11Фев

Назначение и общее устройство двигателя внутреннего сгорания: Принцип работы и устройство двигателя

Содержание

Мотор

Заведующий  — Иванов Александр Леонидович

Адрес: 644080, г. Омск, проспект Мира, дом 5, 2-ой корпус, кабинет 280,278

Телефон: (3812) 65-01-65, 8-913-601-34-27

Факс: (3812) 65-03-23

E-mail: [email protected]

Занятия в школе проводят ведущие специалисты кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электооборудование» «Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ)» с привлечением ведущих спортсменов автоспорта Омской области.

Занятия в школе начинаются сразу после формирования группы (8-12 человек).

Темы занятий:

  • Общее устройство автомобиля и его систем.
  • Общее устройство и работа двигателя и его систем.
  • Конструктивные особенности современных двигателей внутреннего сгорания различного назначения (особенности современных электронных систем двигателя, гибридные силовые установки, перспективы развития двигателей в XXI веке).
  • Совершенствование конструкции двигателя и его систем для повышения мощности (форсирование, чип-тюнинг, турбонаддув и т.п.) или экономичности.
  • Разработка и изготовления действующей модели автомобиля (багги, вездеход) или двигателя (по выбору).

Форма проведения занятий:

Обучение в Школе технического мастерства предусматривает сочетание теоретических (первоначальное изучение терминологии и общего устройства автомобилей и двигателей) и практических занятий в лабораториях СибАДИ.

В ходе занятий ученики знакомятся с конструкцией современных автомобилей и двигателей на базе реальных автомобилей и двигателей отечественного и импортного производства. При проведении занятий ученики самостоятельно разбирают двигатели отечественного и импортного производства, изучают их конструктивные особенности, оценивают достоинства и недостатки.

В лабораториях кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электооборудование» ученики проводят реальные испытания по определению характеристик двигателей на действующих стендах.

Общее устройство и рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания

Модуль позволяет изучить материал по теме «Общее устройство и рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания». Мультимедийные материалы, представленные в модуле, позволяют расширить представление о работе, устройстве и конструктивных особенностях автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Вы научитесь различать автомобильные двигатели по типу и конструктиввным особенностям

Категория пользователей
Обучаемый

Контактное время
130 минут

Интерактивность
Средняя

Дисциплины
Тематика среднего профессионального образования / Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта / Автомобили / Устройство автомобиля / Назначение, устройство, работа, конструктивные особенности агрегатов, механизмов, систем и деталей базовых моделей автомобилей / Назначение, устройство и работа автомобильного двигателя

Уровень образования
Профессионально-техническая подготовка, повышение квалификации

Статус
Завершенный вариант (готовый, окончательный)

Тип ИР сферы образования
информационный модуль

Место издания
Долгопрудный

Ключевые слова
Двигатель внутреннего сгорания

Правообладатель

Внимание! Для воспроизведения модуля необходимо установить на компьютере проигрыватель ресурсов.

Характеристики информационного ресурса

Тип используемых данных:
text/html, text/xml, image/jpeg, image/png, application/x-shockwave-flash, audio/mpeg, text/mjs, video/flv

Объем цифрового ИР
10 073 268 байт

Проигрыватель
multi-os

Категория модифицируемости компьютерного ИР
открытый

Признак платности
бесплатный

Наличие ограничений по использованию
нет ограничений

Рубрикация

Ступени образования
Среднее профессиональное образование

Целевое назначение
Учебное

Тип ресурса
Открытая образовательная модульная мультимедийная система (ОМС)

Классы общеобразовательной школы

Уровень образовательного стандарта
Федеральный

Характер обучения

§ 46. Двигатели внутреннего сгорания. Общее устройство судов

§ 46. Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются поршневыми тепловыми двигателями, в которых топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующаяся при сгорании смесь газов, расширяясь, перемещает поршень, совершающий механическую работу – вращение вала.

В качестве судовых ДВС в большинстве случаев применяются только дизели. Дизелями называются такие ДВС, в которых топливо, вводимое в цилиндр, в конце сжатия в нем поршнем свежего воздуха самовоспламеняется под действием температуры, поднявшейся вследствие образовавшегося в цилиндре высокого давления.

Двигатели, работающие на бензине с внешним смесеобразованием (карбюраторные двигатели) и с искусственным зажиганием топлива от электрической искры, устанавливают преимущественно на легких судах и быстроходных катерах.

Двигатели, в которых свежий воздух поступает в цилиндры под давлением выше атмосферного, называются двигателями с наддувом . Большинство ДВС средней и большой мощности бывают двигателями с наддувом.

Как известно, двигатели делятся на четырёхтактные , в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, и двухтактные , в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

В соответствии с количеством оборотов коленчатого вала различают двигатели тихоходные и быстроходные . Дизели, совершающие 100-200 об/мин, называются малооборотными.

Двигатели внутреннего сгорания разделяются на реверсивные – те, которые могут менять направление вращения, и на нереверсивные . Судовые двигатели в большинстве случаев являются реверсивными. Нереверсивные двигатели устанавливают для привода электрических генераторов.

Рис. 73. Схема устройства для работы дизеля подводной лодки на перископной глубине. 1 – воздушная шахта; 2 – обтекатель; 3 – головка с клапаном; 4 – шаровой поплавок, управляющий клапаном; 5 – козырек выхлопной шахты; 6 – выхлопная шахта; 7 – клапан; 8 – рычаг.

При работе нереверсивных двигателей на винт их снабжают реверсивными муфтами или реверс-редукторами, обеспечивающими изменение вращения винта без остановки двигателя или перемены направления вращения коленчатого вала. Нереверсивные двигатели могут быть применены при использовании винтов регулируемого шага (ВРШ).

Обычно судовые дизели средней и большой мощности делаются реверсивными с особым устройством, обеспечивающим перемену направления вращения коленчатого вала.

В качестве топлива для судовых дизелей используют тяжелые сорта жидкого топлива – дизельное и моторное.

Эффективный к. п. д. современных малооборотных дизелей достигает 42%, быстроходных- 37%. Наибольший эффективный к. п. д. и наименьший удельный расход топлива-у двигателей большой мощности. В опытных образцах двигателей с высоким наддувом эффективный к. п. д. достигает 45%.

Пуск в ход дизелей осуществляется сжатым воздухом, подаваемым из специальных пусковых баллонов под давлением 25- 30 атм, содержащих запас воздуха не менее чем на 6 пусков. На судах применяют как четырехтактные, так и двухтактные двигатели. Наибольшая мощность четырехтактных двигателей обычно не превышает 1500 э. л. с, поэтому в большинстве случаев на судах они применяются как вспомогательные и лишь в установках малой мощности – в качестве главных двигателей. В качестве же главных двигателей средней и большой мощности применяют двухтактные двигатели. На современных морских теплоходах ставят мощные малооборотные двигатели с непосредственной перодачей вращения на гребной вал.

«Единый двигатель» представляет собой энергетическую установку, обеспечивающую работу обычного дизеля подводной лодки в подводном положении по замкнутому циклу. Эта установка работает на окислителе, которым служит газообразный или жидкий кислород, содержащейся в баллонах. Выхлопные газы дизеля, очищенные и обогащенные кислородом, снова подаются во всасывающий коллектор, а избыточное количество газов отводится за борт.

На опытной немецкой подводной лодке среднего водоизмещения, построенной в период второй мировой войны, была предусмотрена установка, работающая по замкнутому циклу, мощностью всего лишь 1500 л. с. Суммарный удельный расход топлива и кислорода при работе этой установки был очень велик. Поэтому основными недостатками подводных лодок с-«единым двигателем» является малая дальность плавания, зависящая от запасов кислорода, а также повышенная взрыво- и пожароопасность в помещениях лодки.

Работа дизеля под водой (РДП) обеспечивается устройством, выдвигающимся на поверхность воды при плавании подводной лодки на перископной глубине и подающим наружный воздух. Впервые это устройство было применено в 1944 г. на немецких подводных лодках и получило название «шноркеля».

Принципиальная схема такого устройства показана на рис. 73.

Назначение и устройство двигателя внутреннего сгорания

Более сотни лет в качестве силовых установок большинства машин и механизмов используются двигатели внутреннего сгорания. В начале 20-го века они заменили собой паровой мотор внешнего сгорания. ДВС сейчас является самым экономичным и эффективным среди прочих моторов. Давайте рассмотрим устройство двигателя внутреннего сгорания.

История создания

История этих агрегатов началась примерно 300 лет назад. Именно тогда Леонардо Да Винчи разработал первый чертеж примитивного двигателя. Разработка этого агрегата дала толчок к сборке, испытаниям и постоянному совершенствованию ДВС.

В 1861 году по чертежам, которые оставил миру Да Винчи, создали первый двухтактный мотор. Тогда еще никто и не думал, что подобными установками будут комплектоваться все автомобили и другая техника, хотя тогда использовались паровые агрегаты на железнодорожной технике.

Первым, кто стал использовать ДВС на автомобилях, стал Генри Форд. Он первым написал книгу об устройстве и работе ДВС. Форд стал первым, кто вычислял КПД этих двигателей.

Классификация ДВС

В процессе развития усложнялось и устройство двигателя внутреннего сгорания. Назначение его при этом оставалось прежним. Можно выделить несколько основных видов ДВС, которые являются наиболее эффективными сегодня.

Первые по эффективности и экономичности – поршневые установки. В этих агрегатах энергия, образовавшаяся от сгорания топливной смеси, превращается в движение через систему из шатунов и коленчатого вала.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания карбюраторного ничем не отличается от других моторов. Но горючая смесь приготавливается непосредственно в карбюраторе. Впрыск осуществляется в общий коллектор, откуда под воздействием разряжения смесь попадает в цилиндры, где затем загорается от электрического разряда на свече.

Инжекторный двигатель отличается от карбюраторного тем, что топливо подается в каждый цилиндр непосредственно через отдельные форсунки. Затем после того, как бензин смешается с воздухом, топливо поджигается от искры свечи.

Дизельный мотор отличается от бензиновых. Рассмотрим кратко устройство дизельного двигателя внутреннего сгорания. Здесь для воспламенения не используются свечи. Данное топливо загорается под воздействием высокого давления. В результате дизель нагревается. Температура превышает температуру горения. Впрыск осуществляется посредством форсунок.

К ДВС относят и роторно-поршневые двигатели. В этих агрегатах тепловая энергия от сгорания топлива воздействует на ротор. Он имеет особенную форму и специальный профиль. Траектория движения ротора – планетарная (элемент находится внутри специальной камеры). Ротор одновременно выполняет огромное количество функций – это газораспределение, функция коленчатого вала и поршня.

Существуют и газотурбинные ДВС. В этих агрегатах тепловая энергия преобразуется через ротор с клиновидными лопатками. Затем эти механизмы заставляют турбину вращаться.

Самыми надежными, не требующими частого обслуживания и экономичными считаются поршневые моторы. Роторные практически не используют в массовой автомобильной технике. Сейчас модели автомобилей, оснащенных роторно-поршневыми двигателями, выпускает только японская “Мазда”. Опытные авто с газотурбинными моторами в 60-х годах выпускал “Крайслер”, и после этого больше к этим установкам не возвращался ни один автопроизводитель. В Советском Союзе газотурбированными моторами недолго оснащали некоторые модели танков и десантных кораблей. Но затем было решено отказаться от таких силовых агрегатов. Именно поэтому мы рассматриваем устройство двигателя внутреннего сгорания – они наиболее популярны и эффективны.

Устройство ДВС

В корпусе мотора объединено несколько систем. Это блок цилиндров, в котором и находятся те самые камеры сгорания. В последних сгорает топливная смесь. Также двигатель состоит из кривошипно-шатунного механизма, призванного превращать энергию движения поршней во вращение коленчатого вала. В корпусе силового агрегата имеется и газораспределительный механизм. Его задача — обеспечивать своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Двигатель не сможет работать без системы впрыска, зажигания, а также без выхлопной системы.

При запуске силового агрегата в цилиндры через открытые впускные клапаны подается смесь топлива и воздуха. Затем она воспламеняется от электрического разряда на свече зажигания. Когда смесь воспламенится и газы начнут расширятся, увеличится давление на поршень. Последний приведется в движение и заставит вращаться коленчатый вал.

Устройство и работа двигателя внутреннего сгорания таковы, что мотор работает определенными циклами. Эти циклы постоянно повторяются с высокой частотой. За счет этого обеспечивается непрерывное вращение коленчатого вала.

Принцип действия двухтактных ДВС

Когда мотор запускается, поршень, который приводится в движение посредством вращения коленвала, начинает двигаться. Когда он достигнет самой нижней своей точки и начнет двигаться вверх, в цилиндр подается топливо.

При движении вверх поршень сжимает смесь. Когда он достигнет верхней мертвой точки, то свеча за счет электрического разряда воспламеняет смесь. Газы моментально расширяются и толкают поршень вниз.

Затем открывается выпускной клапан цилиндра, и продукты сгорания выходят из цилиндров в выхлопную систему. Затем, снова дойдя до нижней точки, поршень начнет двигаться вверх. Коленчатый вал сделает один оборот.

Когда начнется новое движение поршня, впускные клапаны снова откроются, и будет подана топливная смесь. Она займет весь объем, который занимали продукты сгорания, и цикл повторится снова. За счет того, что поршни в таких двигателях работают только в двух тактах, совершается меньше движений, в отличие от четырехтактного ДВС. Снижаются потери на трение деталей. Но эти моторы сильнее нагреваются.

В двухтактных силовых агрегатах поршень также играет роль газораспределительного механизма. В процессе движения открываются и закрываются отверстия для впуска топливной смеси и выпуска отработанных газов. Худший газообмен в сравнении с четырехтактными моторами – это основной недостаток таких двигателей. В момент выпуска отработанных газов значительно теряется мощность.

На данный момент двухтактные двигатели применяются в мопедах, скутерах, лодках, бензиновых пилах и на другой маломощной технике.

Четырехтактный

Устройство двигателя внутреннего сгорания такого типа немного отличается от двухтактного. Принцип работы тоже немного другой. На одно вращение коленчатого вала приходится четыре такта.

Первым тактом является подача горючей смеси в цилиндр двигателя. Мотор под воздействием разряжения всасывает смесь в цилиндр. Поршень в цилиндре в этот момент направляется вниз. Впускной клапан открыт, и распыленный бензин вместе с воздухом попадет в камеру сгорания.

Далее идет такт сжатия. Впускной клапан закрывается, а поршень двигается по направлению вверх. При этом смесь, находящаяся в цилиндре, значительно сжимается. По причине давления смесь нагревается. Давлением повышается концентрация.

Далее следует третий рабочий такт. Когда поршень почти доходит до своего верхнего положения, срабатывает система зажигания. На свече проскакивает искра, и смесь воспламеняется. Из-за мгновенного расширения газов и распространения энергии взрыва, поршень под давлением движется вниз. Данный такт в работе четырехтактного мотора основной. Прочие три такта не влияют на создание работы и являются вспомогательными.

На четвертом такте начинается фаза выпуска. Когда поршень достигает низа камеры сгорания, открывается выпускной клапан и отработанные газы выходят сначала в выхлопную систему, а затем в атмосферу.

Вот такое устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания четырехтактного, который установлен под капотами большинства автомобилей.

Вспомогательные системы

Мы рассмотрели устройство двигателя внутреннего сгорания. Но любой мотор не смог бы работать, если бы не был оснащен дополнительными системами. О них мы расскажем ниже.

Зажигание

Эта система – часть электрического оборудования. Она предназначена для формирования искр, которые поджигают топливную смесь.

Система включает в себя АКБ и генератор, замок зажигания, катушку, а также специальное устройство – распределитель зажигания.

Впускная система

Она необходима для того, чтобы в мотор без каких-либо перебоев поступал воздух. Кислород необходим для образования смеси. Сам по себе бензин гореть не будет. Нужно отметить, что в карбюраторах впуск представляет собой только фильтр и воздуховоды. Впускная система современных авто более сложная. Она включает в себя воздухозаборник в виде патрубков, фильтр, дроссельную заслонку, а также впускной коллектор.

Система питания

Из принципа устройства двигателя внутреннего сгорания мы знаем, что мотору нужно что-то сжигать. Это бензин или дизельное топливо. Система питания обеспечивает подачу горючего в процессе работы мотора.

В самом примитивном случае данная система состоит из бака, а также топливной магистрали, фильтра и насоса, которые обеспечивает подачу горючего в карбюратор. В инжекторных автомобилях система питания контролируется ЭБУ.

Смазочная система

В смазочную систему входит масляный насос, поддон, фильтр для очистки масла. В дизельных и мощных бензиновых силовых агрегатах также имеется радиатор для очистки смазки. Насос приводится в действие от коленчатого вала.

Заключение

Вот что представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Устройство и принцип действия его мы рассмотрели, и теперь понятно, как работает автомобиль, бензопила или дизельный генератор.

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

  • своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
  • последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

  • стальная пружина;
  • устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
  • втулка, направляющая движение;
  • посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

  • минимально возможный вес;
  • антикоррозийная устойчивость;
  • безупречная теплоотдача клапана;
  • устойчивость к высоким температурам;
  • герметичность работы при контакте с седлом;
  • повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
  • отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
  • максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

  • головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
  • стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

2.1.2. Основные параметры и общее устройство двигателей внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, выполняющих различные функции. Рассмотрим устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя (см. рис. 1.1).

Схема

4-х тактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя

1. Распределительный вал

2. Толкатель

3. Цилиндр

4. Поршень

5. Штанга

6. Впускной клапан

7. Коромысло

8. Свеча зажигания

9. Выпускной клапан

10. Поршневые кольца

11. Шатун

12. Коленчатый вал

13. Поддон

Рис. 9.1

В цилиндре 3 находится поршень с поршневыми кольцами, соединенный с коленчатым валом 12 шатуном 11. При вращении коленчатого вала поршень совершает возвратно-поступательное движение. Одновремённо с коленчатым валом вращается распределительный вал 1, который через промежуточные детали (толкатель, штангу и коромысло) механизма газораспределения открывает или закрывает впускной 6 и выпускной 9 клапаны. На рис. 1.1 схематично показано, что впускные и выпускные клапаны приводятся в движение от разных распределительных валов. В действительности все клапаны приводятся в движение от одного распределительного вала. Когда поршень опускается вниз, открывается впускной клапан, и в цилиндр поступает (за счет разрежения) горючая смесь (мелкораспыленное топливо и воздух), приготовленная в карбюраторе, которая при движении поршня вверх сжимается.

В работающем двигателе при появлении электрической искры между электродами свечи зажигания 8 смесь, сжатая в цилиндре, воспламеняется и сгорает. Вследствие этого образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под давлением расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал. Так преобразуется прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. При открытии выпускного клапана и при движении поршня вверх из цилиндра удаляются отработавшие газы.

С работой двигателя связаны следующие параметры.

Основные положения кривошипно-шатунного механизма

1 — объем камеры сгорания

2 — рабочий объем цилиндра

3 — полный объем цилиндра

S — ход поршня

D — диаметр цилиндра

Р

Верхняя мертвая точка – крайнее верхнее положение поршня.

Нижняя мертвая точка – крайнее нижнее положение поршня.

Радиус кривошипа – расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

Ход поршня S – расстояние между крайними положениями поршня; равное радиусу кривошипа коленчатого вала.

Такт – часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.

ис. 1.2

Верхняя мертвая точка (ВМТ) – крайнее верхнее положение поршня (рис. 1.2).

Нижняя мертвая точка (НМТ) – крайнее нижнее положение поршня.

Радиус кривошипа – расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шейки.

Ход поршня – расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот колен-чатого вала на угол 180° (пол-оборота).

Такт – часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.

Объем камеры сгорания — объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ (рис. 1.2).

Рабочий объем цилиндра – объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.

Полный объем цилиндра – объем пространства над поршнем при нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем Vа, цилиндра равен сумме рабочего объема Vh цилиндра и объема Vс камеры сгорания, т. е.:

Vа = Vа + Vh (1.1)

Литраж двигателя (в л) для много цилиндровых двигателей – это произведение рабочего объема Vh на число i цилиндров, т. е.:

Vл = Vh I (1.2)

Степень сжатия – отношение полного объема Vа цилиндра к объему Vс камеры сгорания, т. е.:

έ = Vа / Vс = (Vа + Vh) / Vс (1.3)

Степень сжатия – показывает, во сколько раз уменьшается полный объем цилиндра двигателя при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. Степень сжатия — величина безразмерная. В карбюраторных двигателях составляет 6,5…10, а в дизелях — 14…21. С увеличением степени сжатия возрастает мощность и улучшается экономичность двигателя.

Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры двигателя. Если отношение S / D 1, то двигатель называют короткоходным. Большинство современных двигателей — короткоходные.

Трансмиссия погрузчиков: назначение и устройство

Для людей, далеких от техники, необходимо уточнить, что любой погрузчик приходит в движение за счет того, что функционирует двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Разнообразные маневры и движения техники специального назначения полностью зависят от исправного состояния трансмиссии. С конструкционной точки зрения, это один большой тандем, который состоит из нескольких механизмов, ответственных за выполнение строго установленных действий.

Трансмиссия погрузчика предназначена для передачи крутящего момента (от двигателя внутреннего сгорания к ведущим колесам спецтехники. Она также позволяет всячески варьировать данный момент, опираясь на конкретные условия эксплуатации. Помимо этого, трансмиссия погрузчика является ключевым моментом в периоды работы техники, когда необходимо отсоединить ДВС от ведущих колес. При этом, карданная и гидромеханическая передача (вместе с ведущим передним мостом) — это главное трио, от которого зависит исправная работа трансмиссии погрузчика.

Углубимся в устройство


В блоке двигателя внутреннего сгорания, механики устанавливают передачу гидромеханического типа. Она выполняет следующий ряд функциональных задач: изменяет тяговое усилие, отсоединяет двигатель внутреннего сгорания от трансмиссии в рабочем состоянии погрузчика, а также, существенно упрощает процедуру управления спецтехникой.

Помимо этого, представленное устройство позволяет аккуратно и максимально плавно подъезжать к транспортируемому грузу. Данная возможность стала доступной благодаря наличию бесступенчатого регулирования скорости езды машины.

Вторая составляющая трансмиссии погрузчика — это ведущий мост. Он состоит из картера, полуоси и главной передачи. Она является тандемом пары шестеренок спирального типа, поэтому является двойной.

Финальный элемент общего механизма трансмиссии представлен в виде карданной передачи. Его простая конструкция состоит из карданного вала, который соединяется с вилкой и крестовиной. В том случае, когда возникают существенные торцевые (и радиальные) зазоры в крестовинах, необходимо проводить тщательную диагностику, предварительно разобрав карданный шарнир. Чаще всего, такая процедура заканчивается полной заменой подшипников и самой крестовины устройства.

Трансмиссия погрузчика — это крайне сложный и самый важный механизм, который отвечает за нормальную работу техники специального назначения. Именно ее исправное состояние обеспечивает оператору простое взаимодействие с машиной, позволяя ему с легкостью подъезжать к объекту, аккуратно грузить его и в конечном итоге разгружать.

За ней нужно тщательно следить, поэтому регулярный осмотр в данном случае является обязательным требованием, которое обеспечит нормальную работу техники на многие годы корректной эксплуатации.

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

26.3.2.6 Бензин

Бензин — это уникальный продукт, имеющий одно конкретное применение: топливо для двигателей внутреннего сгорания, например, используемых в автомобилях. Практически все остальные категории являются классификациями, которые включают продукты с аналогичным химическим составом, но могут иметь заметно разное конечное использование. Бензин, однако, не имеет другого коммерческого использования; его единственное предназначение — это топливо для двигателя внутреннего сгорания.Большая часть процесса нефтепереработки направлена ​​на максимальное производство бензина. Это наиболее экономически важный производимый нефтепродукт [22]. Для того, чтобы выполнять свою задачу в качестве эффективного топлива, бензин должен иметь диапазон летучести, обеспечивающий достаточное количество пара для воспламенения, а также он должен иметь адекватные антидетонационные характеристики. Очистить продукт до необходимого давления пара не сложно. Старые автомобильные топлива имели состав, аналогичный LPD, и удовлетворяли потребности двигателя в отношении давления пара и летучести.Однако с годами двигатели совершенствовались и становились мощнее. Принципиальная конструкция четырехтактного двигателя не претерпела серьезных изменений; скорее, большая часть дополнительной мощности поступала от дополнительных цилиндров и повышенной степени сжатия. Использование увеличенных степеней сжатия для увеличения мощности двигателя имело одну проблему. С увеличением степени сжатия усилилась тенденция к преждевременному воспламенению, также известному как детонация. Чтобы свести к минимуму детонацию и получить максимальную потенциальную мощность двигателей с высокими рабочими характеристиками, необходимо было увеличить октановое число бензина.Октановое число — это просто мера способности топлива сопротивляться ударам. Он определяется путем использования стандартного двигателя и сравнения характеристик тестируемого топлива с различными комбинациями стандартных видов топлива. Для определения октанового числа используются два стандартных испытательных двигателя. Один имитирует вождение по шоссе, а другой — вождение по городу. В зависимости от используемого двигателя можно получить октановое число по исследовательскому методу (RON) или моторное октановое число (MON). Размещенное октановое число (PON), которое указывается на бензоколонках в Соединенных Штатах, представляет собой среднее арифметическое RON и MON.В большинстве других частей мира в насосе и в целях сравнения используется именно RON. Чистые соединения изооктан и n -гептан используются в качестве стандартов, и им присвоены значения 100 и 0, соответственно, потому что изооктан имеет хорошие антидетонационные свойства, тогда как n -гептан очень плохо работает в этом отношении. Следовательно, топливу, которое демонстрирует такие же антидетонационные характеристики, что и смесь, состоящая из 89% изооктана и 11% n -гептана, будет присвоено октановое число 89.

К сожалению, состав сырой нефти в диапазоне температур кипения, необходимом для бензина — примерно C 4 –C 11 — не приводит к получению высокооктанового топлива. Прямая фракционная перегонка сырой нефти приведет к продукту типа LPD, который будет иметь правильный диапазон температур кипения, но неадекватное октановое число. Чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым к современному автомобильному топливу, для производства бензина требуется значительная переработка сырой нефти.

Состав большей части нефти довольно богат нормальными алканами и циклоалканами с меньшими количествами изопарафинов и ароматических углеводородов, хотя относительные количества этих классов соединений будут варьироваться в зависимости от источника [23]. Как правило, ароматические соединения имеют наивысшее октановое число, при этом изопарафины также очень хороши. Нафтены и алканы с прямой цепью значительно хуже. Следовательно, для производства бензина необходимо выполнить дополнительные операции на нефтеперерабатывающем заводе, чтобы повысить октановое число до приемлемого уровня.Несмотря на то, что на современном интегрированном нефтеперерабатывающем заводе существует множество процессов, которые используются для повышения качества бензина, двумя наиболее важными процессами являются риформинг и изомеризация. Проще говоря, основная цель процесса риформинга состоит в увеличении доли ароматических углеводородов, в первую очередь за счет превращения нафтенов в ароматические соединения. Целью изомеризации является превращение нормальных парафинов в изопарафины [22]. Использование процессов риформинга и изомеризации обеспечивает смешивание компонентов, которые используются для улучшения октанового числа конечного бензина.Из-за этих процессов химический состав получаемого бензина сильно отличается от сырой нефти. Бензин намного богаче ароматическими и изопарафиновыми соединениями, чем соответствующая легкая прямогонная фракция. Эти методы очистки бензина не удаляют нормальные парафины или нафтены; однако, поскольку многие из этих компонентов превращаются в изопарафины и ароматические углеводороды, их относительные количества значительно снижаются. Поэтому типичный бензин будет богат ароматическими соединениями, такими как одноядерные алкилбензолы, а также парафинами с разветвленной цепью.Нормальные алканы и нафтены также будут присутствовать, хотя и в гораздо меньших количествах, чем в менее очищенных продуктах типа дистиллятов. ПНА на основе индана и нафталина также будут присутствовать, но не в качестве основных компонентов. Таким образом, имеющийся в продаже бензин является уникальным нефтепродуктом, состав которого отражает предполагаемое использование и требуемые характеристики.

Введение в авиационные двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (IC) — это силовая установка, используемая сегодня почти на всех легких самолетах авиации общего назначения.Электрические авиационные двигатели обещают новое и более чистое будущее в авиации, но до них еще далеко, они используются в прототипах, но еще не вошли в массовое распространение. Поэтому мы сосредоточимся на двигателе внутреннего сгорания в этой серии, обсуждая двигательную установку легкого самолета.

Возвратно-поступательное движение

Летательный аппарат в прямом и горизонтальном полете подвергается воздействию четырех основных сил, которые необходимо уравновесить, чтобы самолет оставался в равновесии. Вес самолета уравновешивается подъемной силой, создаваемой крылом и горизонтальным стабилизатором в вертикальном направлении.Когда самолет движется по воздуху, возникает сопротивление или сила сопротивления, которой необходимо противодействовать, чтобы поддерживать скорость полета вперед. Этот противовес лобовому сопротивлению называется силой тяги и создается комбинацией двигателя и гребного винта.

Рисунок 1: Основные силы в полете

Двигатель внутреннего сгорания работает по принципу преобразования возвратно-поступательного движения (поршни движутся вверх и вниз) во вращательное движение (вращение коленчатого вала), которое используется для привода винта.Для перемещения поршней требуется энергия: эта сила создается при сгорании смеси топлива и воздуха, которая заставляет поршень двигаться и таким образом производит полезную работу. Тогда говорят, что химическая энергия (топливо) была преобразована в механическую энергию.

Давайте посмотрим на различные компоненты, из которых состоит типичный двигатель внутреннего сгорания.

Компоненты двигателя внутреннего сгорания

На изображении ниже показан внешний вид типичного двигателя внутреннего сгорания.Далее обсуждается каждый из основных компонентов.

Рисунок 2: Разрез типичного авиационного двигателя внутреннего сгорания

Поршни

Поршень является возвратно-поступательным элементом двигателя и отвечает за передачу усилия от расширяющихся газов в камере сгорания цилиндра на коленчатый вал через шатун. На разрезе выше не показан корпус цилиндра, внутри которого движется каждый поршень.

Рис. 3. Расположение поршня и головки блока цилиндров.

Поршни обычно отливаются из алюминиевых сплавов.В приложениях с более высокими характеристиками (обычно в гоночных двигателях) поршень может быть кованым, а не литым. Поршень не контактирует напрямую с цилиндром, но газовое уплотнение между стенкой цилиндра и поршнем поддерживается за счет использования поршневых колец и масляной смазки. Эти кольца установлены в пазах, вырезанных в поршне, и изготовлены из чугуна. Обычно устанавливается несколько поршневых колец, расположенных чуть ниже днища поршня. На поршень самолета обычно устанавливают три различных типа колец: компрессионные кольца, маслосъемные кольца и маслосъемные кольца.

Рисунок 4: Поршень с установленными поршневыми кольцами

Компрессионные кольца находятся в верхней части поршня, чуть ниже головки. Эти кольца обеспечивают герметичное уплотнение между цилиндром и поршнем во время такта сжатия и сгорания четырехтактного цикла.

Маслосъемные кольца расположены под компрессионными кольцами. Эти кольца предназначены для обеспечения циркуляции масла изнутри поршня к стенкам цилиндра. Эта циркуляция осуществляется через набор небольших отверстий для слива масла.

Маслосъемные кольца расположены рядом с нижней частью поршня и имеют такую ​​форму, что они могут соскребать масло вверх и вниз по цилиндру во время движения поршня. Излишки масла удерживаются во время хода вверх, а затем возвращаются в картер во время хода вниз.

Картер

Картер — это название корпуса, в котором находятся коленчатый вал и шатуны, соединяющие поршень с коленчатым валом. Картер авиационного двигателя обычно изготавливается из литого или кованого алюминия.Это обеспечивает достаточную прочность и жесткость, чтобы удерживать коленчатый вал на месте, сохраняя при этом массовые преимущества алюминия перед сталью.

Смазочное масло двигателя хранится в нижней части картера двигателя с мокрым картером. Масло проходит через двигатель, смазывая коленчатый вал, шатунные подшипники и другие металлические детали. Масло попадает на стенки цилиндра, проходит через поршни, а затем стекает обратно в картер.

В системе с сухим картером масло хранится не в картере, а в отдельном внешнем резервуаре.Система смазки двигателя более подробно обсуждается в посте, посвященном смазке и охлаждению двигателя.

Шатун

Шатун (шатун) — это металлический компонент, который соединяет поршень и коленчатый вал. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для привода гребного винта и создания тяги.

Шатуны прикреплены к коленчатому валу с помощью крышки и стопорных болтов.Подшипник, установленный внутри крышки, позволяет шатуну преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Поршень прикреплен к шатуну с помощью поршневого пальца (также называемого поршневым пальцем или пальцем кисти), удерживаемого на месте с помощью набора пружинных зажимов.

Рисунок 5: Обозначенные компоненты шатуна

Коленчатый вал

Коленчатый вал — это вращающийся вал, на котором крепятся шатуны и поршни. Когда поршни двигаются вверх и вниз, это возвратно-поступательное движение преобразуется коленчатым валом во вращательное движение.Коленчатый вал размещен в картере и состоит из шейки, щеки кривошипа и шатунных штифтов.

Рисунок 6: Компоненты коленчатого вала

Шатуны прикреплены к шатунным шейкам, а коленчатый вал поддерживается блоком двигателя через набор подшипников на шейках коленчатого вала.

К коленчатому валу часто прикрепляют маховик, который накапливает энергию вращения и обеспечивает более постоянную скорость вращения, чем это было бы возможно при возвратно-поступательном движении поршней.

Клапаны

Любой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен иметь как минимум два клапана на цилиндр: один для впуска топливно-воздушной смеси и один для выпуска газов после сгорания. В авиационных двигателях обычно используется двухклапанная конструкция. Многие автомобильные двигатели используют четырехклапанный механизм (два впускных и два выпускных), что улучшает поток впускных и выхлопных газов.

Клапаны должны сохранять свою прочность и форму при высоких температурах, поэтому их обычно изготавливают из высокопрочных сталей.Выпускные клапаны обычно меньше впускных, чтобы уменьшить вероятность преждевременного воспламенения или детонации. Выпускной клапан обычно является самой горячей частью двигателя, а клапан меньшего размера снижает вероятность того, что высокие температуры могут вызвать преждевременное воспламенение топливно-воздушной смеси, добавленной во время такта впуска.

Впускной и выпускной клапаны известны как тарельчатые клапаны и состоят из длинного штока, шейки и заглушки или головки. Головка состоит из двух поверхностей: поверхности горения и поверхности седла.Клапаны перемещаются вверх и вниз через направляющую клапана, открывая и закрываясь в определенные моменты цикла четырехтактного двигателя. Время газораспределения определяется вращением распределительного вала, о котором идет речь.

Рисунок 7: Типовой клапан двигателя

Распределительный вал

Впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются с помощью распределительного вала, который приводится в движение от двигателя приводным ремнем, соединяющим коленчатый вал с распределительным валом. В четырехтактном цикле каждый клапан должен открываться и закрываться один раз за полный цикл, при котором коленчатый вал вращается на два полных оборота.Следовательно, распределительный вал должен приводиться в движение на половине скорости вращения двигателя — это достигается за счет механической передачи.

Распределительный вал изготавливается с несколькими кулачками или кулачками, каждый из которых расположен над клапаном и приводит в движение этот клапан. Форма кулачка определяет, как клапан открывается и закрывается, а ориентация выступа определяет последовательность, в которой работает клапан. Проще всего визуализировать это движение, обратившись к приведенной ниже анимации.

Рис. 8: Клапаны двигателя, приводимые в движение верхним кулачком

На авиационных двигателях клапаны управляются не напрямую через контакт с кулачком, а через систему толкателя и коромысла, которые соединяют кулачок с клапаном. Эта система допускает наличие зазора или зазора между коромыслом и наконечником клапана. Этот зазор важен, поскольку температура двигателя изменяется во время работы, что приводит к расширению клапана при более высоких температурах. Без зазора между наконечником клапана и коромыслом повышение температуры приведет к позднему открытию или преждевременному закрытию клапанов, что приведет к ухудшению работы двигателя и потере мощности.Зазор можно отрегулировать, обычно с помощью винта на узле коромысла.

Наконец, в каждый клапан встроены две пружины, которые помогают быстро закрыть клапан и гасить любой дребезг клапана, который может произойти из-за вибраций, присущих работе двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 9: Коромысло клапана двигателя

Свечи зажигания

Свеча зажигания предназначена для воспламенения топливно-воздушной смеси, поступающей во впускной канал цилиндра.Это сгорание затем заставляет поршень опускаться во время рабочего такта четырехтактного цикла. Свеча зажигания работает, принимая очень высокое напряжение от системы зажигания самолета, которое затем перескакивает между центральным электродом и заземленной внешней стороной свечи, в результате чего возникает искра. Это похоже на то, как молния прыгает между облаком и Землей. Для этого напряжение должно быть очень высоким — обычно в диапазоне от 5000 до 20000 В. Искра возникает, поскольку центральный электрод изолирован от заземленной внешней части вилки, и поэтому высокое напряжение должно преодолевать воздушный зазор. между ними возникает искра.Изоляция чаще всего достигается с помощью керамической вставки, которая не проводит электричество.

Свечи зажигания подразделяются на горячие и холодные. Керамическая вставка на горячей вилке имеет меньшую площадь контакта с металлической частью вилки, чем холодная вилка. Поэтому горячие свечи отводят тепло медленнее, чем холодные свечи, и лучше подходят для работы в более холодных двигателях с более низкой степенью сжатия. И наоборот, холодные свечи лучше подходят для работы в более горячих двигателях с более высокой степенью сжатия, поскольку они способны более эффективно рассеивать тепло.

Свеча зажигания должна потреблять высокое напряжение, генерируемое системой зажигания самолета. Напряжение поступает в вилку через выемку (клемму), которая удерживается гайкой и закрыта водонепроницаемым уплотнением.

Авиационные двигатели всегда имеют две отдельные системы зажигания, чтобы увеличить резервирование и снизить риск отказа двигателя на критическом этапе полета. Поскольку двойные системы зажигания полностью разделены, в каждом цилиндре будут установлены две свечи зажигания — по одной для каждой системы.

Рисунок 10: Свечи зажигания для самолетов с горячим и холодным током

Компоновка поршневого двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легких самолетах, обычно соответствуют одной из ряда стандартных компоновок, которые классифицируются в соответствии с расположением цилиндров относительно коленчатого вала. Сейчас мы познакомим вас с несколькими распространенными макетами.

Рядный двигатель

Рядные двигатели

характеризуются вертикальным расположением цилиндров, расположенных в одну линию вдоль картера. Одним из преимуществ такой компоновки является низкая площадь лобовой части, которую двигатель представляет для встречного воздуха.Низкая площадь лобовой части означает, что капот двигателя может быть уменьшен, что снижает влияние лобового сопротивления самолета.

Проблемы с охлаждением задних цилиндров при рядном расположении обычно ограничивают количество цилиндров, которые могут быть размещены на двигателе.

Может быть сложно установить инвертированный рядный двигатель (например, deHavilland Gipsy Major, показанный ниже) на самолет с носовым колесом из-за расположения цилиндров. Поэтому эти двигатели обычно устанавливаются на самолетах с хвостовым колесом.

Рисунок 11: Пример встроенного движка. Источник: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DHGipsyMajorengineDrover.JPG

Горизонтально противоположный (плоский) двигатель

Это расположение цилиндров, наиболее часто встречающееся в легких самолетах авиации общего назначения. Здесь цилиндры расположены горизонтально в два ряда с равным количеством цилиндров на каждом из них. Каждый цилиндр соединен с соответствующим цилиндром на противоположном берегу, чтобы свести к минимуму вибрацию. Коленчатый вал расположен по центру между двумя рядами цилиндров.

Горизонтально расположенные двигатели можно сделать короче, чем эквивалентный рядный двигатель, поскольку цилиндры размещены в двух рядах, а не в одном. Однако при такой компоновке двигатель шире и должен изготавливаться с двумя отдельными головками блока цилиндров, а не с одной.

Рисунок 12: Пример горизонтально расположенного двигателя. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Lycoming_AEIO-540-D4A5.jpg

В таблице ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных горизонтально-оппозитных двигателей, используемых сегодня в легких самолетах, а также некоторые примеры самолет у них мощность.

Название двигателя Примеры самолетов № цилиндров Рабочий объем Выходная мощность
Семейство Lycoming O-320 Cessna 172, Cessna 177, Piper PA-28 Cherokee, Piper PA-30 Twin Comanche, Robinson R22 4 320 куб. Дюймов (5,24 л) 150-160 л.с.
Семейство Lycoming O-540 Cessna 182, Cessna 206, Piper PA-32 Cherokee Six, Vans RV-10 6 541.5 кубических дюймов (8,87 л) 230-350 л.с.
Семейство Continental IO-360 Cirrus SR20, Mooney M20, Piper PA-34 Seneca 6 5,9 л (360 куб. Дюймов) 180-225 л.с.
Семейство Rotax 912 Tecnam Echo, Diamond DA-20, CSA Sportcruiser 4 1,2 л (74 куб. Дюйма) 80-100 л.с.

Радиальный двигатель

Радиальные двигатели состоят из группы цилиндров, расположенных радиально вокруг центрального коленчатого вала, подобно спицам колеса.Все цилиндры в данном ряду лежат в одной плоскости радиально от коленчатого вала, так что не все шатуны могут быть прикреплены непосредственно к коленчатому валу. Вместо этого один поршень соединяется непосредственно с коленчатым валом, а все остальные соединяются с кольцом на главном шатуне через узел ведущего и шарнирного штока.

Четырехтактные радиально-поршневые двигатели всегда проектируются с нечетным числом цилиндров, чтобы можно было использовать постоянный порядок зажигания.Это сделано для того, чтобы между поршнями на такте сгорания и такте сжатия оставался однопоршневой зазор.

Радиальные двигатели обычно использовались на более крупных самолетах, где можно было установить несколько рядов поршней для производства двигателя с большой выходной мощностью при сохранении как можно более компактного двигателя. В самолетах времен Второй мировой войны, таких как Republic P-47 Thunderbolt, Douglas C 47 и Avro Lancaster, использовались радиальные двигатели. Большие радиальные двигатели были в значительной степени устаревшими после Второй мировой войны, поскольку реактивные двигатели и газотурбинные двигатели могли производить большую мощность, более надежно при меньшей общей массе.

Рисунок 13: Радиальный двигатель. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Watercooled_radialengine.jpg/640px-Watercooled_radialengine.jpg

Двигатель V-типа

V-образные двигатели

характеризуются наличием цилиндров, расположенных в два ряда по V-образной схеме, если смотреть вдоль оси коленчатого вала. За счет V-образного расположения цилиндров общие размеры двигателя могут быть уменьшены по сравнению с горизонтально расположенной конфигурацией. Угол между двумя рядами цилиндров обычно называют углом V.Общие углы 90 °, 60 ° и 45 °.

Одним из самых известных двигателей V-образной конфигурации был двигатель Rolls Royce V12 Merlin, который приводил в действие ряд самолетов Второй мировой войны, включая Supermarine Spitfire, Hawker Hurricane и de Havilland Mosquito.

Рисунок 14: Двигатель Rolls Royce Merlin. Источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Rolls-Royce_Merlin.jpg/640px-Rolls-Royce_Merlin.jpg

На этом мы подошли к концу нашего знакомства с поршневыми двигателями самолетов. .В следующем посте мы обсудим четырехтактный рабочий цикл, лежащий в основе работы большинства авиационных двигателей внутреннего сгорания.

Вам понравился этот пост? Почему бы не продолжить чтение этой серии статей о поршневых двигателях самолетов и их системах?

Производство двигателей | MCR Безопасность

«Энтузиазм — двигатель успеха».

Двигатель — это сердце операционной системы транспортного средства и, в конечном итоге, то, что делает его незаменимым. удачный вид транспорта.Без двигателя автомобиль — это просто еще один большой кусок штампованный из металла, появляющегося в различных формах и размерах.

Двигатели производятся не только для транспортных средств, но и для самолетов и крупной техники. оборудование, такие как экскаваторы и бульдозеры Caterpillar. Они также используются в производстве прицепов для гидравлический системы.

Компании по производству двигателей производят и собирают дизельные двигатели, электрические двигатели промышленный двигатели и двигатели, работающие на природном газе.Построенные двигатели в конечном итоге будут использоваться в качестве рабочая лошадка для автомобильный автомобили, грузовики большой грузоподъемности, грузовики средней грузоподъемности и жилые автофургоны.

Ниже мы расскажем подробнее, для каких отраслей созданы двигатели, где работают рабочие и что важно, рабочие СИЗ требуются при производстве двигателей. Но сначала немного о двигатель история двигатель компании и экономическое влияние отрасли.

Двигатель гидросистемы прицепа в сборке


История двигателя

1876 четырехтактный двигатель

Первый успешный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был построен в г. 1876 ​​г. Николай Отто. Его изобретение, названный «Двигатель цикла Отто», предложивший первую практическую замену паровому двигателю в качестве источника энергии. источник.

Горение — это химический процесс высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В расширяющееся горение газы толкают поршень, который вращает коленчатый вал. Затем через систему шестерен трансмиссии движение приводит в движение колеса автомобиля.

На протяжении 20-го века двумя наиболее распространенными двигателями внутреннего сгорания были дизельный и бензиновые двигатели.Сегодня, в 21 веке, электрические двигатели становятся мейнстримом. новее технологии внедряются каждый день. Это важный момент, который следует упомянуть, так как СИЗ должны носить сотрудники должны меняться на разных заводах-производителях. Пример: работники этого производителя электрический в двигателях используются более тонкие металлы, поэтому для них потребуются еще более стойкие к порезам перчатки.


Продукты двигателя

Двигатели бывают разных форм и размеров и предназначены для множества различных целей.Здесь это краткое изложение различных типов двигателей.

Бензиновые двигатели

В этом двигателе внутреннего сгорания топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время впуска. Когда топливо-воздух внутри двигателя, воспламеняется искра, вызывая горение.Образующиеся горячие газы используются для привода поршней.

Этот тип двигателя является основным двигателем, используемым в автомобилях. Другие приложения для этого Двигатель включает самолеты, мотоциклы, моторные лодки и малые двигатели.

Дизельные двигатели

В этом двигателе внутреннего сгорания в двигатель подается только воздух, а затем сжатый.Затем дизельный двигатель распыляет топливо в горячий сжатый воздух, вызывая его к зажигать.

Дизельные двигатели большой мощности производятся в основном для грузовых автомобилей, однако они могут также можно найти в грузовиках малой и средней грузоподъемности. Они используются в нескольких целях: сверхмощный транспорт, среднетоннажные грузовики и двигатели для промышленных машин.

В 2017 году было произведено около

0 дизельных двигателей. двигатели производства США

Электродвигатели

Электродвигатели приводятся в действие электрический ток, который генерирует магнитный заряд и поворачивает карданный вал.В этих двигателях используются большие литий-ионные батареи или батареи, изготовленные из новее технологии.

Аккумулятор электромобиля

Существует два основных типа электродвигателей: полностью электрические транспортные средства (AEV) и подключаемые гибридные двигатели. электромобили (PHEV).


Экономическое влияние

В конечном итоге мировая промышленность по производству автомобильных двигателей и запчастей связана с автомобилем. производство, как двигатели — важнейший компонент автомобиля.По прогнозам, в 2019 году отрасль вырастет до 299 миллиардов долларов.

Производство автомобильных двигателей и запчастей включает в себя производство следующих продуктов: распредвалов, коленчатые валы, двигатели, топливные форсунки, поршни, клапаны и насосы . Что касается этого отраслевого ресурса страница, мы выделяем производство двигателей, а не всех компонентов, составляющих эту отрасль.

Производство двигателей и турбин связано с увеличением промышленного производства, и, по прогнозам, в 2019 году оно достигнет 55 миллиардов долларов.


Компании

Honda — крупнейший в мире производитель двигателей, производит более 23 миллионов единиц в год. Вы когда-нибудь задумывались, кто делает лучшие автомобильные двигатель? Что ж, Ранкер знает ответ на этот вопрос, поскольку проголосовало более 81000 человек. по теме. Хонда оценивается избирателями как двигатель №1.

Многие автомобильные компании производят двигатели на собственных автомобильных заводах.Однако некоторые относятся к двигатель как они делают другие части и исходят от внешних поставщиков. GM получил от других более лет, включая линейку 3-цилиндровых двигателей Suzuki, но производили двигатели более собственными силами в недавний годы.

Производство двигателей выходит за рамки только двигателей, используемых в автомобилях. Грузовик и двигатель Ассоциация производителей представляет производителей двигателей внутреннего сгорания.Их коллекция члены представляют одни из крупнейших промышленных компании, работающие по всему миру.

Компании-участники, участвующие в EMA
Корпорация AGCO ИННИО
Американская Honda Motor Company, Inc. Isuzu Technical Center of America, Inc.
Briggs & Stratton Corporation Kawasaki Motors Corp., США
Компания Caterpillar, Inc. Komatsu Ltd.
Cummins, Inc. Kubota Engine America Corporation
Cummins Power Systems MAN Truck & Bus AG
Daimler Trucks North America, LLC MTU America, Inc.
Deere & Company Navistar, Inc
DEUTZ Corporation PACCAR, Inc
FCA US, LLC Scania CV AB
Fiat Powertrain Technologies Volkswagen of America, Inc.
Ford Motor Company Volvo Group Северная Америка
Компания Дженерал Моторс Wärtsilä North America, Inc.
Hino Motors Manufacturing USA, Inc. Yanmar America Corporation

Caterpillar, Cummins и General Electric Company — три крупнейших компании из этого списка.Здесь находятся некоторые из многих областей, где вы найдете промышленные двигатели:

  • Автобусы
  • Электрогенераторы
  • Сельскохозяйственное, строительное, промышленное оборудование
  • Газон и сад
  • Локомотивы
  • Морские суда
  • Мотоциклы
  • Оборудование передачи энергии
  • Турбины Грузовые

Как мы упоминали выше, двигатели служат для самых разных целей.


Литье под давлением блока цилиндров

Вышеупомянутые компании производят множество деталей, в том числе блок двигателя, составляющий ядро. составная часть. Это основная конструкция, состоящая из сотен деталей, обеспечивающих нормальную работу двигателя.

Блок двигателя

Блок двигателя изготавливается преимущественно методом литья в песчаные формы. Причина в том, что двигатель должен выдерживать экстремальное давление, создаваемое при сгорании.Формовка из зеленого песка Кастинг это наиболее широко используемый процесс. Это означает, что он должен выдерживать высокие температуры и постоянные вибрации.

Видео

BMW помогает визуализировать, что происходит во время литья — процесса с высокой степенью автоматизации.


Этапы изготовления блока двигателя

Блок цилиндров, представляющий собой неразъемный компонент, является самой большой металлической частью в автомобиле. Это где горение преобразуется в механическую энергию.

Вот шаги для его изготовления:

1 этап

Алюминий плавится.

2 этап

Песочная форма создается из смеси циркониевого песка, клея и отвердителя. Сочетание материалы собраны вместе, чтобы выдерживать температуры расплавленного металла и используются только для одной отливки.

Песок

3 этап

Машина впрыскивает упомянутые выше смеси в мастер-форму из железа. Базовое ядро созданный это позволяет другим сердечникам присоединяться во время движения по сборочной линии.

4 этап

Базовый сердечник перемещается по сборочной линии, и добавляются еще 17 сердечников.

Этап 5

Расплавленный чугун, алюминий или магниевый сплав заливают в комбинированные стержневые формы.

Алюминий для заливки

6 этап

Литой блок двигателя проводит шесть часов в печи для регенерации термического песка.Это ломает клей и позволяет песку отваливаться. Термическая обработка блока также улучшает механические свойства.

7 этап

Требуется мелкая чистовая обработка двигателя и выполняется черновая обработка.

8 этап

Проверки качества выполняются.

Этап 9

Выполняется чистовая обработка.

Как вы понимаете, работа без нагрева и металла означает, что защитные перчатки MCR, сделанные из DuPont Kevlar®, идеальный выбор для рабочих. Обязательно посетите отраслевую страницу MCR Safety о литейных заводах для дополнительная информация о кастинге.


Сборка и тестирование

После изготовления блока цилиндров рабочий двигатель готов только наполовину.Двигатель состоит из ан ассортимент механических и электронных компонентов, которые должны быть собраны в единое целое.

Робот находится в центре большей части этого процесса, выполняя такие задачи, как установка поршней в цилиндр расточки и крепление поршней к коленвалу. Однако сборщик двигателя все равно закрывает спину принадлежащий блок двигателя, затягивает болты, укладывает провода и перемещает двигатель на сборочный конвейер автомобиля.

Двигатель в сборке


Работа

Если вы исследуете только производство дизельных двигателей, вы увидите, что в тринадцати штатах производство дизельных двигателей. Северная Каролина — один из тех штатов, лидирующих с производство 327 500 дизельных двигателей в прошлом году. Другие ключевые штаты включают Индиану, Мичиган, Огайо и Нью-Йорк. Йорк.

Государство Количество производителей
Калифорния 101
Мичиган 80
Огайо 51
Техас 48
Флорида 39
Индиана 34
Северная Каролина 31
Иллинойс 29
Нью-Йорк 29
Миссури 25
Пенсильвания 25
Висконсин 23
Теннесси 21
Рейтинг Государство Количество тяжелых дизельных двигателей
# 1 NC 327 500
№ 2 В 160 985
№ 3 MI 109 000
№ 4 OH 70 000
№ 5 NY 76 400
№ 6 MD 40 000
№ 7 TX 29 800
№ 8 IA 28 750
№ 9 MS 28 700
№ 10 GA 12 700
№ 11 AL 7 200
№ 12 UT 1,600
№ 13 SC 940

Около 96 000 сотрудников производят промышленные двигатели. Будь то автомобильный двигатель или когда производится промышленный дизельный двигатель, многие рабочие находят работу, обеспечивающую работу. Вот посмотрите на профессии в этой отрасли.


Профессий

Для производства двигателей, как и для большинства других отраслей автомобильной промышленности, требуются сборщики, которые скрепляют трубопроводы, устанавливают проводка, и вырезанные детали. Многие из тех профессий, которые составляют отрасль производства деталей, также Работа в этой отрасли.Однако остановимся на сборщике двигателя.

Как вы уже могли догадаться, где производятся автомобили, вы найдете большую часть США. производимые двигатели. Вот штаты, в которых работает больше всего сборщиков двигателей.

Государство Работа
Огайо 6,640
Мичиган 4,850
Техас 2,190
Иллинойс 2,050
Алабама 1,530
Промышленность Работа
Производство автомобильных запчастей 13 430
Производство двигателей, турбин и оборудования для передачи энергии 6 540
Производство машин и оборудования для сельского хозяйства, строительства и горнодобывающей промышленности 3,780
Машиностроение общего назначения 2,550
Производство аэрокосмической продукции и запчастей 2,110

Производство автомобильных запчастей — это то место, где вы найдете большинство сборщиков двигателей .


Работы, выполняемые сборщиками двигателей

  • Нанесите смазочные и охлаждающие жидкости
  • Сборка электромеханических и гидравлических систем
  • Чистый
  • Резка промышленных материалов для изготовления и обработки
  • Проведение инспекций качества
  • Просверливание отверстий в металлических деталях
  • Обрабатывать горячие предметы
  • Головка в сборе
  • Эксплуатация шлифовального оборудования
  • Эксплуатировать металлообрабатывающее оборудование
  • Эксплуатируйте обычное торговое оборудование, такое как подъемники, домкраты, ручные инструменты, чистящие машины, электропроводку и т. Д. и т.п.
  • Краска
  • Установите предварительно собранные головки цилиндров, агрегаты и ременные передачи
  • Крепление тросов, поршней и подшипников
  • Зачистить металлические поверхности и кромки

Многие виды деятельности в автомобильной промышленности связаны с изготовлением металлов.Обязательно Посетите нашу страницу «Промышленность металлоконструкций» для получения дополнительной информации и ресурсов.


Безопасность

Что говорят 91% сборщиков двигателей Работа требуется каждый день? Если вы догадались о СИЗ, то будете правы. По сравнению с другими автомобильными отраслями, производство двигателей не так опасно, как что-то вроде металл штамповка; тем не менее, у него по-прежнему больше травм, чем в среднем по отрасли.

Промышленные двигатели в среднем примерно на 16% опаснее. Было бы даже больше, если бы не факт что большая часть производства двигателей — это автоматизированный процесс. С учетом сказанного, сотрудники по-прежнему входят в контакт с участием тепло, абразивный песок, масло, острый металл и многие другие опасности.

В MCR Safety мы защищаем людей с помощью современных средств индивидуальной защиты. Позвольте нам обезопасить вас, когда вы производство двигателей!

Насколько эффективны двигатели: термодинамика и эффективность сгорания

Насколько эффективны двигатели? Двигатели внутреннего сгорания невероятно неэффективны.Большинство дизельных двигателей не имеют даже 50% теплового КПД. Из каждого галлона дизельного топлива, сжигаемого двигателем внутреннего сгорания, менее половины вырабатываемой энергии становится механической энергией. Другими словами, из энергии, производимой дизельным двигателем в пикапе, например, менее половины произведенной энергии фактически толкает пикап по дороге.

И автомобили с бензиновым двигателем еще , более неэффективны, значительно более неэффективны.

Хотя это может звучать так, как будто транспортное средство, которое преобразует только 50% тепловой энергии, которую он производит во время сгорания, в механическую энергию, чрезвычайно неэффективно, многие транспортные средства на дороге фактически тратят около 80% энергии, производимой при сгорании топлива.Бензиновые двигатели часто выбрасывают более 80% производимой энергии из выхлопной трубы или теряют эту энергию в окружающую среду вокруг двигателя.

Причины такой неэффективности двигателей внутреннего сгорания являются следствием законов термодинамики. Термодинамика определяет тепловой КПД — или неэффективность — двигателя внутреннего сгорания.

«Двигатели внутреннего сгорания производят механическую работу (мощность) за счет сжигания топлива. В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает). По словам X-Engineer, этот термодинамический процесс выделяет тепло, которое частично преобразуется в механическую энергию.орг. Но большая часть произведенной энергии теряется. Большая часть энергии, производимой двигателем внутреннего сгорания, тратится впустую.

Хотя даже краткое объяснение того, почему двигатели внутреннего сгорания обязательно требуют довольно длинного объяснения термодинамики, объяснение длины подачи Twitter легко понять: разница в температуре между сгоранием топлива, двигателем и воздухом вне двигателя определяет термический КПД — т.е. неэффективность двигателя внутреннего сгорания.

Что такое термический КПД и каковы законы термодинамики

КПД двигателя внутреннего сгорания измеряется как сумма теплового КПД.Термический КПД является следствием термодинамики. Существует как определение, так и формула теплового КПД. Согласно LearnThermo.com, «Тепловая эффективность — это мера производительности энергетического цикла или теплового двигателя».

Строгое определение термического КПД, согласно Словарю Мерриама-Вебстера, — это «отношение тепла, используемого тепловым двигателем, к общему количеству единиц тепла в потребляемом топливе». Более практичное определение термического КПД непрофессионала — это влияние количества энергии, производимой при сжигании топлива двигателем внутреннего сгорания, по отношению к количеству этой энергии, которая становится механической энергией.

Формула теплового КПД, однако, может дать самое простое объяснение. Тепловая энергия — это количество потерянного тепла, деленное на количество тепла, подаваемого в систему, причем тепло является синонимом энергии. Результатом деления потерь на входные данные является коэффициент теплового КПД этой системы. Коэффициент теплового КПД — это количество энергии, которое затрачивается на приведение в действие коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания — по крайней мере, двигателей с поршнями.

Есть два закона термодинамики, которые определяют тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания.

Первый закон термодинамики

Тепловой КПД — следовательно, КПД двигателя внутреннего сгорания — определяется законами термодинамики. Согласно первому закону термодинамики, выходная энергия не может превышать вложенную энергию. Другими словами, энергия, производимая двигателем — будь то потеря энергии или энергия, используемая для передвижения, — никогда не будет больше, чем энергетический потенциал топлива, подаваемого в камеру сгорания.

Первый закон термодинамики интуитивно понятен.Первый закон термодинамики является неотъемлемой частью закона сохранения энергии. Энергию нельзя ни создать, ни уничтожить. Первый закон термодинамики — это просто еще одна формула, доказывающая, что энергия не может быть создана. Используя деньги как метафору первого закона термодинамики, вы не можете получить больше четырех четвертей из доллара.

В то время как первый закон имеет отношение к эффективности двигателя внутреннего сгорания, это второй закон термодинамики, который объясняет, почему двигатели внутреннего сгорания настолько неэффективны.

Второй закон термодинамики

Согласно второму закону термодинамики, 100% тепловой КПД достичь невозможно.

Существует предел потенциальной эффективности двигателя внутреннего сгорания. Второй закон термодинамики, называемый теоремой Карно, гласит: «Даже идеальный двигатель без трения не может преобразовать в работу около 100% подводимого тепла. Ограничивающими факторами являются температура, при которой тепло поступает в двигатель, и температура окружающей среды, в которую двигатель отводит отработанное тепло.”

Чрезвычайно большой процент энергии, производимой при сгорании топлива, теряется. Потеря энергии — причина того, что двигатель нагревается. Нагрев двигателя происходит за счет теплопроводности. Потеря энергии в виде тепла является причиной нагрева воздуха вокруг двигателя за счет конвективной теплопередачи. Вместо того, чтобы производить механическую энергию, нагреватель нагревает двигатель и атмосферу вокруг двигателя. В результате конвекции и теплопроводности энергия теряется в воздухе вокруг двигателя и в двигателе, потому что и двигатель, и воздух вокруг двигателя имеют более низкую температуру, чем температура сгорания топлива.

Кроме того, огромная часть энергии, производимой двигателем внутреннего сгорания, просто выдувает выхлоп, опять же, никогда не превращаясь в механическую энергию.

Тепло — энергия — потери и теорема Карно

Чем больше разница температур между температурой сгорания топлива и температурой окружающей среды, тем ниже тепловой КПД двигателя. Другими словами, чем больше разница между температурой горящего топлива и металла и воздуха вокруг него, тем больше потери энергии.Чем больше разница температур, тем больше неэффективность двигателя — это факт, доказанный теоремой Карно.

Предел Карно — это количество энергии, производимой во время сгорания, которая становится механической энергией. Этот предел определяется разницей в теплоте сгорания и температуре элементов и атмосферы вокруг процесса сгорания. Чем больше разница между температурой горящего топлива и температурой окружающей среды вокруг процесса горения, тем ниже Предел Карно .

Каков тепловой КПД бензинового двигателя по сравнению с дизельным двигателем?

Тепловой КПД бензинового двигателя чрезвычайно низок. Несмотря на то, что есть компании, предпринимающие шаги по повышению теплового КПД бензиновых двигателей, добиться даже соответствия КПД сгорания более старым дизельным двигателям чрезвычайно сложно. По словам Toyota, компании, пытающейся повысить термический КПД своих автомобилей, «большинство двигателей внутреннего сгорания невероятно неэффективны при превращении сожженного топлива в полезную энергию.Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения «теплового КПД», и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем составляют около 20 процентов теплового КПД.

Diesel обычно имеет более высокий тепловой КПД, в некоторых случаях тепловой КПД приближается к 40 процентам. Toyota находится в процессе разработки нового бензинового двигателя, максимальный тепловой КПД которого, по утверждению компании, составляет 38 процентов, тепловой КПД «выше, чем у любого другого двигателя внутреннего сгорания, выпускаемого серийно».”

Другой взгляд на термический КПД связан с расходами на топливо. На каждый доллар бензина, покупаемый человеком, почти 80 центов теряется в виде отходов. Только 20 центов из каждого доллара фактически продвигают бензиновый двигатель. Хотя все еще шокирующе низко, даже обычные дизельные двигатели тратят не менее 40 центов за доллар на механическое использование.

Хотя 60 центов на каждый доллар дизельного топлива теряются из-за тепловой неэффективности, это все равно вдвое лучше, чем у среднего бензинового двигателя.

Почему тепловой КПД дизельного двигателя выше, чем у бензинового двигателя

В то время как Toyota утверждает, что тепловой КПД бензиновых двигателей составляет 20%, а дизельных двигателей — 40%, MDPI из Базеля, Швейцария считает, что эти цифры на самом деле выше. Согласно MDPI, бензиновые двигатели имеют тепловой КПД от 30% до 36%, в то время как дизельные двигатели могут достигать теплового КПД почти 50%. «Современные производимые двигатели с искровым зажиганием работают с тепловым КПД тормозов (BTE) около 30–36% [12], двигатели с воспламенением от сжатия уже давно признаны одним из самых эффективных силовых агрегатов, нынешние BTE дизельных двигателей могут достичь до 40–47%.

Тем не менее, это означает, что тепловой КПД дизельного двигателя примерно на 25% выше, чем у бензинового двигателя. Согласно Popular Mechanics, причина, по которой дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые, заключается в двух факторах: степени сжатия и сжигании обедненной смеси. «Когда дело доходит до преодоления больших расстояний на скоростях шоссе, дизельные двигатели с более высокой степенью сжатия и сгоранием на обедненной смеси обеспечивают эффективность, с которой в настоящее время не может сравниться ни один газовый двигатель — по крайней мере, без серьезной помощи со стороны дорогой гибридной системы.”

Тепловой КПД и степень сгорания

В двигателе внутреннего сгорания тепловой КПД частично определяется степенью сжатия. Степень сжатия — это разница между наибольшим объемом в камере сгорания — когда поршень опущен — и объемом в камере сгорания, когда он приближается к точке, где топливо, впрыскиваемое в камеру, взрывается. Степень сжатия бензинового двигателя намного ниже, чем у дизельного двигателя.

Степень сгорания типичного бензинового двигателя составляет от 8: 1 до 12: 1. «Если компрессия бензинового двигателя выше примерно 10,5, если только октановое число топлива не является высоким, происходит детонационное сгорание». Детонация является результатом предварительного сгорания, когда бензин воспламеняется из-за давления сжатия, в отличие от сжатия в результате воздействия искры.

Дизельные двигатели

имеют гораздо более высокую степень сжатия. На то есть две причины. Во-первых, дизельные двигатели — это двигатели сжатия.Сжатие — это то, что заставляет дизельное топливо в камере сгорания взорваться. В двигателе с компрессионным двигателем нет искры, которая воспламеняет дизельное топливо. Кроме того, дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия, поскольку дизельное топливо является более стабильным топливом. Для зажигания дизельного топлива необходимо большее давление — более высокая степень сжатия. Степень сжатия большинства дизельных двигателей составляет от 14: 1 до 25: 1.

Решения для повышения эффективности двигателя

Владелец транспортного средства мало что может сделать для повышения теплового КПД двигателя.Конструктивные и технологические ограничения не позволяют владельцам вносить существенные улучшения в транспортное средство с точки зрения теплового КПД. Однако — это , что можно улучшить в отношении эффективности сгорания.

Эффективность сгорания — это скорость, с которой двигатель преобразует топливо в энергию. В частности, для тяжелого топлива с высокой плотностью энергии — дизельного топлива, мазута, бункерного топлива и т. Д. — существуют доступные технологии, позволяющие значительно повысить эффективность сгорания.Из-за природы топлива с высокой плотностью энергии, а именно того, что топливо с высокой плотностью энергии состоит из больших и длинных молекул углеводорода, тяжелое топливо может иметь низкую эффективность сгорания.

Топливо с низкой плотностью энергии, такое как бензин и природный газ, обычно имеет постоянную скорость сгорания по сравнению с более тяжелым топливом, поскольку оно состоит из более мелких короткоцепочечных углеводородных молекул. Но более крупные и длинные углеводородные молекулы и цепочки молекул в тяжелом топливе имеют тенденцию объединяться в кластеры, что означает, что молекулы внутри кластера не подвергаются воздействию воздуха.Без воздуха углеводороды не загорятся.

Топливные катализаторы — одно из самых простых средств повышения эффективности сгорания тяжелого топлива. Благородные металлы — также известные как катализаторы — в благородных металлах разрушают топливные кластеры, деполяризуя присущие им заряды, которые заставляют углеводороды объединяться в кластеры.

Топливный катализатор Rentar, например, может повысить эффективность сгорания — и, следовательно, топливную эффективность — от 3% до 8% в внедорожных транспортных средствах. На тяжелой технике повышение эффективности использования топлива еще более резкое.При добавлении топливного катализатора Rentar в топку или котел, работающие на тяжелом топливе, увеличение может составить 30% или более.

Несмотря на то, что трудно предотвратить потери энергии, присущие всем двигателям внутреннего сгорания, все же можно повысить эффективность использования топлива. Пока мы не сможем производить двигатели с более высоким тепловым КПД, лучшее, что мы можем сделать, — это повысить КПД сгорания.

Разделение источников шума двигателя внутреннего сгорания на основе одноканального алгоритма

Технология разделения и идентификации источников шума является основным направлением исследований шума двигателей внутреннего сгорания.Шум сгорания и шум поршня являются основными источниками шума двигателя внутреннего сгорания. Однако шум сгорания и хлопок поршня возникают почти в верхней мертвой точке. Они смешиваются во временной и частотной областях. Точно и эффективно разделить их сложно. Для их разделения предлагается одноканальный алгоритм, который объединяет методы разложения по эмпирическим модам на основе изменяющейся во времени фильтрации (TVF-EMD) и робастного анализа независимых компонентов (RobustICA).Во-первых, метод TVF-EMD используется для разложения одноканального шумового сигнала на несколько функций внутреннего режима (IMF). Затем применяется метод RobustICA для извлечения независимых компонентов. Наконец, для определения источников шума используются соответствующие предварительные знания и частотно-временной анализ. Кроме того, для проверки результатов разделения дополнительно используются метод спектральной фильтрации и метод расчета шума от ударов поршня на основе динамической модели. Результаты моделирования и экспериментальных исследований показывают эффективность предложенного метода.

1. Введение

Двигатель внутреннего сгорания широко используется в различных транспортных средствах, таких как корабли и автомобили [1]. Однако, когда двигатель внутреннего сгорания работает, он создает огромный шум в окружающей среде. Шум может мешать повседневной жизни людей и даже ставить под угрозу их здоровье. Поэтому проблема шума вызывает все большую озабоченность общества. Длительное воздействие шума на людей может вызвать бессонницу, сердечно-сосудистые заболевания и даже смерть [2, 3].Глобальный законодательный комитет разрабатывает строгие правила, чтобы сделать суда, автомобили и другие транспортные средства тише [4].

Двигатель внутреннего сгорания, являясь основным источником энергии и шума судов и автомобилей, оказывает значительное влияние на общий уровень шума [5]. Поэтому актуальна разработка соответствующего метода снижения уровня шума двигателей внутреннего сгорания. Основной задачей снижения шума двигателей внутреннего сгорания является изучение и анализ характеристик каждого источника шума двигателей внутреннего сгорания, а затем разработка соответствующей целевой и эффективной схемы снижения шума.Таким образом, разделение различных источников шума двигателей внутреннего сгорания стало актуальной темой в области исследования шума двигателей внутреннего сгорания.

Источник шума двигателя внутреннего сгорания в основном состоит из шума сгорания, шума от ударов поршня, шума шестерен, шума от стука клапана, шума топливного насоса и т. Д. [6]. Среди этих источников шума шум сгорания и шум от ударов поршня составляют 80% от общего шума [7]. Они являются основными источниками шума двигателя внутреннего сгорания.За счет снижения шума сгорания и шума от хлопка поршня, общий шум будет значительно снижен. Следовательно, необходимо изучить шум сгорания и шум поршня.

Однако шум сгорания и шум от ударов поршня почти возникают около верхней мертвой точки, и они сильно искажаются в частотно-временной области. Таким образом, разделить их очень сложно. В настоящее время некоторые ученые используют многоканальный алгоритм для разделения источников шума, такой как метод слепого разделения источников [8], метод независимого компонентного анализа [9], метод независимого компонентного и вейвлет-анализа [10], усовершенствованный метод спектрофильтра [11], диагностика иерархии метод когерентного анализа спектра мощности [12], метод акустической голографии и интенсивности звука [13].

Однако в практических инженерных приложениях из-за стоимости датчика и условий установки, как правило, можно использовать только меньшее количество датчиков. Многоканальный алгоритм ограничен в практических инженерных приложениях. Поэтому многие ученые начинают изучать одноканальный алгоритм разделения источников шума. Например, Du et al. [14] использовали EMD и методы анализа независимых компонентов для разделения сигнала возбуждения горения и сигнала удара поршня. Bi et al. [15] использовали метод EEMD-RobustICA для разделения шума сгорания, шума поршня и шума выхлопа бензиновых двигателей.Zhang et al. [16] использовали EEMD, когерентный анализ спектра мощности и усовершенствованный метод анализа иерархии для определения источников шума двигателей внутреннего сгорания. Zheng et al. [17] использовали методы EEMD и обобщенного S-преобразования для разделения шума сгорания, шума от ударов поршня, шума шестерен и т. Д.

Текущий одноканальный алгоритм в основном основан на методе EMD и методе EEMD для разделения источников шума двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, существуют и другие методы, такие как метод на основе VMD [18] и метод на основе гамматона [19].Но метод, основанный на VMD, требует установки сложных параметров, и на результат разделения в значительной степени влияют параметры настройки. Метод на основе гамматона в основном используется для разделения смешанных речевых сигналов. Что касается метода EMD, он имеет проблемы смешения мод и конечных эффектов [20, 21]. Хотя метод EEMD может решить проблему смешения мод, выбор таких параметров, как амплитуда добавленного шума и номер ансамбля, трудно определить, и они имеют большое влияние на эффект разложения сигнала [22].Кроме того, вычислительная стоимость метода EEMD высока [23].

Недавно было предложено новое разложение эмпирических мод на основе изменяющейся во времени фильтрации (TVF-EMD), которое было предложено Ли и др. может эффективно решить проблему разделения и проблему перемежаемости, и он имеет лучшую производительность декомпозиции, чем метод EMD [24]. Метод TVF-EMD — это управляемый данными метод адаптивной декомпозиции, который применялся при диагностике неисправностей подшипников [25, 26], прогнозировании скорости ветра [27], модальной идентификации [28] и т. Д.В этой статье метод TVF-EMD исследуется и применяется для разделения источников шума двигателя внутреннего сгорания. Поскольку метод TVF-EMD обладает отличной способностью к разложению сигнала, а метод RobustICA обладает выдающейся способностью извлекать независимые компоненты из смешанных компонентов, для разделения двигателя внутреннего сгорания предлагается одноканальный алгоритм, сочетающий методы TVF-EMD и RobustICA. источники шума. Во-первых, одноканальный шумовой сигнал раскладывается на несколько IMF методом TVF-EMD.Затем выполняется метод RobustICA для извлечения независимых компонентов. Наконец, для определения источников шума используются соответствующие предварительные знания и частотно-временной анализ. Основным вкладом данной статьи является предложение одноканального алгоритма, основанного на методах TVF-EMD и RobustICA, для разделения источников шума двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, независимый метод расчета шума сгорания (метод спектральной фильтрации) и метод расчета шума от удара поршня (метод расчета шума от удара поршня на основе динамической модели) объединены вместе для проверки результатов разделения шума сгорания и удара поршня. шум.Получены метод разделения и расчетный поток источников шума двигателя внутреннего сгорания.

2. Связанные методы
2.1. Метод TVF-EMD

Разложение по эмпирическим модам на основе изменяющейся во времени фильтрации (TVF-EMD) может адаптивно разлагать нестационарные сигналы. По сравнению с методом EMD, метод TVF-EMD решил проблему разделения и проблему перемежаемости [24]. Следовательно, метод TVF-EMD имеет лучшую разделяющую способность, чем метод EMD, особенно в отношении нестационарных сигналов.Шаги вычисления метода TVF-EMD следующие: Шаг 1: для сигнала используйте преобразование Гильберта, чтобы вычислить мгновенную амплитуду и мгновенную частоту. Шаг 2: найдите локальные максимумы и локальные минимумы. Шаг 3: интерполировать набор точек и получить и. Затем, и. Шаг 4: интерполируйте и, чтобы получить и. Затем, Шаг 5: вычислить локальную частоту среза через. Шаг 6: настройте, чтобы решить проблему перемежаемости. Шаг 7: затем,. Применяется аппроксимация B-сплайном, а за узлы взяты крайние тайминги.Примерный результат можно получить как. Шаг 8: если критерий остановки, то получается IMF. В противном случае позвольте и продолжайте выполнять шаги с 1 по 7.

В методе TVF-EMD полоса пропускания и порядок B-сплайнов являются ключевыми параметрами, которые необходимо установить заранее. Согласно [24], учитывая вычислительные затраты и производительность алгоритма, эти два параметра принимаются значениями по умолчанию, и.

Учитывая, что метод TVF-EMD должен использоваться в нестационарном шумовом сигнале двигателя внутреннего сгорания, выбираются три нестационарных моделируемых сигнала, чтобы проиллюстрировать эффективность декомпозиции метода TVF-EMD.Смоделированные сигналы показаны в уравнении (2). Частота дискретизации 512 Гц. Форма волны смоделированного сигнала во временной области показана на рисунке 1:


Затем для разложения смешанного сигнала используются метод EMD и метод TVF-EMD. Результаты расчетов показаны на рисунках 2 и 3.



Как показано на рисунке 2, можно видеть, что результаты расчета методом EMD сильно отличаются от исходного сигнала моделирования, особенно показанного в красном круге. .На рисунке 3 результаты расчета методом TVF-EMD аналогичны исходному сигналу моделирования, IMF1 соответствует S 1, IMF2 соответствует S 2, а IMF3 соответствует S 3.

По порядку Для количественного сравнения эффективности разделения двух методов был использован следующий индекс для вычисления степени совпадения между разделенным сигналом и исходным сигналом [29]: где. Количественный показатель эффективности методов EMD и TVF-EMD представлен в таблице 1.

9013 901

Первоисточник Количественный индекс
EMD (дБ) TVF-EMD (дБ)


17,5613
S 2 0,4042 14,2428
S 3 8,7849 18,9132 901 Среднее значение2405 16,9058

Согласно уравнению (3), чем больше индекс, тем лучше эффект разделения. Из таблицы 1 метод TVF-EMD обеспечил наилучшее восстановление S 3 по наибольшему показателю 18,9132 дБ, что согласуется с результатами на рисунке 3. Что касается S 1 и S 2, индекс также больше, чем метод EMD. Средний показатель результатов расчета методом TFM-EMD равен 16.9058 дБ. Но EMD набрал только 3,2405 дБ. Из приведенного выше анализа делается вывод, что метод TVF-EMD обеспечивает лучшую производительность декомпозиции, чем метод EMD.

2.2. Метод RobustICA

Процесс разделения метода ICA состоит в том, чтобы найти матрицу преобразования смешанного сигнала наблюдения, чтобы сделать вывод как можно более независимым [30]: где W — матрица несмешивания, а N — дополнительный шум .

Обычно используемый метод ICA включает FastICA [31] и JADE [32].Однако методы FastICA и JADE имеют некоторые проблемы, такие как низкая точность вычислений и недостаточная надежность. Позже Зарзосо и Комон [33–35] предложили метод робастного анализа независимых компонентов (RobustICA). По сравнению с FastICA и JADE, метод RobustICA более надежен и может лучше извлекать независимые компоненты из смешанных сигналов.

Метод RobustICA разделяет сигналы независимых источников на основе эксцесса. Функция вычисления эксцесса определяется следующим образом: где представляет собой математические ожидания.

Шаги вычисления метода RobustICA следующие: (1) Вычислить коэффициенты полинома оптимального размера шага: (2) Извлечь корень полинома оптимального размера шага. (3) Выбрать корень полинома, чтобы получить абсолютное значение целевой функции в направлении поиска наибольшее: (4) Обновить. (5) Нормализовать.

Чтобы проиллюстрировать рабочие характеристики, выбраны пилообразный сигнал, прямоугольный сигнал и синусоидальный сигнал затухания, которые показаны на рисунке 4.


Случайно сгенерированная матрица смешивания функцией rand (·) в программном обеспечении MATLAB используется для смешивания исходных сигналов моделирования. Затем методы FastICA, JADE и RobustICA используются для извлечения независимых компонентов из смешанных сигналов. Результаты расчетов показаны на рисунке 5.

Из рисунка 5 видно, что результаты расчетов RobustICA очень похожи на исходные смоделированные сигналы. Однако результаты расчетов FastICA и JADE имеют определенное отличие от исходных смоделированных сигналов, особенно в части, обведенной кружком.Из-за искажения амплитуды в методе ICA, учитывая, что амплитуда выбранного сигнала моделирования находится в диапазоне от -1 до +1, извлеченные независимые компоненты нормализуются. Расчетные количественные показатели представлены в таблице 2.


Исходный источник Количественный показатель
RobustICA (дБ) FastICA (дБ) JADE (дБ) JADE (дБ)

x 1 21.1840 29,5894 24,2738
x 2 265,7350 15,7141 17,0060
12,9731 22,6254

Из таблицы 2 видно, что RobustICA обеспечил наилучшее восстановление x 2 при наибольшем индексе 265.7350 дБ, что соответствовало результатам на рисунке 5. Хотя FastICA получил лучшее значение 29,5894 дБ для x 1, он не очень хорошо извлекал сигнал x 2. Второе по величине значение индекса для x 1 составляет 24,2738 дБ, достигаемое JADE, но JADE плохо работает для извлечения сигналов x 2. Что касается x 3, FastICA набрал -6,3843 дБ, что ниже, чем у RobustICA и JADE. В целом средний балл RobustICA составляет 103,3583 дБ, что намного больше, чем у FastICA и JADE.Из приведенного выше анализа следует, что метод RobustICA имеет лучшую производительность для извлечения независимых компонентов, чем методы FastICA и JADE.

2.3. Одноканальный алгоритм, основанный на методах TVF-EMD и RobustICA

Поскольку метод TVF-EMD имеет отличную производительность для разложения сигналов, а метод RobustICA является хорошим способом извлечения независимых компонентов из смешанных сигналов, TVF-EMD и Методы RobustICA комбинируются для разделения источников шума.Конкретные этапы расчета следующие: Этап 1: в лаборатории судовых двигателей, которая имеет конструкцию, аналогичную конструкции реального судна, проводится испытание шума двигателя внутреннего сгорания для получения одноканальных шумовых сигналов. Шаг 2: метод TVF-EMD используется для разложения одноканального шумового сигнала на несколько IMF. По методу выбора шкалы выбираются соответствующие IMF, которые используются для дальнейших расчетов. Шаг 3: поскольку эти выбранные IMF не всегда независимы друг от друга, IMF и одноканальный шумовой сигнал объединяются вместе, чтобы сформировать новую группу сигналов.Затем выполняется метод RobustICA для извлечения независимых компонентов из новой группы сигналов. Шаг 4: в соответствии с предшествующими знаниями о двигателе внутреннего сгорания и частотно-временным анализом шум сгорания и шум от удара поршня первоначально идентифицируются из независимых компонентов. Шаг 5: далее выполняются метод спектральной фильтрации и метод расчета шума от ударов поршня на основе динамической модели для идентификации и проверки отдельных результатов.Наконец, можно точно получить шум сгорания и шум поршня.

Чтобы проиллюстрировать производительность метода TVF-EMD-RobustICA, смоделированный сигнал принимается в приведенном выше уравнении (2). Сначала смешанный сигнал разделяется методом TVF-EMD, и результат разделения показан на рисунке 3. Затем метод RobustICA дополнительно используется для выделения независимых компонентов. Более того, метод EMD-RobustICA также используется для разделения смешанного сигнала. Результаты расчета представлены на рисунке 6.

Из рисунка 6 видно, что метод TVF-EMD-RobustICA дал хорошие результаты. Но метод EMD-RobustICA плохо работает, особенно для IC1 и IC3, и они сильно отличаются от исходных смоделированных S 1 и S 2. Для дальнейшего количественного анализа показаны результаты расчета количественных показателей. в Таблице 3.

31 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 902


Первоисточник Количественный индекс
TVF-EMD-RobustICA (дБ) EMD-RobustICA (дБ) S 1 15.0491 3,0835
S 2 13,1466 −0,5192
S 3 −5,3101 −4,213874

3


Из таблицы 3, TVF-EMD-RobustICA предоставил лучший разделенный сигнал S 1 по наибольшему индексу 15,0491 дБ, а второе по величине значение индекса — 13.1466 дБ для S 2. Однако EMD-RobustICA набрал только 3,0835 дБ и -0,5192 дБ для S 1 и S 2 соответственно. Что касается S 3, EMD-RobustICA набрал -4,2874 дБ, и это немного больше, чем TVF-EMD-RobustICA, получивший -5,3101 дБ. В целом, средний индекс TVF-EMD-RobustICA составляет 7,6285 дБ, а EMD-RobustICA — всего -0,5744 дБ. Таким образом, делается вывод, что метод TVF-EMD-RobustICA имеет лучший эффект разделения, чем метод EMD-RobustICA, и он используется для разделения источников шума двигателя внутреннего сгорания.

3. Испытание двигателя внутреннего сгорания
3.1. Испытательная платформа

Испытание двигателя внутреннего сгорания проводилось в лаборатории судовых двигателей, которая имеет конструктивную конструкцию, аналогичную реальной судну, и она показана на рисунке 7.


В лаборатории судовых двигателей есть MAN Дизельный двигатель типа B&W 6L16 / 24. Основные технические параметры приведены в таблице 4.

Количество ходов

Параметры Значения параметров

Количество цилиндров 6 4
Система охлаждения С водяным охлаждением
Диаметр цилиндра 160 мм
Ход поршня 240 мм
Пожарный 90-6-5 1-2-4
Степень сжатия 15.2: 1
Номинальная мощность 540 кВт
Размеры 2627 мм × 760 мм × 1866 мм

Двигатель внутреннего сгорания цилиндры будут производить много шума. Непосредственно отделить источники шума, создаваемые шестью цилиндрами, очень сложно. Фактически, каждый цилиндр двигателя внутреннего сгорания производит одинаковый источник шума.Следовательно, необходимо только изучить источник шума, создаваемый одним заданным цилиндром. Следовательно, необходимо изолировать помехи, создаваемые другими пятью цилиндрами.

3.2. Метод покрытия свинцом

В этом эксперименте метод покрытия свинцом применяется для обертывания пяти цилиндров (цилиндр № 1, цилиндр № 2, цилиндр № 3, цилиндр № 5 и цилиндр № 6) внутреннего сгорания. двигатель, и только цилиндр №4 не накручен. При использовании метода покрытия свинцом сначала снаружи двигателя внутреннего сгорания оборачивается огнестойкая звукоизоляционная вата толщиной 10 мм.Во-вторых, свинцовая пластина толщиной 1,5 мм наматывается снаружи двигателя внутреннего сгорания. Наконец, снаружи двигателя внутреннего сгорания снова наматывают огнестойкую звукоизоляционную вату толщиной 10 мм. Для изоляции помехового шума принят трехуровневый метод покрытия. Метод покрытия отведения показан на рисунке 8.

С помощью метода покрытия отведения можно эффективно изолировать помехи, создаваемые другими пятью цилиндрами. Это выгодно для отделения источника шума от указанного цилиндра.

3.3. Измерительная система и точки измерения

С помощью метода покрытия свинца можно максимально изолировать помехи, создаваемые другими пятью цилиндрами. Затем, что касается цилиндра № 4, микрофоны используются для измерения шумовых сигналов в верхней части головки блока цилиндров, на стороне основного удара и на стороне щелчка тисков. Конкретное расположение точек измерения шума показано на рисунке 9.

Система измерения двигателя внутреннего сгорания состоит из сенсорного оборудования (датчик звукового давления, датчик давления в цилиндре, усилитель заряда и датчик верхней мертвой точки), шасси для сбора данных NI cDAQ 9172. , Карта сбора данных NI 9234, компьютер и т. Д., и он показан на рисунке 10.


Тип датчика давления в баллоне — 6013CA, в котором диапазон составляет 250 бар, а чувствительность — 21 пКл / бар. Тип одноканального усилителя заряда — 5018А1000. Микрофоны PCB130F20 калибруются перед измерением. Данные о шуме, измеренные в ходе теста, сохраняются на компьютере через интегрированную систему сбора данных LabVIEW. Частота дискретизации 25600 Гц.

Номинальная частота вращения дизельного двигателя MAN B&W 6L16 / 24 составляет 1000 об / мин.Таким образом, в качестве условия испытания выбрано 1000 об / мин и состояние холостого хода. В ходе испытания двигателя внутреннего сгорания сигнал давления в цилиндре p и сигналы шума каждой стороны (верхняя часть головки блока цилиндров y 1, сторона главного удара y 2 и сторона тисков y 3) рабочего цикл двигателя внутреннего сгорания может быть получен, и он показан на рисунке 11.


4. Разделение и идентификация источников шума

Посредством испытания двигателя внутреннего сгорания могут быть получены сигналы каждого бокового шума.Во-первых, метод TVF-EMD применяется для разложения шумового сигнала y 1 головки блока цилиндров на несколько IMF. Результаты разложения показаны на рисунке 12.


С помощью метода TVF-EMD можно получить девять IMF. Метод выбора шкалы используется для выбора IMF, которые имеют высокую согласованность с источником шума двигателя внутреннего сгорания, для дальнейшего расчета. Выражение для вычисления коэффициента корреляции показано в следующем уравнении [15]: где и — соответственно среднее значение сигнала x и сигнала y .

В результате вычислений коэффициент корреляции между каждым IMF и шумовым сигналом показан в таблице 5.

1 9013 901 9013 9013 двигатель имеет много источников шума, чтобы сохранить больше компонентов для следующего расчета, компоненты, коэффициент корреляции которых меньше 0,1, удаляются.IMF3 ~ IMF9 сохраняются для последующих расчетов. Однако эти МВФ не всегда независимы друг от друга. Следовательно, необходимо дополнительно извлечь независимую составляющую из этих МВФ. Эти IMF и исходные шумовые сигналы головки блока цилиндров объединяются вместе, чтобы сформировать новую группу сигналов. Затем метод RobustICA дополнительно используется для извлечения независимого компонента из новой группы сигналов. Результаты расчета показаны на рисунке 13.


Из рисунка 13 каждый независимый компонент может соответствовать источнику шума двигателя внутреннего сгорания, например шуму сгорания, шуму хлопка поршня, шуму стука воздушного клапана, шуму топливного насоса высокого давления, шум зацепления шестерен и т. д.Основная цель данной статьи — изучить шум сгорания и шум от удара поршня. Что касается других источников шума, они требуют дальнейшего изучения.

Согласно предшествующему уровню знаний о двигателе внутреннего сгорания, IC1 и IC2 могут быть шумом сгорания и шумом от удара поршня. Форма сигнала во временной области, спектр и частотно-временная диаграмма IC1 и IC2 показаны на рисунке 14.

Из рисунка 14 (a), во-первых, с точки зрения временной области, амплитуда сигнала во временной области IC1 сильно меняется при 370 ° CA.Согласно соответствующим предшествующим знаниям о двигателе внутреннего сгорания, порядок включения двигателя внутреннего сгорания составляет 1-2-4-6-5-3. В ходе испытания угол открытия цилиндра № 4 составляет около 370 ° CA. Таким образом, время изменения амплитуды IC1 согласуется со временем зажигания цилиндра № 4. Во-вторых, с точки зрения частотной области частотная составляющая IC1 сосредоточена около 3000 Гц. Когда сгорание происходит в цилиндре № 4, возникают высокочастотные колебания из-за сгорания, приводящие к более высокочастотной составляющей.Кроме того, как видно из частотно-временной диаграммы IC1, энергия частотной составляющей около 370 ° CA и 3000 Гц является самой высокой. Он совпадает с моментом, когда горит цилиндр № 4 и высокочастотное колебание вызвано сгоранием. Таким образом, можно считать, что IC1 — это шум сгорания.

Из рисунка 14 (b), с точки зрения временной области, амплитуда сигнала временной области IC2 сильно варьируется при 370 ° CA. Он совпадает с моментом, когда поршень No.4 цилиндр ударяется о стенку цилиндра. С точки зрения частотной области частотная составляющая IC2 сосредоточена около 400 Гц. Обычно частота шума от хлопка поршня невысока. Судя по частотно-временной диаграмме, при температуре около 370 ° CA и 400 Гц энергия частотной составляющей велика. Таким образом, можно считать, что IC2 — это шум от хлопка поршня.

Аналогично, что касается сигнала шума y 2 основной стороны пощечины и сигнала шума y 3 стороны тисков, результаты вычислений показаны на рисунках 15 и 16, соответственно.

Из рисунка 15 (a), момент изменения амплитуды IC1 и время зажигания цилиндра № 4 находятся при 370 ° CA. Частота IC1 сосредоточена около 3000 Гц. На частотно-временной диаграмме энергия частотной составляющей велика при примерно 370 ° CA и 3000 Гц. Однако определенная частотная составляющая в районе 5000 Гц все еще присутствует. Место измерения шума находится на стороне основного удара, а рядом со стороной главного удара есть нагнетательный насос. Частота 5000 Гц может быть вызвана ТНВД.Основной составляющей IC1 является шум сгорания. На Рисунке 15 (b) частотная составляющая IC2 в основном сосредоточена около 400 Гц. На частотно-временной диаграмме энергия частотной составляющей велика около 370 ° CA и 400 Гц. Но энергия частотной составляющей появляется и в других местах. Поршень имеет определенную площадь контакта с внутренней стенкой гильзы цилиндра. Это может быть вызвано повторяющимися столкновениями поршня и гильзы цилиндра. Таким образом, можно считать, что составляющая IC2 — это в основном шум от хлопка поршня.

Из рисунка 16 (a), момент изменения амплитуды IC1 и время зажигания цилиндра № 4 также находятся на 370 ° CA. Частотная составляющая IC1 также сосредоточена около 3000 Гц. Когда цилиндр № 4 горит при температуре около 370 ° CA, он производит высокочастотные колебательные компоненты. Таким образом, можно считать, что IC1 — это в основном шум сгорания. На Рисунке 16 (b) частотная составляющая IC2 в основном сосредоточена около 400 Гц. На частотно-временной диаграмме энергия частотной составляющей велика около 370 ° CA и 400 Гц.Но у него также есть некоторые другие частотные составляющие около 1000 Гц. Рядом со стороной тисков есть другие детали, такие как выхлопная труба, и частотная составляющая может быть вызвана ими. Следовательно, основной составляющей IC2 является шум от хлопка поршня.

5. Оценка и обсуждение

Для дальнейшей оценки эффекта разделения разделенного шума сгорания и шума от ударов поршня, метод спектральной фильтрации [11] и метод расчета шума от удара поршня на основе динамической модели [36– 39] дополнительно используются для расчета независимого шума сгорания и шума от ударов поршня соответственно.

5.1. Метод спектральной фильтрации

Двигатель внутреннего сгорания MAN B&W 6L16 / 24 имеет шесть цилиндров. Предположим, что давление в этих шести цилиндрах составляет. Шум сгорания, создаваемый этими шестью цилиндрами, составляет. Передаточная функция между давлением в цилиндре и шумом сгорания равна. Модель расчета шума сгорания показана на рисунке 17.


Из рисунка 17 шум сгорания можно рассчитать следующим образом:

Общий шум сгорания двигателя внутреннего сгорания является суммой шума сгорания, создаваемого шестью цилиндрами. :

Однако в тесте пять цилиндров двигателя внутреннего сгорания были обернуты методом покрытия свинцом, и только No.Обнажился 4 цилиндр. Следовательно, эта модель расчета шума сгорания становится моделью расчета шума сгорания одноцилиндрового двигателя, и она показана на рисунке 18.


Предположим, что давление в цилиндре и шум сгорания цилиндра № 4 равны и. Сигнал радиационного шума цилиндра № 4 составляет. Другой сигнал помехового шума:

В модели расчета шума сгорания одноцилиндрового двигателя давление в цилиндре и сигнал радиационного шума могут быть получены непосредственно путем испытания.Во-первых, необходимо рассчитать функцию спектральной фильтрации: где — кросс-спектр давления в цилиндре и сигнала радиационного шума. — автоспектр давления в цилиндре и сигнал радиационного шума.

После вычисления функции спектральной фильтрации сигнал оценки шума сгорания может быть получен путем свертки функции спектральной фильтрации с сигналом давления в цилиндре: где представляет операцию свертки.

Ошибка между фактическим сигналом шума горения и сигналом оценки шума горения вычисляется следующим образом:

Сигнал шума горения может быть вычислен методом спектральной фильтрации.Однако существует ошибка между расчетным шумом сгорания и фактическим шумом сгорания. В этой статье рассчитанный с помощью метода спектральной фильтрации шум сгорания в основном используется для оценки выделенного шума сгорания. Хотя существует ошибка между расчетным шумом сгорания и фактическим шумом сгорания, расчетный шум сгорания имеет основные характеристики фактического шума сгорания. Таким образом, рассчитанный шум сгорания можно использовать для оценки отдельного шума сгорания.Что касается ошибки, ее необходимо изучить.

Сигнал оценки шума горения может быть вычислен с помощью метода спектральной фильтрации. Затем вычисленный сигнал оценки шума сгорания сравнивается с выделенным шумом сгорания. Результаты расчета показаны на рисунке 19.

Из рисунка 19, в верхней части головки блока цилиндров выделенный шум сгорания согласуется с расчетным шумом сгорания с помощью метода спектральной фильтрации. Но у него есть много других составляющих помех в выделенном шуме сгорания.Это связано с тем, что верхняя часть головки блока цилиндров принимает помехи как со стороны основного, так и со стороны тисков. Но главная его составляющая — шум горения. На стороне основного удара разделенный шум горения в основном соответствует расчетному шуму горения с помощью метода спектральной фильтрации, но есть небольшая разница в районе 2000 Гц. Со стороны тисков раздельный шум сгорания также в основном соответствует расчетному шуму сгорания, но есть небольшая разница в районе 5000 Гц.В общем, частотные характеристики выделенного шума горения согласуются с расчетным шумом горения методом спектральной фильтрации. Таким образом, можно считать, что шум горения можно точно получить, используя предложенный одноканальный алгоритм. Частотная составляющая шума сгорания сосредоточена около 3000 Гц.

5.2. Метод расчета шума от удара поршня на основе динамической модели

Поршень ударяется о стенку цилиндра, создавая шум от удара поршня.Когда двигатель внутреннего сгорания работает, движение поршня в гильзе цилиндра очень сложное, включая основное (осевое возвратно-поступательное движение) и вторичное (поперечное и наклонное) движение. Динамическая модель поршня в гильзе цилиндра показана на рисунке 20.


Схематическая диаграмма силы поршня в гильзе цилиндра показана на рисунке 21.


На рисунке 21 показано усилие. давления в цилиндре, создаваемого при сгорании в цилиндре на верхней поверхности поршня.и представляют собой, соответственно, силу инерции поршня и силу инерции поршневого пальца, создаваемую возвратно-поступательным движением поршня. , и — соответственно сила инерции поршня, сила инерции поршневого пальца и инерционный момент поршня, создаваемый движением поршня второго порядка. и — соответственно смазочная сила и смазочный момент, действующие на юбку поршня. и — соответственно вязкое трение смазочного масла и момент трения, создаваемый юбкой поршня.сила шатуна. это расстояние между центром поршневого пальца и центральной линией поршня. и представляют собой, соответственно, расстояние между центром масс поршневого пальца и верхней частью юбки поршня и расстояние между центром масс поршня и верхней частью юбки поршня. угол между шатуном и осью поршня.

В зависимости от силы поршня в гильзе цилиндра можно получить динамическое уравнение движения поршня в гильзе цилиндра:

Фактически, между поршнем и гильзой цилиндра есть смазочная пленка.Следовательно, также необходимо учитывать влияние смазочной пленки на движение поршня в гильзе цилиндра. Уравнение Рейнольдса для влияния смазочной пленки определяется следующим образом: где — направление по окружности гильзы поршня, — осевое направление вдоль гильзы, — скорость возвратно-поступательного движения поршня, — вязкость смазочного масла, — время , — давление пленки смазочного масла, — толщина пленки смазки, — плотность смазочного масла.

С помощью формул (15) и (16) можно получить давление пленки смазки и перемещение поршня второго порядка, скорость и ускорение.

Поршень сталкивается с внутренней стенкой гильзы цилиндра, создавая шум от удара поршня, который ослабляется через конструкцию кузова. Следовательно, необходимо рассчитать коэффициент ослабления распространения звука конструкции кузова: где — поверхностная акустическая мощность кузова, а — мощность звука столкновения поршня и внутренней стенки гильзы.

Формула для расчета акустической мощности поверхности тела определяется следующим образом: где — эффективность излучения поверхности, — плотность воздуха, — скорость звуковых волн в воздухе, — площадь поверхности шумового излучения и — вибрация поверхности. скорость.

Формула для расчета мощности звука при столкновении поршня и внутренней стенки гильзы выглядит следующим образом: где — импеданс между поршнем и гильзой,. скорость удара.

Согласно формулам (17) — (19) может быть получена следующая формула:

Предположим, что энергия, генерируемая на внутренней стенке гильзы цилиндра, не изменяется, когда она передается на поверхность тела через конструкцию кузова. : где — плотность конструкции кузова, — толщина конструкции кузова, — площадь поверхности конструкции кузова, — скорость колебаний конструкции кузова, — плотность конструкции гильзы, — толщина гильзы структура, — это площадь поверхности конструкции гильзы и представляет собой скорость вибрации конструкции гильзы.

Комбинируя формулу (20) и формулу (21), можно вычислить коэффициент затухания распространения звука конструкции кузова:

Теперь коэффициент затухания распространения звука конструкции кузова и звуковую мощность поршня и гильзы цилиндра в точке удара. Уровень звуковой мощности в каждом узле на поверхности конструкции кузова определяется следующим образом: где — эталонная звуковая мощность, а обычно она равна.

Затем необходимо рассчитать уровень звукового давления: где — расстояние между местоположением расчетной области и структурной поверхностью корпуса двигателя внутреннего сгорания.

Наконец, можно рассчитать шум от удара поршня двигателя внутреннего сгорания: где — шум от удара поршня на стороне тяги, а — шум от удара поршня на стороне против коррозии.

Расчетный шум от ударов поршня, основанный на динамической модели, используется для оценки шума от ударов отдельных поршней. Расчетные результаты показаны на рисунке 22.

Из рисунка 22 видно, что в верхней части головки блока цилиндров шум от ударов отдельных поршней согласуется с расчетным шумом от ударов поршней.Разница примерно на 1500 Гц. На стороне основного удара поршень в основном соответствует расчетному шуму от удара поршня. На стороне тисков шум раздельного удара поршня также в основном соответствует расчетному шуму удара поршня. Но у него есть другие частотные составляющие около 1000 Гц. Это может быть вызвано некоторыми другими деталями, такими как выхлопная труба, и требует дальнейшего изучения. В целом, для реальных измеренных шумовых сигналов шума внутреннего сгорания можно считать, что шум отдельного удара поршня в целом согласуется с расчетным шумом удара поршня.Таким образом, шум от хлопка поршня точно отделяется с помощью предложенного одноканального алгоритма.

5.3. Анализ ошибок

Из рисунков 19 и 22 видно, что разделенный шум сгорания и шум от удара поршня в основном согласуется с рассчитанным независимым шумом сгорания и шумом от удара поршня. Но все же есть ошибки. Основные причины ошибки следующие: (1) Двигатель внутреннего сгорания имеет сложную конструкцию и множество деталей, которые производят много шума.Помимо шума сгорания и шума от удара поршня, также имеется шум топливного насоса высокого давления, шум стука клапанного механизма и т. Д. Шум сгорания и шум хлопка поршня, разделенные с помощью одноканального алгоритма, будут содержать небольшое количество других шумовых компонентов. Следовательно, необходимо дальнейшее изучение алгоритма высокоточного разделения. (2) Независимый метод расчета шума сгорания (метод спектральной фильтрации) и метод расчета шума от удара поршня (метод расчета шума от удара поршня на основе динамической модели) в основном основаны на математических алгоритмах и моделях для расчета независимого шума сгорания и шум поршня.Результаты расчетов могут отражать основные характеристики шума сгорания и шума от удара поршня. Но расчетный шум сгорания и шум от удара поршня немного отличаются от фактического шума сгорания и шума от удара поршня двигателя внутреннего сгорания. Чтобы лучше оценить точность шума сгорания и шума от удара поршня, необходимо дополнительно построить независимый испытательный стенд для моделирования шума сгорания и шума удара поршня, чтобы получить независимый шум сгорания и шум удара поршня.Это требует дальнейшего изучения.

В технике уровень звукового давления (SPL) обычно используется для представления шумовой ситуации двигателя внутреннего сгорания. Формула расчета уровня звукового давления имеет следующий вид [7]: где.

Расчетный уровень звукового давления шума сгорания и шума от удара поршня показан на рисунке 23.

Из рисунка 23 видно, что уровень звукового давления отдельно от шума сгорания и шума от удара поршня согласуется с расчетным шумом сгорания. и шум поршня.Для количественного анализа погрешности принята следующая формула расчета погрешности [7]: где абс — принять абсолютное значение.

Результаты расчетов представлены в таблице 6.


IMFs Коэффициент корреляции

IMF2 0,0676
IMF3 0,1034
IMF4 0,1225
IMF5 0.1227
IMF6 0,1426
IMF7 0,1741
IMF8 0,4235
IMF9 9013
дБ (A) Среднее значение

Разделенный IC1 Расчетный шум горения дБ (A) Разделенный IC2 Расчетный шум от удара поршня

Головка блока цилиндров верхняя 4.14 Головка блока цилиндров верхняя 3,19 3,67
Сторона основного шлепка 3,86 Сторона главного шлепка 4,24 4,05
Сторона захвата Сторона замка 3,83 3,82
Среднее значение 3,94 Среднее значение 3,75 3,85

Уровень звукового давления можно увидеть между шум сгорания и с каждой стороны (верхняя часть головки блока цилиндров, сторона главного удара и сторона заднего удара) шума сгорания равны 4.14 дБ (A), 3,86 дБ (A), 3,81 дБ (A) соответственно. Погрешность уровня звукового давления в верхней части головки блока цилиндров самая большая. Это связано с тем, что верхняя часть головки блока цилиндров принимает помехи со стороны основного удара и со стороны тисков. Поскольку на стороне основного шлепка установлен топливный насос высокого давления, ошибка уровня звукового давления также велика. Шум топливного насоса высокого давления в большей степени влияет на шум от удара поршня со стороны основного удара, а ошибка уровня звукового давления между рассчитанным шумом от удара поршня и шумом от удара поршня со стороны основного удара составляет 4.24 дБ (А). В целом, по сравнению со стороной главного и тисков, средняя погрешность верхней части ГБЦ составляет 3,67 дБ (А). Основная сторона имеет наибольшую погрешность, и в среднем она составляет до 4,05 дБ (A). С точки зрения инженерных приложений погрешность уровня звукового давления в пределах 3 дБ означает, что результаты расчетов очень хорошие. В целом допустима и погрешность уровня звукового давления в пределах 5 дБ. На следующем этапе необходимо изучить алгоритмы высокоточного разделения и построить испытательный стенд с независимым источником шума для более глубокого исследования.

6. Выводы

(1) Чтобы получить сигнал радиационного шума двигателя внутреннего сгорания в лаборатории судовых двигателей, используется метод покрытия свинцом с использованием трехслойного покрытия, чтобы изолировать помехи от других цилиндров. Помехи эффективно уменьшаются по сравнению с уровнем источника шума, а качество и надежность сигнала радиационного шума, измеряемого тестом, значительно улучшаются. (2) Одноканальный алгоритм, основанный на методах TVF-EMD и RobustICA, предлагается для разделите источники шума.Кроме того, дополнительно предложены метод спектральной фильтрации и метод расчета шума от ударов поршней на основе динамической модели для расчета независимых шумов сгорания и шума от ударов поршней. Результаты исследований показывают, что предлагаемый метод позволяет эффективно разделять источники шума. Получены метод разделения и расчетный поток источников шума двигателя внутреннего сгорания.

Доступность данных

Данные MAT-файла, используемые для подтверждения результатов этого исследования, доступны у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (51279148) и Китайским стипендиальным фондом (201806950033).

Контроль выбросов двигателя

Контроль выбросов двигателя

W. Addy Majewski, Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Увеличение количества дизельных двигателей создает необходимость в контроле выбросов твердых частиц и NOx из дизельного топлива. Первоначальный прогресс в борьбе с выбросами дизельного топлива был достигнут благодаря технологиям двигателей, включая изменения в конструкции камеры сгорания, улучшенные топливные системы, охлаждение наддувочного воздуха и особое внимание к расходу смазочного масла. Нормы выбросов, введенные в период 2005-2010 годов, дополнительно требуют использования методов нейтрализации выхлопных газов на новых дизельных двигателях.Эти методы включают дизельные фильтры твердых частиц, катализаторы СКВ с мочевиной и адсорберы NOx.

Введение

Выбросы загрязняющих веществ

В современных двигателях внутреннего сгорания за образование и сокращение выбросов отвечают две основные системы:

  • система сгорания и
  • выхлоп система нейтрализации .

Система сгорания включает камеру сгорания, ее форму и характеристики, такие как состав заряда, движение заряда и распределение топлива.Здесь образуются такие загрязнители, как NOx, CO и PM, а также происходит неполное окисление топлива. На то, что происходит в системе сгорания, сильно влияют другие системы двигателя, такие как система управления впускным зарядом и система впрыска топлива. Фактически, основная цель этих вторичных систем — влиять на то, что происходит во время процесса сгорания. Доступны многочисленные варианты ограничения образования загрязняющих веществ в системе сгорания. После того, как выхлопные газы покидают систему сгорания, их состав по существу замораживается до тех пор, пока не попадет в систему доочистки выхлопных газов (ATS, также сокращенно EAT или EATS), где может быть реализовано дальнейшее сокращение загрязняющих веществ, а также там, где вторичные выбросы, такие как N 2 O, Могут происходить NO 2 и NH 3 .

Система доочистки состоит из каталитических реакторов, которые стремятся еще больше снизить количество загрязняющих веществ. В некоторых случаях, например, в двигателях со стехиометрическим искровым зажиганием (SI), одного трехкомпонентного катализатора (TWC) достаточно для достижения очень значительного сокращения выбросов загрязняющих веществ. В других случаях, таких как дизельные двигатели, работающие на обедненной смеси, требуется ряд каталитических устройств. Вторичные системы необходимы для обеспечения правильной работы АВР. К ним относятся: контроль состава выхлопных газов посредством управления стехиометрией выхлопных газов или подача дополнительных реагентов, которые обычно отсутствуют в выхлопных газах или отсутствуют в достаточном количестве (например,g., мочевина, дополнительные углеводороды, дополнительный воздух или O 2 ), терморегулирование для обеспечения работы катализаторов в пределах требуемого температурного окна, системы, обеспечивающие удаление загрязняющих веществ и загрязняющих веществ, которые могут накапливаться (регенерация фильтров, регулирование содержания серы, мочевина отложений,) и систем для сведения к минимуму образования вторичных загрязнителей, таких как катализатор проскальзывания аммиака (ASC).

Было бы ошибкой рассматривать систему сгорания и АВР как отдельные системы.Чтобы максимизировать их эффективность, требуется высокая степень интеграции. Классическим примером является соотношение воздух-топливо (AFR) в двигателях SI, где требуется очень высокий уровень точности управления для обеспечения максимальной производительности TWC. Управление температурным режимом ATS может осуществляться с помощью регулировок в двигателе, чтобы повлиять на температуру выхлопных газов, выходящих из цилиндра. В некоторых случаях дополнительное топливо, необходимое для ATS (например, для управления температурным режимом), может подаваться с помощью топливных форсунок двигателя.

Важно понимать, что целью оптимизации двигателя не является минимизация выбросов загрязняющих веществ из системы сгорания или максимальное сокращение выбросов загрязняющих веществ в ATS. Скорее цель состоит в том, чтобы достичь целевого уровня выбросов от всей системы. Целевой показатель обычно значительно ниже нормативного предела, чтобы учесть изменчивость производства. Это может потребовать увеличения выбросов некоторых загрязняющих веществ из системы сжигания, если показатели ATS достаточно высоки, чтобы все же обеспечить достижение проектной цели.Например, выбросы NOx из двигателей, оснащенных катализатором SCR мочевины, могут увеличиваться для минимизации выбросов парниковых газов (из-за компромисса NOx-BSFC), если достигается высокая конверсия NOx в катализаторе SCR.

Горюче-смазочные материалы являются важным «партнером» в комбинированной системе двигателя и дополнительной обработки. Низкий уровень выбросов в течение срока службы двигателя будет невозможен, если загрязняющие вещества топлива, такие как сера и некоторые неорганические минералы, не будут доведены до очень низкого уровня.

Контроль выбросов от используемых двигателей

Вышеупомянутые технологии, обсуждаемые далее в следующих разделах, применимы к новым (OEM) двигателям внутреннего сгорания.Некоторые из этих технологий могут также использоваться для уменьшения выбросов и / или повышения эффективности существующих двигателей. Также существует группа технологий, разработанных специально для используемых приложений, которые обычно не используются в новых двигателях. Эти технологии более подробно обсуждаются в разделе «Контроль выбросов от используемых двигателей

».

Выбросы парниковых газов и экономия топлива

Пределы выбросов парниковых газов и стандарты топливной эффективности создали возможности для внедрения широкого спектра технологий в двигатели и транспортные средства.В поисках повышения топливной экономичности основное внимание уделяется как минимум трем ключевым направлениям:

    КПД трансмиссии
  • ,
  • автомобильной техники и
  • эксплуатационных параметров.

Поскольку эффективность трансмиссии напрямую влияет на расход топлива, это очевидный выбор для повышения эффективности использования топлива. Важные подходы включают повышение эффективности двигателя, рекуперацию кинетической энергии (например, за счет рекуперативного торможения), рекуперацию отработанного тепла и сокращение паразитных потерь от вспомогательных устройств, таких как насосы.Среди автомобильных технологий улучшенная аэродинамика и снижение трения качения — два очевидных фактора, влияющих на экономию топлива. Другие факторы включают вес автомобиля и мощность, используемую вспомогательным оборудованием, не связанным с трансмиссией, таким как кондиционер. И последнее, но не менее важное: рабочие параметры транспортного средства, такие как режимы движения и выбор маршрута, также могут быть использованы для получения значительных улучшений в экономии топлива [1376] . Эти технологии обсуждались в разделе «Технологии повышения эффективности».

Технологии контроля выбросов

Варианты контроля выбросов можно сгруппировать в три категории: (1) методы проектирования двигателей, (2) технологии, связанные с топливом и смазочными материалами, и (3) доочистка выхлопных газов.Каждый из этих подходов можно разделить на подкатегории, как показано в следующих таблицах. Кроме того, технологии интеграции и управления трансмиссией играют очень важную роль в сокращении выбросов и повышении эффективности двигателя и транспортного средства. Некоторые из методов, обсуждаемых ниже, реализованы в современных движках, другие, которые все еще находятся в стадии разработки, перспективны для будущих приложений.

Таблица 1
Технологии проектирования двигателей для снижения выбросов
Технология Воздействие на выбросы Значение
Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия
Впрыск топлива Возможности значительно расширились.Значительные улучшения в технологии впрыска начались в 1990-х годах с повсеместного внедрения систем, способных изменять время впрыска за счет использования электронного управления. Двигатели с системой рециркуляции ОГ предъявляют самые высокие требования к давлению впрыска топлива. В легковых автомобилях используются самые сложные стратегии многократного впрыска.
Время впрыска Используется в основном для ограничения выбросов NOx Время впрыска влияет на фазировку сгорания; замедление фазирования горения можно использовать для ограничения выбросов NOx.
давление впрыска Используется в первую очередь для ограничения выбросов сажи (ТЧ) Более высокое давление впрыска может снизить выбросы сажи; особенно важно в сочетании с технологиями контроля NOx, такими как EGR, которые в противном случае увеличили бы выбросы сажи.
множественный впрыск Различный Стратегии множественного впрыска были разработаны для снижения выбросов NOx, сажи, HC и CO.
Рециркуляция выхлопных газов (EGR) Основное применение в дизельных двигателях — контроль выбросов NOx. Обычно используется во многих дизельных двигателях малой и большой мощности.Подача системы рециркуляции ОГ под высоким давлением может привести к снижению расхода топлива из-за более высоких насосных потерь. Система рециркуляции ОГ низкого давления имеет меньшие насосные потери, но ее труднее контролировать во время переходной работы. Могут потребоваться другие меры для ограничения потенциального увеличения количества сажи и, возможно, HC и CO.
Повышение уровня всасывания Первичные выбросы влияют на снижение образования сажи (ТЧ). Также важно для повышения эффективности. Более высокое давление на впуске увеличивает соотношение воздух / топливо для данного количества впрыскиваемого топлива и снижает образование сажи.Может быть важной мерой для компенсации нежелательного снижения производительности и увеличения выбросов с помощью таких мер контроля NOx, как EGR. Часто сопровождается улучшенными возможностями охлаждения всасываемого заряда. Позволяет уменьшить размер двигателя для повышения эффективности. Вызывает проблемы, такие как отставание турбокомпрессора, которые могут потребовать комплексных решений.
Управление температурой на впуске Наиболее прямое влияние на выбросы NOx. Также может снизить выбросы сажи. Повышенное давление наддува и / или EGR может увеличить температуру впускного коллектора.Для ограничения температуры всасываемого заряда и сведения к минимуму связанных с ним увеличения выбросов NOx, уменьшения воздушно-топливного отношения и потерь удельной мощности необходимы улучшения охлаждающей способности впускного заряда.
Конструкция камеры сгорания Важная мера по борьбе с сажей Изменения конструкции камеры сгорания обычно используются для компенсации увеличения выбросов сажи, когда принимаются меры по ограничению выбросов NOx. Во многих случаях усовершенствования улучшают перемешивание на поздних стадиях процесса сгорания, чтобы улучшить выгорание сажи.
Двигатели с принудительным зажиганием (SI)
Впрыск топлива Расход топлива и выбросы твердых частиц Переход от впрыска через порт к непосредственному впрыску бензина (GDI) был вызван уменьшением габаритов двигателя для соответствия расходу топлива и CO 2 требования. Двигатели GDI имеют более высокую тенденцию к выбросу мелких частиц, что может быть частично компенсировано усовершенствованием конструкции системы впрыска топлива.
Повышение давления на впуске Расход топлива Фактор уменьшения габаритов двигателя и снижения расхода топлива и выбросов CO 2 .
Переменное срабатывание клапана Разное Некоторые примеры включают: Регулирование фаз газораспределения является важной мерой для уменьшения количества HC при холодном запуске. Регулируемый подъем клапана обеспечивает работу без дроссельной заслонки и повышает эффективность. Деактивация цилиндра снижает насосные потери при частичной нагрузке и повышает эффективность. Регулируемые фазы газораспределения позволяют работать по циклу Миллера для снижения насосных потерь.
Сжигание обедненной смеси Расход топлива Сжигание обедненной смеси может снизить насосные потери, теплопередачу и улучшить характеристики рабочей жидкости для повышения эффективности.Вводит необходимость в дорогостоящих технологиях доочистки NOx.
Сгорание Расход топлива Современные концепции сгорания могут повысить эффективность за счет более быстрого сгорания и снижения тепловых потерь.
EGR Одно время использовалось для ограничения выбросов NOx. Современные подходы в основном направлены на снижение расхода топлива. В двигателях SI система рециркуляции отработавших газов является альтернативой обогащению топлива при высоких нагрузках для снижения склонности к детонации и снижения температуры выхлопных газов при высокой мощности.В условиях частичной нагрузки это может снизить насосные потери.
Таблица 2
Топливно-смазочные технологии
Технология Воздействие на выбросы Значение
Смазочное масло Важно для снижения расхода топлива Смазочные материалы с низкой вязкостью важны для снижения расхода топлива / CO 2 , но требуют других изменений уровень износа двигателя не увеличивается.Ограничение содержания каталитических ядов (например, серы, неорганической золы, фосфора) является ключевым фактором обеспечения долговечности и эффективности технологий каталитического контроля выбросов выхлопных газов.
Альтернативные виды топлива Первичное воздействие — жизненный цикл CO 2 выбросов Ограниченный критерий потенциала сокращения выбросов от современных двигателей с полным спектром доочистки для NOx и PM. Некоторое влияние на критерии загрязняющих веществ (PM, NOx, SOx) возможно в приложениях без дополнительной обработки (например,г., морской). В некоторых случаях более низкие эксплуатационные расходы являются основным соображением (например, природный газ). Спрос часто может быть обусловлен государственными стимулами или предписаниями.
Присадки к топливу Разные Небольшой прямой выброс вредных веществ при использовании современных двигателей и высококачественного топлива. Важно поддерживать долгосрочную стабильную работу технологий контроля выбросов. Например, цетановые добавки помогают обеспечить стабильное и надежное качество воспламенения современного дизельного топлива, обеспечивая надежные и предсказуемые характеристики; присадки для чистоты форсунок и смазывающие присадки предназначены для поддержания чистоты компонентов системы впрыска топлива и уменьшения износа, чтобы обеспечить долговечность и стабильную работу систем впрыска топлива; В некоторых системах сажевых фильтров используются топливные присадки, способствующие регенерации сажевых фильтров.
Таблица 3
Технологии доочистки выхлопных газов
Технология Воздействие на выбросы Значимость
Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия
Катализатор окисления дизельного топлива (DOC) Высокий уровень конверсии углеводородов / CO в умеренное . Окисление NO до NO 2 повышает эффективность систем SCR / DPF. Широко используется в автомобилях Euro 2/3 и некоторых дизельных двигателях US 1994 и более поздних версий для тяжелых и средних нагрузок. В современных двигателях используется в качестве вспомогательного катализатора в системах нейтрализации SCR / DPF (NO 2 поколения , контроль проскальзывания аммиака).
Катализаторы окисления частиц Снижение выбросов ТЧ до ~ 50% Ограниченное коммерческое применение в отдельных (оборудованных системой рециркуляции выхлопных газах) двигателях тяжелых грузовиков Евро IV, а также в некоторых двигателях малой и внедорожной техники.
Дизельные сажевые фильтры (DPF) 90% + сокращение выбросов ТЧ Основная технология, используемая на всех дизельных двигателях малой грузоподъемности Евро 5 и США Tier 2 и более поздних версиях; во всех двигателях большой мощности US2007 и Euro VI и более поздних; во всех внедорожных двигателях Stage V; в программах модернизации по всему миру.
Катализаторы мочевины-SCR 90% + снижение выбросов NOx Основная технология, используемая в двигателях US2010, Euro V и более поздних версиях для тяжелых условий эксплуатации; в легких дизельных транспортных средствах США Tier 2 и Euro 5/6 и более поздних версий; в внедорожных, морских и стационарных двигателях.
Катализаторы адсорбера NOx Снижение NOx до ~ 70-90% в зависимости от ездового цикла Используется в качестве автономного катализатора снижения NOx в некоторых легких транспортных средствах США Tier 2 и Euro 5/6. Используется в качестве катализатора снижения выбросов NOx при холодном запуске на некоторых автомобилях стандарта Евро 6 с системой SCR.
Катализаторы обедненных NOx (HC-SCR) Потенциал снижения NOx ~ 10-20% в пассивных системах, до 50% в активных системах Ограниченное коммерческое применение OEM и модернизация, в основном в 2000-х годах.
Двигатели с принудительным зажиганием (SI)
Катализатор окисления (OC) 90% + сокращение выбросов HC и CO Используется в старых бензиновых автомобилях (примерно 1980-1990).
Трехкомпонентный катализатор (TWC) 90% + сокращение выбросов NOx, HC и CO Самая важная технология контроля выбросов бензиновых двигателей. Широко используется в двигателях со стехиометрической системой SI по всему миру.
Катализаторы адсорбера NOx Снижение NOx на 70-90% Используется в легких транспортных средствах с прямым впрыском бензина (GDI) с обедненным сжиганием (послойной заправкой), которые были распространены в Европе в 2000-х годах.
Бензиновые сажевые фильтры (GPF) ~ 90% снижение выбросов PN Расширение использования в легких транспортных средствах класса GDI стандарта Euro 6. Ожидается, что в Китае будут широко использоваться 6 легковых автомобилей.
Таблица 4
Технологии управления, диагностики и трансмиссии
Технология Воздействие на выбросы Значение
Гибридизация В первую очередь для снижения расхода топлива Гибридизация с аккумуляторным электроприводом может позволить двигателю работать дольше в регионах с более высокой термической эффективностью и меньшей точки низкой эффективности, такие как холостой ход и низкая нагрузка.Повышение эффективности электродвигателя позволяет использовать технологии повышения эффективности, которые в противном случае были бы непрактичными из-за отрицательного воздействия на производительность.
Диагностика OBD обеспечивает долгосрочное соответствие требованиям по выбросам. Предназначен для обнаружения неисправностей, которые могут привести к увеличению выбросов в ходе сертификационного испытания за пределы определенного порогового значения.
Органы управления Электронные органы управления обеспечивают точное управление многочисленными выбросами, а компоненты управления трансмиссией могут поддерживаться в течение всего срока службы автомобиля.Возможны изменения в условиях окружающей среды, системная интеграция и эффекты старения системы. Элементы управления дизельным двигателем включают в себя: управление рециркуляцией отработавших газов, управление давлением наддува на впуске, управление синхронизацией впрыска топлива и управление сгоранием.
Контроль системы доочистки включает: дозирование мочевины, регулирование температуры для обеспечения высокой эффективности сокращения выбросов, контроль регенерации для обеспечения регулярного удаления накопленных материалов, таких как отложения сажи, серы и мочевины.
Интегрированное управление системой: некоторые функции управления требуют строго интегрированного подхода для обеспечения совместной работы двигателя и системы нейтрализации выхлопных газов.Примеры включают в себя адсорбер-катализатор NOx, который требует регулярного обогащения воздушно-топливного отношения двигателя для удаления накопленных NOx; регулировка параметров двигателя, таких как время впрыска топлива, для повышения температуры выхлопных газов для поддержания высокой эффективности системы нейтрализации выхлопных газов; и регенерация DPF, которая может потребовать строгого контроля работы двигателя, чтобы избежать повреждения DPF.
Элементы управления двигателем SI включают: управление соотношением воздух / топливо, управление синхронизацией зажигания, управление частотой вращения холостого хода.
Средства управления системой последующей обработки включают: управление температурным режимом для обеспечения быстрого прогрева и высокой эффективности снижения выбросов; и управление соотношением воздух / топливо для обеспечения максимального преобразования TWC.
Интегрированная система управления: необходимость точного управления соотношением воздух / топливо обусловлена ​​очень узким окном отношения воздух / топливо, где в TWC возможно высокое преобразование NOx, HC и CO.

###

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Почему для борьбы с глобальным изменением климата с точки зрения транспорта все еще необходима разработка двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются основными силовыми установками на автомобильном транспорте.В середине 2017 года Серрано [1] сослался на невозможность их замены силовой установкой в ​​большинстве автомобилей. В настоящее время это утверждение верно даже при рассмотрении наилучшего сценария роста полностью электрических и гибридных автомобилей. Аргументы, поддерживающие эту позицию, включают растущий спрос на транспорт, активное развитие более чистых и эффективных двигателей внутреннего сгорания [2,3], доступность ископаемого топлива и высокую удельную энергию упомянутого обычного топлива. В целом, кажется, есть веские аргументы в пользу среднесрочной и долгосрочной жизнеспособности ДВС как преобладающей электростанции для дорожного транспорта.Однако за последние несколько лет ситуация кардинально изменилась. СМИ и другие участники рынка заявляют о смерти ICE в среднесрочной перспективе [4]. Политики из нескольких стран G7, таких как Франция, Испания и Великобритания, объявили о запрете ICE на своих рынках [5], в некоторых случаях, еще в 2040 году. Крупные города, такие как Лондон, Париж, Мадрид и другие. В Берлине также рассматривают возможность жестких ограничений для автомобилей с ДВС. Какой анализ можно сделать из этой новой ситуации?

2.В чем проблема с электромобилями?

Какой должна быть альтернатива нынешнему ДВС в средне- и долгосрочной перспективе? Комбинируя маятниковый эффект общественного мнения с отличным маркетингом новых участников в секторе легковых автомобилей, средства массовой информации преподносят коктейль путаницы. В конце концов, можно спросить, было ли использование обычных двигательных систем более 120 лет правильным путем. Как такая старая концепция может быть новаторской? Как ДВС может быть мощным и технологически продвинутым в сжигании ископаемого топлива? Без раздумий приходит простой, но ошибочный вывод: будем приветствовать «новые электродвигатели и аккумуляторы» в автомобилях с нулевым уровнем выбросов!

Плохая новость в том, что энергия не создается и не разрушается, а только трансформируется.Электродвигатели и аккумуляторы не новые, не чистые и в целом небезупречные. Можно сразу выделить две актуальные проблемы.

Первая проблема заключается в том, что движение транспортного средства связано с преобразованием энергии, а электродвигатель использует не первичный источник энергии, а вектор энергии. Хотя общественное мнение имеет четкое представление о том, как некоторые процессы, такие как трение, могут отрицательно влиять на транспортные приложения, понимание влияния второго закона термодинамики ограничено.Проблема в том, что электричество должно производиться, чаще всего из невозобновляемых источников энергии, что составляет около 60% потерь энергии, а затем транспортироваться, что добавляет 20% дополнительных потерь. К сожалению, возобновляемые источники составляют лишь 10% глобального энергобаланса, как показано на Рисунке 1 [12], без среднесрочного прогноза значительного роста.

В некоторых странах, таких как США, Китай, Россия, Польша, Южная Корея или Германия, ископаемое топливо, включая значительную долю угля, остается крупнейшим источником энергии в качестве сырья для производства электроэнергии.Согласно первому подходу, единственной страной «большой восьмерки», имеющей реальные альтернативы технологиям, излучающим CO 2 , является Франция из-за ее неизменной приверженности ядерной энергии. Следовательно, при нынешней структуре энергопотребления и с анализом полного жизненного цикла, так называемым анализом от колыбели до могилы, альтернатива электродвигателям не устранит глобальные выбросы CO 2 .

Относительно этой проблемы, Рисунок 2 [13], который берет данные от колыбели до могилы, анализ, разработанный совместным исследовательским центром JEC и EUCAR-CONCAWE [13], эффективно показывает, как с европейским производством электроэнергии сочетается переход на батареи электромобили (BEV) сократят, но не устранят выбросы CO 2 .Сокращение потребления электроэнергии в ЕС оценивается в 40 г CO 2 / км (с 210 до 170 гCO 2 / км) при полном переходе от ДВС к БЭВ. Однако в Европейском союзе доля возобновляемых и гидравлических источников энергии составляет 35% [12], а в мире — всего 10% (Рисунок 1). Если кто-то думает, что выбросы CO 2 являются глобальной проблемой, энергетическая политика в этом отношении не может считаться региональной. Совсем недавно, в апреле 2019 года, международные СМИ повторили недавнее исследование, проведенное немецким IFO (Институтом центра экономических исследований). , CESifo GmbH), проведенного Sinn et al.[15], который подсчитал, что Tesla Class 3 выделяет от 156 до 180 г CO2 2 / км в течение своего срока службы с использованием немецкого энергобаланса. В результате уровень выбросов CO 2 составляет от 11% до 28% больше, чем у современных дизельных двигателей E6d Temp. Кроме того, анализ жизненного цикла полной электрификации автомобильного транспорта показывает, что газообразные выбросы будут перемещаться только из городов в окрестности крупных тепловых электростанций и производственных центров, как указывает Мессаги [16].К сожалению, глобальное потепление невозможно перенести, а атмосферные явления не знают границ, как неоднократно демонстрировали кислотные дожди и облака из твердых частиц (PM 2,5), как показано на Рисунке 3 [17]. Подводя итог, можно сказать, что при сочетании массовой электрификации автомобильного транспорта и нынешней глобальной структуры энергопотребления максимальная выгода заключается в перемещении выбрасываемого CO 2 . Поскольку до 2030 года не предвидится никаких существенных изменений в существующей структуре электроснабжения, электрификацию транспорта как четкое решение проблемы изменения климата следует отложить [17].Вторая проблема электромобилей связана с необходимостью накопления электроэнергии. Проще говоря, электричество должно вырабатываться по мере потребления. Конечно, можно прибегнуть к батареям в качестве решения для хранения электроэнергии, хотя и не в значительных количествах для применения на автомобильном транспорте. Как и ICE, батареи — это старая хорошо известная концепция. Кроме того, батареи также содержат вредные химические соединения. Несмотря на прогрессивные улучшения, батареи являются совершенно незрелой технологией в том диапазоне мощности и энергии, который требуется для большинства применений в автомобильном транспорте, где нет конкурентов успешным гибким жидким видам топлива [18].При разработке аккумуляторов необходимо решить четыре проблемы:
Время зарядки аккумулятора неприемлемо велико для многих пользователей [19].
Плотность энергии неприемлемо низка с реальной автономией ниже 250 км для компактных транспортных средств [20] и около 300 км для спортивных городских транспортных средств (внедорожников) [21].
Срок службы аккумуляторов ограничен и меньше срока службы автомобиля. Несколько исследований [22,23] показывают этот факт и обсуждают риски и затраты, связанные с их переработкой или утилизацией надлежащим образом.
Поставка сырья для производства, такого как никель, литий, кобальт, медь и марганец, среди прочего, является возникающим препятствием, поскольку они быстро достигают высоких цен и приобретают все большее значение в геополитических стратегиях. По словам Сары Мэриссел, глобального менеджера по поставкам металлов для Tesla [24], основная проблема в настоящее время заключается в поставках кобальта, который необходим для анода литий-ионных батарей; Tesla Model X требует 7 кг на автомобиль, а Tesla Model 3 — около 4.5 кг [25]. Этот минерал добывается в основном в Демократической Республике Конго, где права человека нарушаются детским трудом, а шахты отличаются, в частности, плохими условиями безопасности [26]. Затем кобальт поступает на международные рынки, и его происхождение размывается из-за низкой прослеживаемости производственной цепочки. Наконец, она в основном обрабатывается в Китае, что демонстрирует потенциал этой технологии для дальнейшего экономического стресса и неопределенности. Какова будет стоимость этих материалов, переработанных в западных странах с соблюдением стандартов безопасности, окружающей среды и здравоохранения ЕС? Это было бы, наверное, непомерно.

4. Что улучшает ожидания от ДВС нового поколения?

ICE выбрасывает твердые частицы, газообразные загрязнители и CO 2 на местном уровне. Это принято, поскольку принято считать, что электромобили — нет. Если предположить, что обе части являются отличными аргументами в пользу замены ДВС, что бы произошло, если бы ситуация была противоположной? В анализе жизненного цикла ни производство батарей, ни производство электроэнергии не свободны от выбросов CO 2 и загрязняющих веществ [15].Выработка электроэнергии вызывает гораздо большие выбросы CO 2 , чем синтез жидкого ископаемого топлива, как показано на Рисунке 2, поскольку это энергетический вектор, который труднее получить и транспортировать. Аналогичным образом можно сказать, что производство ДВС генерирует выбросы CO 2 , хотя и меньше, чем в случае батарей и электродвигателей [46,47], как также показано на рисунке 2. Что может сделать ДВС для повышения качества воздуха? Мы можем утверждать, что современные дизельные двигатели Euro 6d Temp могут очищать воздух от твердых частиц и смога в сильно загрязненных районах, таких как ситуации, упомянутые в Китае [48].Фильтры твердых частиц современных двигателей внутреннего сгорания снижают уровень PM10 ниже среднего атмосферного значения, как показано на Рисунке 4 [49]. Если объединить данные на Рисунке 3 и Рисунке 4, преимущества ДВС с фильтрами твердых частиц в таких странах, как Польша, где почти 50% их энергобаланса зависит исключительно от угля [12], очевидны. Технология доступна, и исследования направлены на то, чтобы позволить следующему поколению ДВС действовать в качестве очистителей загрязнителей воздуха в крупных городах, источником загрязнения которых является не только дорожное движение старых ДВС.Этого не могут сделать электродвигатели с батареями. Новый дизельный двигатель Euro 6d Temp выбрасывает на 80% меньше NOx, чем предусмотрено стандартом. Это означает, что они очищают воздух от выбросов из других источников [50]. Эффективная энергетическая политика необходима для обновления транспортных парков по всему миру, как это обосновано в [51] для случая Европы, и для продвижения во всех странах тех же стандартов выбросов для ДВС, что и в Соединенных Штатах, Японии или Европе. Обсуждение должно быть сосредоточено не на типе технологий, а на наличии на улицах самых современных их версий.Другой важный факт, касающийся ДВС, заключается в том, что вклад транспорта в глобальные выбросы ПГП (потенциал глобального потепления) исторически оставался на уровне 11%. Как показано на Рисунке 5, разработанном на основе данных Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО) [52], все остальное делают промышленность, сельское хозяйство, добыча ресурсов, переработка отходов, бытовое и коммерческое потребление. Таким образом, массовое изменение электромобилей во всем мире будет означать возможное сокращение количества выбросов CO 2 во всем мире на 11% при условии использования полностью свободных от CO 2 источников энергии для заряда батарей BEV.Однако только 10% мирового потребления энергии не содержит CO 2 [12], а это означает, что в лучшем случае сокращение составит 10% от 11%. Даже ранее рассчитанные 1,1% не могут быть полностью достижимы при анализе жизненного цикла, как показано на Рисунке 2. В очень долгосрочной перспективе можно утверждать, что электромобили существенно снизят выбросы CO 2 , если электричество будет поступать исключительно из возобновляемых источников. или ядерные источники. Как видно на Рисунке 6, несмотря на большой разброс данных в источниках [13,15,16,18], этот сценарий далек от реализации сегодня в большинстве стран Европейского Союза.Принимая во внимание такие страны, как Германия или Испания, где около 35% возобновляемых источников энергии, средний эквивалент выбросов CO 2 немного лучше, чем у дизелей E6d Temp 2019 года. Если мы сделаем экстраполяцию на будущее, в центральном сценарии нам потребуется увеличить сочетание возобновляемых источников энергии более чем на 60%, чтобы иметь такое же конкурентное преимущество перед технологиями сжигания, основанными на воспламенении от сжатия (CI) в выбросах CO 2 [ 15,18]. Даже если мы достигнем 100% возобновляемой энергии, электромобили никогда не будут иметь нулевых выбросов CO 2 -эквивалентных выбросов, если рассматривать жизненный цикл, а не только местное использование.Если представить себе, что 60% возобновляемых источников в структуре энергопотребления были средне-долгосрочным стандартом, сможет ли ICE добиться таких успехов? Ответ — да, и даже лучше, если мы будем использовать синтетическое топливо из улавливания и использования атмосферного CO 2 (CCU) [53]. Уже существует несколько проектов НИОКР в Швейцарии, Германии и Канаде, ориентированных на CCU. Это системы, способные преобразовывать CO 2 , взятый непосредственно из воздуха, в жидкое топливо, называемое «топливо PtX» (электронное топливо, включая электронное дизельное топливо).Это осуществляется путем гидрирования CO 2 с использованием h3, полученного электролизом из возобновляемых источников [54]. Существуют также проекты по перекачке уловленного CO 2 с электростанций в нефтяные скважины и последующему преобразованию его в нейтральную нефть с точки зрения CO 2 . Другие исследования касаются транспортных средств, улавливающих CO 2 , как собственных выбросов CO 2 , так и атмосферного CO 2 , для выработки на борту нейтрального топлива CO 2 [55]. Таким образом, автономный CCU может даже способствовать снижению атмосферного CO 2 .Если бы топливо, используемое в этих машинах для улавливания CO 2 , было в основном биотопливом [56], как в случае Бразилии, это было бы эффективным способом удаления CO 2 из атмосферы. Однако развитие этой технологии зависит от эффективного использования энергии выхлопных газов ДВС [57]. В заключение, если требуется смена парадигмы, наиболее эффективным решением могут стать транспортные средства, действующие как захватчики CO 2 для создания экономики замкнутого цикла CO 2 .Они устранят остальные 90% CO 2 , которые транспорт не производит [57]. Это возможность, которую BEV не могут предложить. Государственное финансирование и усилия правительства должны способствовать исследованиям, направленным на сокращение выбросов загрязняющих веществ, а не выбирать победителей на неопределенное будущее. Прямые субсидии какой-либо отрасли или технологии и запрещение других без достаточных научно доказанных аргументов — это метод оценки риска, который никогда не был успешным.