. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях.Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] К. Варк, Расширенная термодинамика для Инженеры (McGraw-Hill, 1995), гл. 10.

[2] Y. Cengel and M. Boles Термодинамика: An Инженерный подход , 7-е издание (McGraw-Hill, 2011), гл. 9.

[3] С. Фарохи, Движение самолета , 2-я Издание (Wiley, 2014), гл.4.

Двигатель внутреннего сгорания: основы 2E

Часто используемые символы, индексы и сокращения
ГЛАВА 1 Типы двигателей и их работа
1.1 Введение и историческая перспектива
1.2 Классификация двигателей
1.3 Рабочие циклы двигателя
1.4 Компоненты двигателя
1.5 Многоцилиндровые двигатели
1.6 Работа двигателя с искровым зажиганием
1.7 Различные типы Четырехтактных двигателей СИ
1.7.1 Двигатели с искровым зажиганием с левым впрыском топлива
1.7.2 Двигатели SI для гибридных электромобилей
1.7.3 Двигатели SI с форсированным двигателем
1.7.4 Двигатели SI с прямым впрыском
1.7.5 Двигатели SI с форкамерой
1.7.6 Роторные двигатели
1,8 Работа двигателя с воспламенением от сжатия
1.9 Различные типы дизельных двигателей
1.10 Работа двигателя с двухтактным циклом
1.11 Топливо
1.11.1 Бензин и дизельное топливо
1.11.2 Альтернативные виды топлива
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 2 Конструкция двигателя и рабочие параметры
2 .1 Важные характеристики двигателя
2.2 Геометрические соотношения для поршневых двигателей
2.3 Силы в поршневом механизме
2.4 Тормозной момент и мощность
2.5 Указанная работа за цикл
2.6 Механический КПД
2.7 Среднее эффективное давление
2.8 Удельный расход топлива и КПД
2.9 Воздух / топливо и соотношение топливо / воздух
2.10 Объемный КПД
2.11 Удельная мощность, удельный вес и удельный объем
2.12 Поправочные коэффициенты для энергетического и объемного КПД
2.13 Удельный выброс и индекс выбросов
2.14 Взаимосвязь между рабочими параметрами
2.15 Конструкция двигателя и рабочие характеристики
2.16 Требования к мощности транспортного средства
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 3 Термохимия топливно-воздушной смеси
3.1 Характеристики пламени
3.2 Модель идеального газа
3.3 Состав воздуха и топлива
3.4 Стехиометрия горения
3.5 Первый закон термодинамики и горения
3.5.1 Балансы энергии и энтальпии
3.5.2 Энтальпии образования
3.5.3 Значения нагрева
3.5.4 Адиабатические процессы горения
3.5.5 Эффективность горения двигателя внутреннего сгорания
3.6 Второй закон термодинамики, применяемый к горению
3.6.1 Энтропия
3.6.2 Максимальная работа от Двигатель внутреннего сгорания и КПД
3.7 Химически реагирующие газовые смеси
3.7.1 Химическое равновесие
3.7.2 Скорость химических реакций
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 4 Свойства рабочих жидкостей
4.1 Введение
4.2 Состав несгоревшей смеси
4.3 Взаимосвязь свойств газа
4.4 Простая аналитическая модель идеального газа
4.5 Диаграммы термодинамических свойств
4.5.1 Диаграммы несгоревшей смеси
4.5.2 Диаграммы сгоревшей смеси
4.5.3 Связь между несгоревшими и сгоревшими диаграммами
4.6 Таблицы свойств и состава
4.7 Компьютерные программы для расчета свойств и состава
4.7.1 Несгоревшие смеси
4.7.2 Сгоревшие смеси
4.8 Транспортные свойства
4.9 Состав выхлопных газов
4.9.1 Данные о концентрации частиц
4.9.2 Определение коэффициента эквивалентности по составляющим выхлопным газам
4.9.3 Влияние неоднородности соотношения топливо / воздух
4.9.4 Неэффективность сгорания
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 5 Идеальные модели циклов двигателя
5.1 Введение
5.2 Идеальные модели процессов двигателя
5.3 Термодинамические соотношения для процессов двигателя
5.4 Анализ цикла с идеальной газовой рабочей жидкостью с постоянной cv и cp
5.4.1 Цикл постоянного объема
5.4.2 Циклы ограниченного и постоянного давления
5.4.3 Сравнение циклов
5.5 Анализ топливно-воздушного цикла
5.5.1 Моделирование цикла двигателя SI
5.5.2 Моделирование цикла двигателя CI
5.5.3 Результаты расчетов циклов
5.6 Перерасширенные циклы двигателя
5.7 Анализ доступности процессов двигателя
5.7.1 Взаимосвязи доступности
5.7.2 Изменения энтропии в идеальных циклах
5.7.3 Анализ доступности идеальных циклов
5.7.4 Влияние коэффициента эквивалентности
5.8 Сравнение с реальными циклами двигателя
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 6 Процессы газообмена
6.1 Процессы впуска и выпуска в четырехтактном цикле
6.2 Объемный КПД
6.2.1 Квазистатические эффекты
6.2.2 Сопротивление потоку на впуске и выпуске
6.2.3 Теплопередача на впуске и в цилиндре
6.2.4 Временные эффекты впускного клапана
2.7 Комбинированные эффекты: безнаддувные двигатели
6.2.8 Влияние турбонаддува
6.3 Расход через клапаны и порты
6.3.1 Геометрия и работа клапана и порта
6.3.2 Скорость потока и коэффициенты нагнетания
6.3.3 Регулируемое время клапана
6.4 Доля остаточного газа
6.5 Изменение расхода отработавшего газа и температуры
6.6 Очистка в двухтактных двигателях
6.6.1 Конфигурации двухтактных двигателей
6.6.2 Параметры и модели продувки
6.6.3 Фактические процессы продувки
6.7 Поток через порты двухтактного двигателя
6.8 Наддув и турбонаддув
6.8.1 Методы повышения мощности
6.8.2 Основные взаимосвязи
6.8.3 Компрессоры
6.8.4 Турбины
6.8.5 Компрессор, двигатель, Согласование турбины
6.8.6 Устройства волнового сжатия
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 7 Приготовление смеси в двигателях SI
7.1 Требования к смеси двигателей с искровым зажиганием
7.2 Обзор дозирования топлива
7.2.1 Подходы к образованию смеси
7.2.2 Соответствующие характеристики топлива
7.3 Центральный (дроссельная заслонка) впрыск топлива
7.4 Портовый (многоточечный) впрыск топлива
7.4.1 Схема, компоненты и функции системы
7.4.2 Характеристики распыления топлива
7.4 .3 Воздействие обратного потока
7.5 Явления воздушного потока
7.5.1 Поток мимо дроссельной заслонки
7.5.2 Поток во впускных коллекторах
7.5.3 Модели воздушного потока
7.6 Явления потока топлива: Портовый впрыск топлива
7.6.1 Поведение жидкого топлива
7.6.2 Переходные процессы: модели с топливной пленкой
7.7 Прямой впрыск топлива
7.7.1 Обзор подходов к прямому впрыску
7.7.2 Процессы приготовления смеси DI
7.7.3 Система и компоненты двигателя DI
7.8 Датчики кислорода в выхлопных газах
7.9 Системы подачи топлива
7.10 Сжиженный нефтяной газ и природный газ
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 8 Движение заряда в цилиндре
8.1 Потоки, создаваемые всасываемым газом
8.2 Характеристики средней скорости и турбулентности
8.2.1 Определения соответствующих параметров
8.2.2 Применение к данным о скорости двигателя
8.3 Завихрение
8.3.1 Измерение завихрения
8.3.2 Создание завихрения во время индукции
8.3.3 Модификация завихрения в цилиндре
8.4 Тамбл
8.5 Поршневые потоки: Squish
8.6 Взаимодействие завихрения, падения, сдавливания потоков
8.7 Потоки в форкамерном двигателе
8.8 Щелевые потоки и прорыв
8.9 Потоки, создаваемые взаимодействием поршневого цилиндра и стенки
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 9 Возгорание в двигателях с искровым зажиганием
.1 Основные характеристики процесса
9.1.1 Основные принципы сгорания
9.1.2 Процесс сгорания в двигателе SI
9.2 Термодинамика сгорания в двигателе SI
9.2.1 Сгоревшие и несгоревшие состояния смеси
9.2.2 Анализ данных о давлении в цилиндрах
9.2.3 Процесс сгорания Характеристика
9.3 Структура и скорость пламени
9.3.1 Общие наблюдения
9.3.2 Структура пламени
9.3.3 Скорость ламинарного горения
9.3.4 Взаимосвязь распространения пламени
9.3.5 Горение с прямым впрыском топлива
9.4 Циклические вариации сгорания, частичного горения и пропусков зажигания
9.4.1 Наблюдения и определения
9.4.2 Причины колебаний от цикла к циклу и от цилиндра к цилиндру
9.4.3 Частичное горение, пропуски зажигания и стабильность двигателя
9.5 Искровое зажигание
9.5.1 Основы зажигания
9.5.2 Стандартные системы зажигания
9.5.3 Альтернативные подходы к зажиганию
9.6 Ненормальное возгорание: самовозгорание и детонация
9.6.1 Описание явлений
9.6.2 Основы детонации
9.6.3 Топливные факторы
9.6.4 Спорадическое преждевременное зажигание и детонация
9.6.5 Подавление детонации
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 10 Сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия
10.1 Основные характеристики процесса
10.2 Типы систем сгорания дизельного топлива
10.2.1 Прямой впрыск Системы
10.2.2 Другие системы сгорания дизельного топлива
10.2.3 Сравнение различных систем сгорания
10.3 Сгорания дизельного двигателя
10.3.1 Оптические исследования процесса сгорания дизельного топлива
10.3.2 Сгорание в многораспылительных системах с прямым впрыском
10.3.3 Анализ скорости тепловыделения
10.3.4 Концептуальная модель сгорания дизельного топлива с прямым впрыском
10.4 Поведение при распылении топлива
10.4.1 Впрыск топлива
10.4.2 Общая структура распылителя
10,4 .3 Распыление и проявление распылением
10.4.4 Проникновение при распылении
10.4.5 Распределение размеров капель
10.4.6 Испарение при распылении
10.5 Задержка воспламенения
10.5.1 Определение и обсуждение
10.5.2 Качество воспламенения топлива
10.5.3 Самовоспламенение и предварительное горение
10.5.4 Физические факторы, влияющие на задержку воспламенения
10.5.5 Влияние свойств топлива
10.5.6 Корреляции для задержки зажигания в двигателях
10.6 Горение под контролем смешения
10.6.1 Общие сведения
10.6.2 Распыление и пламя Структура
10.6.3 Смешивание топлива и воздуха и скорости горения
10.7 Альтернативные подходы к сжиганию от сжатия-воспламенения
10.7.1 Многоканальное сгорание дизельного топлива
10.7.2 Расширенные концепции сгорания от сжатия-воспламенения
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 11 Образование и контроль загрязняющих веществ
11.1 Характер и масштаб проблемы
11.2 Оксиды азота
11.2.1 Кинетика образования NO
11.2.2 Образование NO2
11.2.3 Образование NO в двигателях с искровым зажиганием
11.2.4 Образование NOx в двигателях с воспламенением от сжатия
11.3 Углерод Монооксид
11.4 Выбросы углеводородов
11.4.1 Общие сведения
11.4.2 Основы тушения пламени и окисления
11.4.3 Выбросы углеводородов из двигателей с искровым зажиганием
11.4.4 Механизмы выбросов углеводородов в дизельном двигателе
11.5 Выбросы твердых частиц
11.5.1 Твердые частицы двигателя с искровым зажиганием
11.5.2 Характеристики частиц дизельного топлива
11.5.3 Распределение твердых частиц в цилиндре
11.5.4 Основы образования сажи
11.5.5 Окисление сажи
11.5.6 Адсорбция и конденсация
11.6 Очистка выхлопных газов
11.6.1 Доступные опции
11.6.2 Основы катализатора
11.6.3 Каталитические преобразователи
11.6.4 Фильтры или ловушки твердых частиц
11.6.5 Системы очистки выхлопных газов
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 12 Теплопередача двигателя
12.1 Важность теплопередачи
12.2 Режимы теплопередачи
12.2.1 Проводимость
12.2.2 Конвекция
12.2.3 Радиация
12.2.4 Общий процесс теплопередачи
12.3 Теплопередача и энергетический баланс двигателя
12.4 Конвективная теплопередача
12,4 .1 Анализ размеров
12.4.2 Корреляции для усредненного по времени теплового потока
12.4.3 Корреляции для мгновенных пространственных средних коэффициентов
12.4.4 Корреляции для мгновенных локальных коэффициентов
12.4.5 Теплопередача выхлопной и впускной систем
12.5 Радиационная теплопередача
12.5.1 Излучение газов
12.5.2 Излучение пламени
12.6 Измерение мгновенных скоростей теплопередачи
12.6.1 Методы измерения
12.6.2 Измерения двигателя с искровым зажиганием
12.6.3 Измерения дизельного двигателя
12.6.4 Оценка корреляции теплопередачи
12.6.5 Поведение пограничного слоя
12.7 Термическая нагрузка и температуры компонентов
12.7.1 Влияние переменных двигателя
12.7.2 Распределение температуры компонентов
12.7.3 Прогрев двигателя
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 13 Трение и смазка двигателя
13.1 Общие сведения
13.2 Определения
13.3 Основы трения
13.3.1 Трение со смазкой
13.3.2 Турбулентное рассеивание.3 Всего
13.3 Трение
13.4 Методы измерения
13.5 Данные о трении двигателя
13.5.1 Двигатели SI
13.5.2 Дизельные двигатели
13.6 Механические компоненты трения
13.6.1 Тесты поломки моторизованного двигателя
13.6.2 Система смазки двигателя
13.6.3 Трение и смазка поршневого узла
13.6.4 Трение коленчатого вала
13.6.5 Трение клапанного механизма
13.7 Накачивающее трение
13.8 Требования к мощности дополнительного масла
13.
13.10 Моделирование трения двигателя
13.10 Моделирование трения двигателя
Расход
13.10.1 Контекст потребления масла
13.10.2 Транспортировка масла в цилиндр
13.10.3 Испарение масла
13.10.4 Продувка и унос масла
13.11 Смазочные материалы
Проблемы
Ссылки
ГЛАВА 14 Моделирование реального потока в двигателе и процессов сгорания
14.1 Назначение и классификация моделей
14.2 Управляющие уравнения для открытой термодинамической системы
14.2.1 Сохранение массы
14.2.2 Сохранение энергии
14.3 Потребление и Модели потока выхлопных газов
14.3.1 Общие сведения
14.3.2 Модели квазистационарного потока
14.3.3 Методы наполнения и опорожнения
14.3.4 Газодинамические модели
14.4 Термодинамические модели цилиндров
14.4.1 Предпосылки и общая структура модели
14.4.2 Модели двигателя с искровым зажиганием
14.4.3 Модели двигателя с прямым впрыском
14.4.4 Модели двигателя с форкамерой
14.4.5 Модели многоцилиндрового двигателя и сложной системы двигателя
14.4.6 Второе начало Анализ процессов в двигателе
14.5 Многомерные модели на основе гидромеханики
14.5.1 Базовый подход и управляющие уравнения
14.5.2 Модели турбулентности
14.5.3 Численная методология
14.5.4 Прогнозирование поля потока
14.5.5 Моделирование распыления топлива
14.5.6 Моделирование горения
Ссылки
ГЛАВА 15 Рабочие характеристики двигателя
15.1 Цели проектирования двигателя
15.2 Рабочие характеристики двигателя
15.2.1 Основные характеристики дизельных двигателей
и дизельных двигателей
15.2.2 Характеристики двигателя
15.2.3 Крутящий момент , Мощность и среднее эффективное давление
15.2.4 Карты производительности двигателя
15.3 Рабочие переменные, влияющие на производительность, эффективность и выбросы двигателя SI
15.3.1 Время искры
15.3.2 Состав смеси
15.3.3 Нагрузка и скорость
15.3.4 Степень сжатия
15.4 Конструкция системы сгорания двигателя SI
15.4.1 Цели и опции
15.4.2 Факторы, контролирующие горение
15.4.3 Факторы, которые Контрольные характеристики
15.4.4 Требование октанового числа камеры
15.4.5 Выбросы двигателя SI
15.4.6 Оптимизация
15.5 Переменные, влияющие на производительность, эффективность и выбросы дизельного двигателя
15.5.1 Нагрузка и скорость
15.5.2 Конструкция системы сгорания
15.5.3 Впрыск топлива и EGR
15.5.4 Общее поведение системы
15.6 Двухтактные двигатели
15.6.1 Рабочие параметры
15.6.2 Двухтактные бензиновые двигатели SI
15.6.3 Двухтактные Двигатели Cycle CI
15.7 Шум, вибрация и жесткость
15.7.1 Шум двигателя
15.7.2 Динамика возвратно-поступательного механизма
15.7.3 Балансировка двигателя
15.8 Сводка характеристик двигателя и топлива
Проблемы
Ссылки
ПРИЛОЖЕНИЕ A Коэффициенты преобразования агрегата
ПРИЛОЖЕНИЕ B Идеальные газовые отношения
B.1 Закон идеального газа
B.2 The Mole
B.3 Термодинамические свойства
B.4 Смеси идеальных газов
ПРИЛОЖЕНИЕ C Уравнения для потока жидкости через ограничение
C.1 Поток жидкости
C.2 Расход газа
Ссылки
ПРИЛОЖЕНИЕ D Данные о рабочих жидкостях
Index

Чувствительность выбросов к неопределенностям в измерениях доли остаточного газа в автомобильных двигателях: численное исследование

Начальные условия рабочей жидкости (воздушно-топливной смеси) в цилиндре двигателя, а именно состав смеси и температура, сильно влияют на характеристики сгорания и выбросы двигателя.В частности, процентное содержание фракции остаточного газа (RGF) в цилиндре двигателя может значительно изменить температуру и состав рабочей жидкости по сравнению с воздушно-топливной смесью, вводимой в двигатель, таким образом влияя на выбросы из двигателя. Точное измерение RGF является обременительным и дорогостоящим, что затрудняет точное определение начального состава смеси и температуры в любом заданном цикле двигателя. Эта неопределенность может привести к проблемам с точной интерпретацией экспериментальных данных о выбросах и с реализацией стратегий контроля в реальном времени.Количественная оценка эффектов RGF может иметь важное значение для диагностики и контроля двигателей внутреннего сгорания. В этой статье сообщается об использовании хорошо проверенной двухзонной квазимерной модели для расчета выбросов NO и CO в бензиновом двигателе. Было исследовано влияние изменения RGF на выбросы в обедненных, почти стехиометрических и богатых условиях двигателя. Численные результаты показывают, что небольшие погрешности (~ 2–4%) в измеренных / вычисленных значениях RGF могут существенно повлиять на выбросы NO / CO из двигателя.

1. Введение

Начальная температура, давление в цилиндре и состав рабочей жидкости (воздушно-топливной смеси) играют важную роль в определении характеристик сгорания и, следовательно, выбросов из двигателя. На такие характеристики, как задержка воспламенения, скорость пламени и стабильность горения, в различной степени влияют начальные условия смеси, в зависимости от условий работы двигателя (например, частота вращения двигателя, нагрузка и момент зажигания).Эти характеристики сгорания напрямую влияют на выбросы из двигателя. Такие факторы, как температура окружающей среды, влажность воздуха и остаточный газ, вносят некоторую неопределенность в определение точных начальных условий воздушно-топливной смеси в цилиндре в начале такта сжатия двигателя. Горячий сгоревший газ, захваченный в зазоре в конце такта выпуска предыдущего цикла двигателя, называется остаточным газом [1]. Хотя температуру и влажность приточного воздуха можно измерить (хотя и за плату), нет датчика для измерения количества фракции остаточного газа (RGF).RGF можно вывести только путем моделирования или оценки [2]. Трудности определения точных значений начальных условий топливно-воздушной смеси могут привести к неточности в прогнозировании модели, а также анализе и интерпретации экспериментальных данных [3–5]. Например, авторы [6] сообщают об очень контролируемом экспериментальном исследовании влияния влажности всасываемого воздуха на характеристики и выбросы четырехцилиндрового дизельного двигателя с турбонаддувом при различных оборотах двигателя и нагрузках.Авторы этого исследования сообщили о снижении содержания NO _x на 14% при небольшом добавлении влаги ~ или 1,35%, что подчеркивает важность начального состава смеси для выбросов NO из двигателя. Остаточный газ состоит из CO ₂ , H ₂ O, азота и избытка O ₂ , а также других второстепенных продуктов сгорания, таких как NO, CO и OH, и обычно имеет температуру выше 350 ° C (в зависимости от условия эксплуатации двигателя). Количество остаточного газа зависит от степени сжатия, положения клапана и перекрытия клапана.Остаточный газ (из предыдущего цикла) смешивается с поступающим свежим воздухом и топливом, вводимым в двигатель в следующем цикле, изменяя таким образом среднюю температуру и состав смеси. В двигателях с искровым зажиганием значения RGF составляют от 3% до 7% в условиях полной нагрузки, но могут достигать 20% в условиях частичной нагрузки. RGF меньше в дизельных двигателях из-за большей степени сжатия [7]. На основании результатов, показанных в [6], ясно, что RGF будет влиять на исходный состав смеси и температуру и, следовательно, на выбросы из двигателя.RGF действует как внутренняя система рециркуляции отработавших газов (рециркуляция выхлопных газов) и воздействует на выбросы при выходе из двигателя, аналогично внешней рециркуляции отработавших газов, посредством разжижения, химических и тепловых эффектов. Бензиновые двигатели обычно работают близко к стехиометрическому; следовательно, в остаточном газе присутствует мало кислорода, тогда как в дизельных двигателях (которые обычно работают на обедненной смеси) могут присутствовать значительные количества O ₂ . Концентрация O ₂ в цилиндре двигателя оказывает сильное влияние на распространение пламени и кинетику (химический эффект).Кроме того, CO ₂ и H ₂ O (основные компоненты RGF) имеют более высокую удельную теплоемкость, чем N ₂ и O ₂ (основные компоненты входящего воздуха). В результате, усредненное по смеси отношение удельных теплоемкостей ( γ ) рабочего тела понижается, что изменяет временное изменение давления и температуры в цилиндре (тепловой эффект) [8]. Присутствие CO ₂ и H ₂ O в начальной загрузке двигателя также может влиять на кинетику сгорания и, следовательно, на задержку зажигания.Учитывая эти соображения, понимание роли остаточного газа важно с точки зрения выбросов. Несколько исследований, как экспериментальных, так и численных, были проведены для определения RGF [9–18]. Однако погрешности в измерениях могут привести к ошибкам в оценках RGF. Например, [19] указывает, что ошибка измерения давления в цилиндре 5% может привести к ошибке 2-3% в оценке RGF. Понимание чувствительности выбросов при выходе из двигателя к процентному содержанию RGF в цилиндре двигателя важно с точки зрения калибровки модели и интерпретации данных двигателя.Более того, чувствительность выбросов к неопределенности в RGF также важна для разработки надежных средств управления в реальном времени для минимизации выбросов при максимальной производительности и экономии топлива. В настоящее время нет экспериментальных данных или численных исследований, оценивающих чувствительность NO и CO в двигателе на RGF и, следовательно, основное внимание в данном численном исследовании.

Здесь сообщается о систематическом исследовании чувствительности выбросов NO и CO из двигателя к небольшим погрешностям в измеренных / расчетных значениях RGF.В отсутствие экспериментальных данных численные исследования могут дать полезную информацию о влиянии RGF на выбросы из двигателя. Проведение подробного многомерного моделирования двигателя с подробным химическим составом требует больших вычислительных ресурсов. Типичное параллельное вычисление, проводимое на одноцилиндровом двигателе в течение одного цикла, требует около 24–48 часов примерно на 30–50 ядрах. Непомерно большие вычислительные ресурсы, необходимые для многомерного моделирования, исключают их использование при проведении больших параметрических исследований, необходимых для проектирования / оптимизации.Модели пониженного порядка идеально подходят для проведения параметрических исследований в таких случаях. В этом численном исследовании использовалась хорошо проверенная, быстрая, надежная двухзонная квазимерная модель. Исследовали одноцилиндровый бензиновый двигатель, работающий в обедненных ( ϕ ~ 0,8), почти стехиометрических ( ϕ ~ 1,0) и богатых ( ϕ ~ 1,12) условиях. Большинство бензиновых двигателей работают близко к стехиометрическому; тем не менее, бедные и богатые случаи также были изучены, чтобы понять влияние RGF на крайние случаи концентрации O ₂ в рабочей жидкости.Масса топлива, начальное давление в цилиндре и число оборотов в минуту были фиксированными для каждой из этих топливовоздушных смесей (от бедной до богатой). RGF варьировался от 0% (без RGF) до 7% в каждом случае, и временное изменение NO и CO для каждого из этих случаев вычислялось с использованием моделей скорости пониженного порядка. В этом исследовании использовался небольшой диапазон изменения RGF для оценки чувствительности выбросов NO и CO к небольшим неточностям в экспериментальных измерениях / численных оценках. Быстрые и надежные квазимерные модели могут использоваться не только для детального анализа одного цикла двигателя, но и для анализа полных циклов привода двигателя [20].Возможность проводить анализ чувствительности полных ездовых циклов в режиме реального времени необходима, потому что строгие стандарты выбросов в будущем потребуют анализа циклов движения по циклам. Эта работа закладывает основу как для одноциклового, так и для ездового анализа, чтобы понять влияние RGF на выбросы, и, таким образом, имеет потенциал для использования при интерпретации данных двигателя и калибровке модели в широком диапазоне работы двигателя.

Эта статья организована следующим образом. В разделах 2 и 3 кратко описываются модель и метод решения соответственно.В разделе 4 описывается проверка модели, а в разделе 5 обсуждаются результаты для одноцилиндрового бензинового двигателя. В разделе 6 кратко излагаются основные результаты этой работы.

2. Математическая формула

В этом разделе описывается двухзонная квазимерная модель, используемая для вычисления временного изменения среднего давления в цилиндре, а также температуры сгоревшего и несгоревшего газа в двигателе с искровым зажиганием. В этом разделе также описаны модифицированные модели с регулируемой скоростью реакции для NO и CO.

2.1. Двухзонная модель для расчета временных изменений температуры и давления

Численная модель, используемая для расчета временных изменений температуры и давления в одноцилиндровом дизельном двигателе, подробно описана в [8]. Похожая методика была использована в этой работе для моделирования двигателя с искровым зажиганием. Временные изменения давления и температуры двигателя во время сжатия и рабочего хода были получены путем численного решения уравнения энергии, как в [8].

Уравнение энергии, описывающее изменение давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала, выглядит следующим образом. Количество тепла, выделяемого () из-за сожженного топлива от θ , определяется как тепло, теряемое двигателем в течение интервала времени, определяется как В данной работе температура стенки в (3) принималась постоянной и составляла 400 ° К.

Мгновенные значения объема и площади () задаются моделью кривошипа-ползунка, как описано в [7, 8]

Коэффициент конвективной теплопередачи выражается хорошо известной корреляцией Вошни и выражается как [21] где 3.26 — коэффициент масштабирования в корреляции Вошни.

Скорость сгоревшего газа в (4) определяется как Влияние температуры и состава смеси на теплофизические свойства рабочего тела было включено в решение уравнения энергии. Временные вариации теплофизических свойств всех компонентов газовой смеси получены с использованием термодинамических коэффициентов из базы данных CHEMKIN. Правильный расчет изменения во времени теплофизических свойств рабочего тела в зависимости от состава смеси и температуры чрезвычайно важен для правильного прогнозирования давления и температуры двигателя, как указано в [8].Во многих квазизмерных моделях используются постоянные значения отношения удельных теплоемкостей () во время тактов сжатия и расширения, что может привести к неточностям в вычисленном давлении двигателя и, как следствие, в температуре и выбросах. Эта ситуация особенно актуальна для бедных смесей или двигателей, работающих на высоких фракциях EGR. Полиномиальные выражения, зависящие от температуры, для удельной теплоемкости (), энтальпии () и внутренней энергии () отдельных частиц в рабочей жидкости были вычислены с использованием процедуры, описанной в [22].

Усредненные по смеси значения удельной теплоемкости рабочего тела были усреднены с использованием мольных долей следующим образом. Следуя процедуре в [8], химия горения топлива моделировалась одностадийной глобальной реакцией. Процесс сгорания предварительно перемешанной топливно-воздушной смеси после искры был смоделирован с использованием хорошо известной функции Вибе [7], где, и — мгновенный угол поворота коленчатого вала, угол поворота коленчатого вала для начала горения и продолжительность горения , соответственно. Кроме того, это сожженное топливо, это общее количество топлива в НМТ, и это доля массы топлива, сожженная при каждом угле поворота коленчатого вала, и используется для вычисления в (2).Константы функции Вибе; а именно, «», «» и «» являются функциями различных параметров, таких как геометрия двигателя, тип топлива, соотношение воздух-топливо, скорость двигателя и нагрузка.

Средняя температура газа была получена следующим образом: Функцию Вибе можно использовать для вычисления массы топлива, сжигаемого при каждом угле поворота коленчатого вала. Компоненты в сгоревшей и несгоревшей зонах рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить общий элементный баланс (и, следовательно, баланс массы) в цилиндре. Зная массы обожженной и несгоревшей зон, была получена температура сгоревшего и несгоревшего газа, где нижние индексы «» и «» обозначают несгоревшее и сгоревшее количества соответственно.Для простоты предполагалось, что теплообмена между обгоревшей и несгоревшей зоной отсутствует. Объемная доля сгоревшего газа = может быть получена с помощью следующего соотношения [7]. Следующее [7] было использовано для простоты.

Моли CO ₂ , H ₂ O, O ₂ и N ₂ , полученные в CAD в соответствии с одноступенчатой ​​глобальной химической моделью, следующие: где — количество атомов углерода , — количество атомов водорода, — молекулярная масса топлива.В (13) и (14) ϕ и β обозначают отношение эквивалентности и отношение N ₂ : O ₂ моль в воздухе (обычно 3,76).

Общее количество молей любого вида (CO ₂ , H ₂ O, O ₂ и N ₂ ) в зоне выгорания при любом угле поворота кривошипа. θ , где суммирование проводится по интервал угла поворота коленчатого вала от (SOI) до θ . Поскольку начальные моли топлива, O ₂ и N ₂ , известны, состав зоны сгорания (и, следовательно, зоны без сгорания) может быть рассчитан на основе (11) — (15).

2.2. Модифицированная модель NO с контролируемой скоростью

Расширенный механизм Зельдовича использовали для получения выражения скорости для скорости изменения концентрации NO во времени. Подробности механизма и ставок можно найти в [7] (стр. 573). На основе расширенного механизма Зельдовича выражение для скорости изменения NO во времени выглядит следующим образом. Следуя упрощающим предположениям в [7], Равновесные концентрации O, N ₂ , NO, H, OH и O ₂ используются при вычислении правой части (17).Уравнение (17) справедливо в условиях постоянного объема. В двигателе внутреннего сгорания объем цилиндра изменяется со временем.

Поскольку концентрация, где — количество молей NO, а — мгновенный объем цилиндра, LHS (17) можно переписать, как обсуждалось в [23], что, как можно показать, дает, где — скорость изменения Концентрация NO при постоянном объеме, рассчитанная с использованием (17). Второй член справа в (18) учитывает уменьшение концентрации NO в результате увеличения объема цилиндра во время такта расширения.

От SOI до EOC сожженный объем может быть вычислен на основе процедуры, описанной ранее. После EOC, где — объем цилиндра при угле поворота коленчатого вала Уравнение (19) в данной работе называется модифицированной моделью NO с контролируемой скоростью реакции, поскольку оно учитывает скорость изменения объема двигателя при определении концентрации NO во время цикл двигателя.

Константы скорости и равновесные концентрации компонентов, используемые при оценке (19), вычисляются с использованием температуры и давления сгоревшего газа при заданном угле поворота коленчатого вала.Эффекты смешения сгоревшего и несгоревшего газа и градиенты температуры в области сгоревшего газа не учитываются. Решение (19) дает изменение концентрации NO во времени (в моль / см ³ ).

2.3. Модифицированная модель CO с контролируемой скоростью

Модифицированная модель CO с контролируемой скоростью, используемая в этой работе, является адаптацией модели, обсуждаемой в [24]. Подобно (19), модифицированная модель CO, используемая в этой работе, может быть записана как в (20) скорость изменения концентрации CO при постоянном объеме и выражается как где — параметр калибровки.может быть оценен с использованием соотношения между экспериментальными данными и прогнозами модели, полученными путем настройки для заданного набора рабочих условий. Это калиброванное значение остается неизменным для всех других условий эксплуатации.

Детали (21) вместе со скоростями реакций описаны в [24] (см. Уравнение 28). Концентрация всех членов, необходимых для оценки правой части (21), представляет собой равновесные значения при заданной температуре и давлении, соответствующих заданному углу поворота коленчатого вала.

3. Подробности вычислений

Двухзонная квазимерная модель, описанная выше, была использована для изучения характеристик и выбросов одноцилиндрового бензинового двигателя.Изооктан (C ₈ H ₁₈ ) был использован в качестве заменителя бензина для простоты. В с (11) по (14), и; β , отношение N ₂ : O ₂ в воздухе, принимается равным 3,76 и представляет собой молекулярную массу топлива (114 г / моль для изооктана). Были рассмотрены три различных отношения эквивалентности ( ϕ ), а именно: ϕ = 0,8 (обедненный), 1,0 (стехиометрический) и 1,12 (богатый). Крутящий момент двигателя для каждого из этих случаев поддерживался постоянным на уровне 17 Нм.Масса топлива и начальное давление в цилиндре в нижней мертвой точке (НМТ) поддерживались постоянными для каждого из рассматриваемых случаев. RGF варьировался от 0% до 7% для всех коэффициентов эквивалентности, рассмотренных в данной работе. Поскольку рассматриваемая в данной работе доля RGF невелика, она незначительно влияет на характеристики горения (скорость горения), поэтому для простоты во всех случаях, рассмотренных в данной работе, использовались одни и те же параметры Вибе. Предполагалось, что RGF состоит из CO ₂ , H ₂ O, N ₂ и избытка O ₂ (для бедных случаев).Начальная температура цилиндра при НМТ была рассчитана как среднемассовая температура входящего воздуха и предполагалось процентное содержание RGF. Исходный газовый состав баллона (моль O ₂ , N ₂ , H ₂ O, CO ₂ и топливо) был рассчитан на основе давления (в НМТ), среднемассовой температуры, коэффициент эквивалентности и RGF.

Численная процедура для получения давления в цилиндре дизельного двигателя подробно объяснена в [8]. Та же процедура была адаптирована для получения давления и температуры в двигателе SI с использованием описанных выше уравнений.Вкратце, для данного набора рабочих условий, а именно, заданной массы смеси топливо-воздух-RGF и температуры в НМТ, (1) решалось итеративно с использованием (2) — (10) для получения давления в цилиндре из θ = -180 (НМТ) до (угол поворота коленчатого вала для открытия выпускного клапана) с шагом 0,5 °. был установлен на 140 ° в каждом из рассмотренных случаев. Для заданного давления при угле поворота коленчатого вала значения температуры сгоревшего и несгоревшего газа были получены с использованием (9).

Размеры двигателя и условия эксплуатации, использованные в данной работе, показаны в таблицах 1 и 2 соответственно.

Диаметр цилиндра 59 Ход 103 Степень сжатия 8,1 Длина шатуна

Скорость (об / мин) 1100 Температура воздуха на входе 30 ° C RG 350 ° C Время искры 26 btDC

Зона горения включала CO ₂ , H ₂ O, избыток O ₂ и соответствующие количество N ₂ , а в несгоревшей зоне — несгоревшая часть фу el, O ₂ и N ₂ .Уравнения (11) — (15) объясняют процедуру вычисления состава зоны выгорания.

Зная временные изменения температуры, давления и элементного состава обожженной зоны (от (11) до (15)), можно вычислить временные изменения NO и CO, используя (19) и (20) соответственно. Как объяснялось ранее, решение этих уравнений требует вычисления равновесных концентраций O, N, OH, H, O ₂ , CO, CO ₂ и N ₂ при каждом угле поворота коленчатого вала.Расчет равновесных концентраций требует очень много времени. Для этой цели использовался быстрый, точный и надежный решатель, основанный на методе константы равновесия, подробно описанном в [25]. Равновесный решатель, обсуждаемый в [25], позволяет вычислять равновесные концентрации, необходимые для вычисления (19) и (20) чрезвычайно быстро (порядка нескольких микросекунд для заданных температуры, давления и состава смеси). Соединение уравнения энергии с быстрым, равновесным решателем (необходимым для вычисления равновесных концентраций) чрезвычайно важно для того, чтобы можно было вычислить производительность и выбросы во всем цикле двигателя за миллисекунды.

4. Проверка модели

Двухзонная модель, описанная в разделе 2, была проверена путем подробного сравнения давления в цилиндре и прогнозов NO и CO на выходе из двигателя с экспериментальными данными, приведенными в [26]. На рисунках 1–3 показаны подробные подтверждения значений давления, NO и CO, полученные с использованием двухзонной модели, использованной в данной работе. На рисунке 1 показано, что модель хорошо соответствует давлению двигателя. Расхождение экспериментальных данных с моделью при −10 ° ≤ θ ≤ 2 ° можно отнести к тепловым потерям от двигателя.В источниках [27, 28] исследовалось влияние различных хорошо известных корреляций теплопередачи на давление в двигателе и сообщалось о значительных различиях между прогнозируемыми давлениями, особенно во время такта сжатия. Кроме того, квазимерная модель, используемая в этой работе, не имеет модели трещин, которая также могла бы привести к расхождению давления между моделью и экспериментальными данными. В целом, профиль давления, предсказанный моделью, хорошо согласуется с экспериментальными данными. Величина и местоположение пикового давления, которое важно с точки зрения прогнозирования выбросов, хорошо фиксируются моделью.На рисунке 2 показано сравнение NO при выходе из двигателя, предсказанного моделью, и экспериментальными данными. Видно, что модель правильно отражает хорошо известный тренд изменения NO с коэффициентом эквивалентности [7]. Образование NO зависит от концентраций N ₂ и O ₂ , а также от температуры сгоревшей газовой смеси. Хотя температура сгоревшей газовой смеси выше в условиях, близких к стехиометрическим (по сравнению с бедными смесями), концентрации N ₂ и O ₂ в бедных смесях выше, чем в смесях, близких к стехиометрическим.Учитывая противоположное влияние температуры и концентрации частиц N ₂ и O ₂ на скорость образования NO, максимальное образование NO происходит при 0,8 < φ <0,85. Рисунок 2 показывает, что прогнозируемый NO примерно на 7% выше, чем экспериментально наблюдаемый NO при выходе из двигателя. Это различие можно объяснить тем, что используемая в данной работе двухзонная модель не учитывает эффекты смешения и потери тепла в окружающий несгоревший газ. В реальном двигателе температура сгоревшего газа ниже из-за эффектов теплообмена между сгоревшим газом и несгоревшим газом, таким образом понижая температуру области сгоревшего газа.Несмотря на упрощающие допущения в двухзонной модели, модель хорошо предсказывает отсутствие двигателя. На рисунке 3 показано сравнение экспериментально измеренного CO вне двигателя и прогнозов модели. Замечено, что модель хорошо отражает характеристики образования СО.

5. Результаты и обсуждения

Эксперименты, изучающие влияние чувствительности RGF на выбросы от двигателя, отсутствуют. Следовательно, в этом разделе обсуждается влияние изменений в RGF на NO и CO в выхлопных газах на основе численных результатов, полученных с использованием хорошо проверенной квазимерной модели, описанной в разделе 2, для условий, описанных в разделе 3.

Как обсуждалось ранее, давление в цилиндре в НМТ поддерживалось постоянным для данного коэффициента эквивалентности для всех рассматриваемых фракций RGF. Поскольку давление в баллоне при НМТ может быть вычислено с использованием закона идеального газа, где средняя плотность вычисляется как и является средневзвешенной массой поступающего воздуха при 30 ° C, а остаточный газ () предполагается, что имеет температуру 350 ° C.

Увеличение процентного содержания RGF в BDC означает увеличение как массы остаточного газа (), так и средней температуры () и, следовательно, уменьшение массы воздуха.Уменьшение массы поступающего воздуха означает уменьшение количества молей N ₂ и O ₂ в рабочем теле.

На рис. 4 показано изменение массы входящего воздуха для каждого из рассматриваемых в данной работе соотношений воздух-топливо. Как объяснялось выше, увеличение% RGF снижает массу поступающего воздуха для всех коэффициентов эквивалентности, рассмотренных в этой работе.

Полное одностадийное сжигание углеводорода (бедное и стехиометрическое) можно представить как Для C ₈ H ₁₈ , и; следовательно, полное сгорание 1 моля бензина даст 8 моль CO ₂ и 9 моль H ₂ O.

На рисунках 5, 6 и 7 показано изменение молей CO ₂ , H ₂ O и CO в зоне сгоревшего газа, нормированное на общее количество молей топлива без остаточного газа в исходной смеси. (% RGF = 0). Во время такта расширения бедный и стехиометрический случаи показывают, что нормированные моли CO ₂ и H ₂ O близки к теоретически ожидаемым значениям, а моли CO незначительны. В богатых смесях не хватает кислорода для полного сгорания; следовательно, моли CO ₂ и H ₂ O после сгорания ниже ожидаемых теоретических значений.Богатые смеси также показывают значительно большую концентрацию CO по сравнению с бедными и стехиометрическими случаями.

На рисунке 8 показано влияние процентного содержания RGF на максимальную температуру сгоревшего газа для всех соотношений эквивалентности, изученных в этой работе. Пиковая температура сгоревшего газа стехиометрической смеси выше, чем пиковая температура сгоревшего газа обедненной и богатой смесей для каждого из случаев RGF. Это хорошо известное явление при сжигании углеводородного топлива [29].Для бедных смесей увеличение RGF приводит к повышению максимальной температуры. Поскольку давление в НМТ поддерживается постоянным для каждого рассматриваемого отношения эквивалентности, уменьшение массы рабочей жидкости, как показано на рисунке 4, приводит к более высокой пиковой температуре горения, как требуется в (14). Однако в стехиометрических и богатых смесях эта тенденция меняется на противоположную, несмотря на уменьшение массы рабочего тела. Это можно объяснить неполным сгоранием. По мере увеличения процентного содержания RGF в смеси масса поступающего воздуха уменьшается, что приводит к уменьшению содержания O ₂ в смеси топливо-воздух-RGF.Снижение содержания O ₂ в рабочем теле приводит к неполному сгоранию топлива. Другими словами, отсутствие достаточного количества O ₂ в смеси означает, что все моли топлива не полностью конвертируются в теоретически ожидаемые моли CO ₂ и H ₂ O, но производит большую долю CO. топливо, которое можно сжигать для получения дополнительной тепловой энергии за счет экзотермической реакции [1] Снижение максимальной температуры сжигаемого газа в богатых смесях происходит из-за потери тепловой энергии при преобразовании CO в CO ₂ , как показано на ( 26).Следует отметить тот факт, что стехиометрическая смесь (при RGF = 0%) становится богатой при введении RGF.

Процентное падение пиковой температуры близко к процентному содержанию RGF, введенного в смесь, как для стехиометрических, так и для богатых смесей. Другими словами, введение 3% RGF в рабочую жидкость снижает пиковую температуру (смеси 0% RGF) примерно на 3%.

На рисунке 9 показано влияние процентного содержания RGF на NO вне двигателя для трех рассмотренных коэффициентов эквивалентности.Как и ожидалось, для любого заданного RGF бедные смеси производят более высокий выброс NO при выходе из двигателя, чем стехиометрические и богатые смеси. Кроме того, для данного отношения эквивалентности увеличение RGF снижает NO. Причина такой тенденции заключается в следующем. Увеличение RGF снижает массу свежего воздуха (следовательно, O ₂ ) в смеси (эффект разбавления RGF). Несмотря на повышенную пиковую температуру (для бедных смесей) сниженная масса O ₂ и N ₂ в исходной рабочей жидкости снижает NO.RGF действует как внутренняя рециркуляция выхлопных газов (EGR) и, следовательно, приводит к снижению NO. Процент RGF оказывает значительное влияние на выбросы NO как для бедной, так и для богатой смеси. Например, численные результаты показывают, что для бедных смесей, если измеренное / оцененное RGF = 5% с ошибкой измерения / оценки ± 2%, ошибка в предсказанном NO составляет около 20%. Ошибка еще более серьезна, если учесть, что для бедных смесей при RGF = 7% наблюдается снижение NO примерно на 45% по сравнению с RGF = 0.Богатые смеси показывают снижение NO примерно на 70% при RGF 7% по сравнению с RGF = 0. Эти результаты показывают, что даже небольшая неточность в вычисленном / измеренном значении фракции RGF может оказать значительное влияние на двигатель. из НЕТ.

На рис. 10 показано влияние процентного содержания RGF на CO вне двигателя для трех рассмотренных коэффициентов эквивалентности. Как и ожидалось, для любого заданного RGF бедные смеси производят меньше CO на выходе из двигателя, чем богатые смеси. Кроме того, когда процентное содержание RGF увеличивается, CO увеличивается для всех коэффициентов эквивалентности.Как и в случае выбросов NO из двигателя, видно, что процентное содержание RGF в смеси оказывает существенное влияние на выбросы CO в двигателе. В качестве примера численные результаты показывают, что для стехиометрических смесей, если измеренное / оцененное RGF = 5% с погрешностью ± 2% в измерении / оценке, ошибка прогнозируемого CO составляет от 26 до 33%. На рисунках 9 и 10 показано влияние, которое RGF может оказать на выбросы из двигателя. Приведенные выше результаты предполагают, что инженеры-проектировщики и специалисты по контролю должны будут учитывать неопределенность в точности измерения / прогнозирования RGF при анализе данных и стратегиях оптимизации / управления.

На рисунке 11 показано изменение во времени NO в цилиндре в зоне горения для бедных смесей (а) и богатых смесей (б). Как и ожидалось, после начала зажигания (26 bTDC) NO очень мало. Во время такта сжатия температура зоны выгорания увеличивается, а объем цилиндра уменьшается; следовательно, концентрация NO увеличивается и достигает своего пика около верхней мертвой точки. После завершения сгорания, когда все топливо сгорает (как в бедном случае) или весь кислород израсходован (как в богатом случае), температура сгоревшего газа начинает снижаться по мере увеличения объема цилиндра (во время мощность или ход расширения).В течение этого периода масса NO замерзает и остается почти постоянной до открытия выхлопного отверстия (140 ° CAD). Это хорошо известное поведение изменения NO во времени наблюдается как для бедных, так и для богатых смесей с RGF и без него. Включение поправки на объем в уравнение скорости для NO (и CO), как обсуждалось в (18), позволяет прогнозировать правильное физическое поведение молей NO (и CO) во время хода расширения.

На Фигуре 12 показано влияние RGF на соотношение удельных теплоемкостей ( γ ) как для бедной, так и для богатой смесей.Увеличение RGF увеличивает концентрацию CO ₂ и H ₂ O в рабочей жидкости. Как объяснялось ранее, более высокие значения удельной теплоемкости CO ₂ и H ₂ O имеют тенденцию к уменьшению среднего значения по смеси γ . Такое поведение наблюдается как для бедных, так и для богатых смесей. Этот эффект уменьшения γ аналогичен эффекту введения EGR в рабочую жидкость, как описано в [8].

Как отмечалось ранее, малое время вычислений для моделирования полного цикла квазимерных кодов позволяет использовать их для проектных / параметрических исследований.Были разработаны быстрые надежные решатели, позволяющие квази-мерному коду, используемому в этой работе, завершить моделирование цикла двигателя за 70 миллисекунд на процессоре Intel E7500 с тактовой частотой 2,93 ГГц. Поскольку код работает со скоростью, близкой к реальному времени, крупномасштабные параметрические исследования цикла двигателя могут проводиться с минимальными вычислительными ресурсами и минимальным временем.

6. Резюме и выводы

Хорошо проверенная двухзонная квазимерная модель двигателя использовалась для проведения численного исследования чувствительности выбросов NO и CO при выключенном двигателе к неопределенности в процентном отношении остаточной газовая фракция.Модели контроля скорости образования NO и CO включали эффект изменения объема цилиндра. Усредненное по смеси отношение удельной теплоемкости ( γ ), вычисленное на основе температуры и состава рабочей жидкости, использовалось для более точного прогнозирования давления двигателя и, следовательно, выбросов. Подробная проверка двухзонной модели для NO и CO была представлена ​​для ряда соотношений эквивалентности. Обсуждались временные вариации NO, CO и γ . Модель правильно предсказывает характеристики горения обедненных, стехиометрических и богатых смесей.Бедные и стехиометрические смеси претерпевают почти полное сгорание, что приводит к образованию CO ₂ и H ₂ O, очень близких к теоретически ожидаемым значениям, тогда как богатые смеси дают значительно более высокую концентрацию CO по сравнению с обедненными и стехиометрическими смесями. Модель также правильно предсказывает, что максимальная температура сгоревшего газа возникает для стехиометрической смеси для всех рассмотренных RGF. Модель также хорошо предсказала известные тенденции выбросов NO и CO.Включение поправки на объем в уравнения скорости для CO и NO необходимо для того, чтобы уловить правильную временную изменчивость этих веществ. Учет влияния состава смеси и температуры показывает, что значения усредненного по смеси γ уменьшаются с увеличением RGF (как и ожидалось). Результаты численного исследования показали, что небольшие погрешности в измеренных / вычисленных значениях RGF могут иметь значительное влияние на выбросы NO / CO из двигателя. Численные результаты показали, что ошибка 2% в измеренном / оценочном значении RGF может привести к ошибке 20% в прогнозе NO для бедных смесей и примерно 30% ошибке в прогнозе CO для стехиометрических смесей.В этом исследовании подчеркивается важность учета неопределенности в измеренном / оценочном значении RGF при разработке и оптимизации алгоритмов управления автомобильными выбросами.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Выражение признательности

Этот материал основан на работе, поддержанной Управлением науки Министерства энергетики США в соответствии с Контрактом №. DE-AC02-06Ch21357.

Двигатели внешнего сгорания — Bioliquids-CHP

Двигатель внешнего сгорания — это тепловой двигатель, в котором (внутренняя) рабочая жидкость сжимается и нагревается за счет сгорания внешнего топлива через стенку двигателя или теплообменник. Затем жидкость, расширяясь и воздействуя на механизм двигателя (поршень или турбину), создает мощность на валу. Паровые двигатели и двигатели Стирлинга являются наиболее известными двигателями внешнего сгорания.

Сильной стороной двигателей внешнего сгорания по сравнению с двигателями внутреннего сгорания является совместимость с широким спектром возобновляемых источников энергии и топлива.Они могут использовать тепло из любых источников, таких как биомасса и продукты, полученные из биомассы, бытовые отходы, ядерные, солнечные, геотермальные или экзотермические реакции, не связанные с горением. В последнем случае они строго классифицируются не как двигатели внешнего сгорания, а как внешние тепловые двигатели. Другими важными преимуществами двигателей внешнего сгорания являются низкие выбросы из-за постоянного внешнего сгорания и низкий уровень шума из-за исключения выхлопа продуктов сгорания под высоким давлением.
Перспективными концепциями двигателей внешнего сгорания являются двигатели Стирлинга, которые преобразуют тепловую энергию в механическую энергию поршня (поршней), совершающего возвратно-поступательное движение. Перемещение поршней происходит за счет циклического изменения давления газовой фазы рабочего тела под действием изменения его температуры и объема. Высокий теоретический термический КПД (КПД Карно), длительный интервал технического обслуживания, меньшее количество движущихся частей — дополнительные преимущества двигателей Стирлинга.

На практике термодинамический цикл Стирлинга отклоняется от теоретического цикла из-за потерь на трение, утечки рабочей жидкости, мертвых объемов и т. Д.Технические проблемы, в частности уравновешивание поршней (или поршня и буйка), совершающих возвратно-поступательное движение с фазовой задержкой, и уплотнение горячего поршня, в настоящее время препятствуют широкому применению двигателей Стирлинга.

Значительные улучшения двигателей Стирлинга ожидаются за счет использования двигателей, в которых вытеснитель жестко соединен с силовым поршнем. В этих двигателях узел поршень-вытеснитель перемещается за счет циклического изменения давления рабочего тела под влиянием изменения его температуры и количества внутри камеры двигателя.Эта концепция двигателя имеет ряд преимуществ по сравнению с современными двигателями внешнего (Стирлинга) и особенно внутреннего сгорания. Двигатель имеет только одну движущуюся часть и не имеет газовых пружин, поршневых колец и других трущихся деталей, требующих смазки. Это решает проблемы высокотемпературного уплотнения и балансировки поршней и снижает тепловые потери. Причем оба хода поршня рабочие в отличие от любых других типов поршневых двигателей.

ECT инициировала разработку принципиально нового однопоршневого двигателя внешнего сгорания и построила термодинамическую модель двигателя (новый тепловой цикл), подробную математическую модель двигателя и численную программу для моделирования характеристик двигателя.Также были подготовлены строительные чертежи двигателя, который строится в настоящее время.

ECT инициировала разработку принципиально нового однопоршневого двигателя внешнего сгорания (см. Рисунок ниже). Разработаны термодинамическая и детальная математическая модели двигателя (новый тепловой цикл) и численная программа для моделирования работы двигателя. На основе теоретических результатов был спроектирован двигатель и подготовлены строительные чертежи. После изготовления узлов двигателя двигатель был собран.Начались первые испытания двигателя.

Определение оптимального рабочего тела турбины для рекуперации тепла выхлопных газов ДВС

Матвеев Юрий ^{1 *} , Марина Черкасова ¹ , Рассохин Виктор ¹ , Кирилл Лапшин ¹ , Николай Кортиков 18 906 , Ростислав Ивановский ¹ , Евгений Юрьевич ¹ , Сергей Вохмянин ¹ , Виктор Попов ¹ и Ирина Ахметова ²

¹ ул. Петра Великого.Санкт-Петербургский политехнический университет, Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия
² Казанский государственный энергетический университет, Казань, Российская Федерация

Внедрение микропаровой турбины для рекуперации тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и последующего приобретения дополнительной мощности. исследованы во многих развитых странах мира. Результаты таких исследований уже нашли применение в некоторых грузовиках. Но этот тип турбин очень слаб на российском рынке.Турбинная установка за ДВС работает в условиях малого объемного расхода рабочей жидкости. Это приводит к уменьшению высоты проточного канала лопаточных и крыльчатых колес и увеличению относительных величин зазоров в уплотнениях, которые являются причинами роста утечек рабочей жидкости. Высокая степень снижения давления при выборе одноступенчатой ​​турбины приводит к сверхзвуковой скорости в проточной части и увеличению потерь из-за мощных ударных волн.КПД турбинной установки в этих условиях эксплуатации невысок и требует дополнительных исследований. В данной работе были исследованы рабочие жидкости, которые могут дать наибольший КПД турбинной установки. Было показано, что необходимо учитывать не только термодинамические, но и опасные и экономические параметры. Проведено сравнение рабочего тела с высокой термодинамической эффективностью с экономически выгодным. Было выбрано наиболее подходящее вещество и внедрено в микропаровую турбину.Ступень турбины, позволяющая повысить экономичность и экологичность двигателя внутреннего сгорания, была разработана и оптимизирована аналитическими методами.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

% PDF-1.4 % 1 0 obj > endobj 2 0 obj > / Содержание [5 0 R] >> endobj 3 0 obj > endobj 4 0 obj > endobj 5 0 obj > транслировать конечный поток endobj 6 0 obj > транслировать application / pdf

2020-04-30T22: 33: 16 + 05: 30PDF Разделение и слияние (http://www.pdfarea.com) 2020-04-30T22: 33: 16 + 05: 30PDF Разделение и слияние (http: // www. pdfarea.com) конечный поток endobj 7 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Содержание [30 0 R 31 0 R] / Группа> / Вкладки / S / StructParents 0 >> endobj 8 0 объект > транслировать конечный поток endobj 9 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / Содержание 32 0 руб.