Двигатель внутреннего сгорания википедия: HTTP 429 — too many requests, слишком много запросов

Двигатель внутреннего сгорания на водородном топливе как одно из ведущих и перспективных направлений альтернативной энергетики будущего



В роли топлива для автомобилей применяется около половины добываемых в недрах земли нефтепродуктов. Согласно [1], нефть — это один из не возобновляемых природных ресурсов, именно поэтому поиск неограниченного источника энергии был и остается актуальным и в наше время.

С другой стороны, резервы водорода [2] на планете Земля неисчерпаемы, что дает повод рассматривать его как топливо для двигателей автомобилей. Реализация этих предположений осуществима, несмотря на определенные трудности в его хранении и транспортировке. Также, большим преимуществом является то, что при сжигании одинакового количества водорода (H₂) и бензина [3], в первом случае энергии выделяется порядка Q₁ = 120 МДж, во втором всего лишь около Q₂ = 44 МДж, где разница ΔQ = 76 МДж.

Реакция горения водорода (H₂)

является довольно сильной экзотермической реакцией [4], в итоге которой образуется вода (Н₂О) и теплота сгорания (Q₁). Приведем химическую реакцию: 2H₂ + O₂ = 2H₂O + Q₁ (~120 МДж).

Бензин же, согласно [3], представляет собой смесь газов и жидкостей, к которой мы добавляем кислород (О₂) и в результате у нас образуется углекислый газ (СО₂), вода (Н₂О) и теплота сгорания (Q₂). Приведем химический вид реакции с указанием выделяемых компонентов: (Смесь газов и жидкостей) + О₂ = СО₂ + Н₂О + Q₂ (~44 МДж).

Как мы видим, энергия, выделяемая при сжигании водорода (Н₂) практически в три раза больше, чем при сжигании бензина.

Цель исследования. В связи с этим, целью данной работы является краткое знакомство с двигателем внутреннего сгорания на водородном топливе согласно истории развития и современным естественнонаучным представлениям ученых исследователей.

Исторические сведения. Через одиннадцать лет, после выдачи документа на двигатель, функционирующий на смеси водорода (H₂) и кислорода (О₂), в Германии в 1852 году был создан двигатель внутреннего сгорания [5]. Известно, что на один из дирижаблей компании Zeppelin-Гиденбург [6] были установлены ходовые двигатели, работавшие на смеси водорода (50 %) и различных газов (светильном газе) [7].

В семидесятые годы прошлого столетия внимание к водородным двигателям увеличилось в связи с появлением топливно-энергетического кризиса. По определению современных авторов [8], топливно-энергетический кризис — это кризис, появляющийся в связи с обнаружением исчерпаемости нефтяных ресурсов.

Это и произошло в 1873 году, когда арабские страны-члены ОАПЕК [9], Египет и Сирия объявили, что прекращают поставлять нефть странам, которые поддержали Израиль во время войны судного дня. Прежде всего, это относилось к США и их союзникам в Западной Европе. Цены на нефть поднялись в четыре раза (с 3 до 12 долларов за баррель). Этот нефтяной кризис до сих пор числится, как самый первый и крупнейший за всю историю человечества.

Интерес к другим источникам энергии, при завершении нефтяного кризиса, не пропал. Переработка нефти и нефтепродуктов очень вредна для окружающей среды, и экологи пытаются найти альтернативу ресурсу. Исследованиям, изучающим способы применения водорода (H₂) в машинах, содействуют многие факторы, например увеличение цен на энергоносители или стремление получить топливную независимость у немалого количества стран.

Такие известные современные компании двадцать первого века, как General Motors (Америка) [10], Honda (Япония) [11], Ford Motor Company (США) [12] и BMW AG (Германия) [13] с инициативой исследуют разработку водородных двигателей.

Создание первого водородного двигателя, работающего на водороде (H₂), относится к 1806 году, когда французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [14], создал двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном водороде. Водород (H₂) изобретатель получал следствием электролиза воды [15]. Однако, транспорт, работающий на водороде (H₂), пока только в исследованиях и стадиях разработки.

Как известно, нефть — ресурс невозобновимый, и формироваться он будет в течение длительного (геологического) времени. Некоторые считают, что будущее за биотопливом [16], получаемым из продуктов растительного или животного сырья. Такое биотопливо производят лишь в шести государствах ЕС (Европейский союз) [17].

Несмотря на то, что биотопливо производят в крупных промышленных масштабах, его доля в топливном балансе не превышает лишь 1 %.

В наши дни уже совершенно ясно, что двадцать первый век последним использует нефть, как топливо. Всё это отражается в увеличении цен на нефтепродукты, а также влияет на замедление развитий некоторых стран и общей экономике мира. Возникает простой, но немаловажный вопрос: «Чем же мы заправляться будем?».

Теория вопроса.

Современные технические специалисты совместно с учеными считают, что в будущем мы сможем перейти на двигатели внутреннего сгорания, работающие на водородном топливе.

Водород (H₂) актуален тем, что он может оказаться единственным возобновляемым источником энергии. Также у него есть ряд неоспоримых плюсов: (1) Огромным преимуществом водородных двигателей, конечно же, является экологичность, ведь продуктом горения водорода (H₂) является водяной пар и, сравнительно с бензином, незначительное количество токсичных выбросов; (2) Простота конструкции; (3) Двигатель внутреннего сгорания на водородном топливе имеет КПД [18] выше, чем на обычном топливе.

Для всеобщего перехода на водородное топливо существует также ряд проблем и препятствий: (1) В промышленных масштабах получать водородное топливо дорого и затруднительно; (2) Водород (H₂

) имеет более высокую опасность возгорания, чем бензин.

Информация о плюсах и минусах водородного топлива дает нам понять, почему же откладывается серийный выпуск автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, где в качестве топлива используется водород (H₂). Однако из-за многочисленных экологических препятствий, это может стать единственным альтернативным решением проблемы.

Несомненно, понятие «водородное топливо» напрямую связано с понятием «водород». Согласно источнику [2], водород — это самый легкий бесцветный газ, который в соединении с кислородом (O₂) образует воду (H₂O) [19], а также является самым распространенным элементом во Вселенной.

Если говорить о способах его получения, то водород (H₂) чаще всего получают из реакций металла с каким-либо соединением водорода. В лабораторных условиях чаще всего используют реакцию между цинком

(Zn) [20] и соляной кислотой (HCl) [21].

А в промышленности большое количество водорода (H₂) получают из метана (CH₄) [22], добавляя к нему перегретый водяной пар. Также есть промышленный способ получения более чистого водорода (H₂) электролизом [15] воды (H₂O), но этот способ требует больших энергетических затрат, поэтому менее распространен.

Способов получения водорода (H₂) существует огромное количество, так как его запасы на Земле огромны, но водород (Н₂) редко встречается в несвязанном состоянии, и быть непосредственным источником он не может, его необходимо вырабатывать. Из этого следует, что КПД этого процесса не может быть больше единицы. Это значит, что энергия, получаемая при сжигании водорода

(H₂) должна быть больше энергии, которую надо затратить на его выделение.

Если рассматривать водород (H₂) как топливо, то непременно можно найти как плюсы, так и минусы, но водород (H₂) является единственным источником экологической энергии с перспективным будущим. Ученым надо лишь разработать инфраструктуру, обнаружить способ добычи водорода (H₂), привести в порядок инструкции по эксплуатации топлива и тогда весь мир сможет навсегда забыть о проблемах бензиновой зависимости.

Все автомобили, работающие на водородном топливе, делятся на три группы.

1) В первую группу можно отнести автомобили с обычным двигателем, который работает или на водородной основе или на чистом водороде. КПД у таких двигателей увеличивается, а выхлоп становятся намного чище.

2) Ко второму типу можно отнести автомобили, имеющие два электроносителя, другое название у которых гибридные. Колеса машины приводят в движение электропривод, энергию которому доставляет аккумулятор, заряжающийся от высокоэкономичного двигателя. Данный двигатель может работать как на чистом водороде (H₂), так и на смеси водорода (H₂) и бензина.

3) Третий тип — это настоящий водородный двигатель. В него встроен электродвигатель, питающийся от основного топливного элемента. Однако, в теории КПД у этого двигателя может достигать лишь 85 %.

На сегодняшний день создали двигатели с КПД, превышающие лишь 75 %, а это в два раза больше, чем в наилучших двигателях внутреннего сгорания. Такие двигатели получают большое преимущество над автомобилями, которые работают на бензине. Это означает, что каким бы важным элементом не являлся водород

(H₂) на планете, важным аспектом остается методика его получения в промышленных масштабах.

Методы получения водорода в промышленности. Рассмотрим наиболее известные химические подходы и методы получения водорода (H₂) в огромных масштабах.

Паровая конверсия метана и природного газа. По определению [23], паровая конверсия — это получение чистого водорода из легких углеводородов путём парового риформинга (каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара) [24].

Рассмотрим взаимодействие легкого углеводорода (в нашем случае метана CH₄) с водяным паром при соответствующих катализаторах (Fe₂O₃) и температуре (t ≈ 1100 °С).

Химическая реакция: СН₄ + Н₂О (пар) + 204 кДж (при постоянном давлении).

Обязательное тепло для реакции следует доставлять, либо получать извне, или же используя «внутреннее сгорание», т. е. подмешивая воздух или кислород (О₂) так, чтобы часть метана (CH₄) прогорала до диоксида углерода (СО₂) [25].

Химическая реакция: СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О (пар) + 802 кДж (при постоянном давлении).

При этом компоненты выбираются с определенной пропорцией, чтобы реакция, в общей сложности, была экзотермической (химическая реакция, сопровождающаяся выделением теплоты) [4].

Химическая реакция: 12СН₄ + 5Н₂О (пар) + 5О₂ = 29Н₂ + 9СО + 3СО₂ + 85,3 кДж.

Газификация угля. Согласно источнику [26], газификация — это процесс преобразования органической части твёрдого или жидкого топлива в горючие газы при высокотемпературном (t ≈ 1000–2000 °C) нагреве с окислителем (кислород, воздух, водяной пар, CO₂ или, чаще, их смесь) [27].

Для получения водорода (H₂), нужно без доступа воздуха, как предполагается, при высокой температуре (t ≈ 800–1300 °C) нагреть уголь [28] с водяным паром. При этом из воды (H₂O) уголь вытесняет кислород (O₂). На выходе образуется углекислый газ (СО₂) и водород (Н₂).

Химическая реакция: С + 2Н₂О (пар) = СО₂ + 2Н₂.

Себестоимость процесса порядка $2-$2,5 за килограмм водорода (H₂). В перспективах будущего возможно снижение цены до $1,50 с учетом доставки и хранения.

Электролиз воды. Согласно источнику [29], наиболее простой способ получения водорода (H₂) — это электролиз воды. Электролиз, говоря простым языком, это распад молекулы под действием электрического тока. Для получения водорода (H₂) нужно взять емкость, содержащую раствор соды, и поместить два электрических элемента, один из которых катод (соответствует минусу), другой анод (соответствует плюсу). Через данный раствор проводится ток, который разлаживает воду (H₂O) на составляющие: водород (H₂), выделяется на катоде и кислород (O₂), выделяется на аноде.

Химическая реакция: 2Н₂О = 2Н₂ + О₂.

Пиролиз. Если в электролизе используют электрический ток, то в пиролизе [30] используют температуру. Процесс пиролиза — это термическое разложение органических и многих неорганических соединений. Под действием высокой температуры (выше 700 °C) без доступа воздуха, вода (H₂O) разлагается на водород (H₂) и кислород (O₂).

Химическая реакция: 2Н₂О = 2Н₂ + О₂.

Частичное окисление. В данном случае берутся сплав алюминия (Al) и галлия (Ga), которые формируются в специальные брикеты и помещаются в ёмкость с водой (H₂O). В результате реакции образуется водород (Н₂) и оксид алюминия (Аl₂O₃). Галлий (Ga) же используется в сплаве для предотвращения окисления алюминия (Al).

Химическая реакция: 2Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 3H₂.

Биотехнологии. Водород (H₂) из биомассы можно получить двумя методами.

1) Термохимический метод. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода (O₂) до температуры t ≈ 500–800 °C (для отходов древесины). В результате процесса выделяется водород (H₂), угарный газ (CO) и метан (CH₄).

2) Биохимический метод. Биохимический способ предполагает нагревание различных бактерий при температуре t ≈ 30 °C при нормальном атмосферном давлении [31].

Также, уже в двадцатом веке было известно, что водоросли хламидомонады [32] бурно выделяют водород (H₂) при нехватке кислорода (O₂) и серы (S) в процессе жизнедеятельности (в таких случаях процессы фотосинтеза [33] у них резко ослабевают).

Выводы и заключение. Методов получения водорода (H₂) немало, но ученые не останавливаются на достигнутых результатах. Например, в университете Нового Южного Уэльса (Австралия) в настоящее время разрабатывается и готовится к испытаниям новый способ получения водорода (H₂). Он заключается в получении данного газа из солнечной энергии, т. е. по направлению альтернативной энергетики [34].

Солнечный свет преобразуется в электричество, которое в свою очередь распадается на воду (H₂O), водород (H₂) и кислород (O₂), и всё это будет происходить в присутствии катализатора диоксида титана (TiO₂).

Хотелось бы сказать о том, что выбор использования какого-либо метода для получения водорода (H₂) зависит от нескольких различных факторов: (1) экономические соображения, (2) наличие соответствующих сырьевых, (3) энергетических ресурсов.

В свете последних событий (ухудшающаяся экология, не лучшая экономическая ситуация), все вышесказанное наталкивает на мысли о том, что двигатель внутреннего сгорания на водородном топливе, возможно, станет единственным продуктивным и качественным решением проблемы.

Но, учитывая некоторые недостатки водородного двигателя, и наличие другого топлива (на сегодняшний день, это нефть), на неопределенный срок откладывается серийный выпуск водородных автомобилей будущего.

Литература:

1. Леффлер У. Л. Переработка нефти. — М.: «Олимп-Бизнес», 2011. — 224 с.

2. Водород. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Водород (дата обращения 10.04.2016).

3. Бойко Е. В. Химия нефти и топлив. Учебное пособие. — Ульяновск: УлГТУ, 2007. — 60 с.

4. Экзотермические реакции. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Экзотермические_реакции (дата обращения 10. 04.2016).

5. Двигатель внутреннего сгорания. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель_внутреннего_сгорания (дата обращения 11.04.2016).

6. Dick H. G., Robinson D. H. The golden age of the great passenger airships Graf Zeppelin and Hindenburg. — Washington, D.C.; London: «Smithsonian Institution Press», 1985. — 226 p.

7. Светильный газ. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Светильный_газ (дата обращения 11.04.2016).

8. Долан С., Гарсия С.Управление на основе ценностей. — М.: «Претекст», 2008. — 308 с.

9. Организация арабских стран-экспортёров нефти. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Организация_арабских_стран-экспортёров_нефти (дата обращения 11.04.2016).

10. General Motors. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/General_Motors (дата обращения 11. 04.2016).

11. Honda. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Honda (дата обращения 11.04.2016).

12. Ford. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ford (дата обращения 11.04.2016).

13. BMW. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/BMW (дата обращения 11.04.2016).

14. Федосеев C. Все танки Первой Мировой. Самая полная энциклопедия. — М.: «Litres», 2014. — С.18.

15. Электролиз. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Электролиз (дата обращения 12.04.2016).

16. Биотопливо. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотопливо (дата обращения 12.04.2016).

17. Sari, Aurel. The Conclusion of International Agreements by the European Union in the Context of the ESDP. // International and Comparative Law Quarterly. — Social Science Electronic Publishing, 2008. — Vol.57. — P.53–86.

18. Зубарев Д. Н. Коэффициент полезного действия. // Физическая энциклопедия. — М.: «Советская энциклопедия», 1990. — Т.2. — С.484–485.

19. Маленков Г. Г. Вода. // Физическая энциклопедия. — М.: «Советская энциклопедия», 1988. — Т.I. — С.294–297.

20. Цинк. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Цинк (дата обращения 13.04.2016).

21. Соляная кислота. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Соляная_кислота (дата обращения 13.04.2016).

22. Метан. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Метан (дата обращения 13.04.2016).

23. Паровая конверсия. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Паровая_конверсия (дата обращения 14.04.2016).

24. Агабеков В. Е., Косяков В. К. Нефть и газ. Технологии и продукты переработки. — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2014. — 458 с.

25. Диоксид углерода. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Диоксид_углерода (дата обращения 13.04.2016).

26. Газификация. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Газификация (дата обращения 13.04.2016).

27. Окислитель. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Окислитель (дата обращения 13.04.2016).

28. Ископаемый уголь. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ископаемый_уголь (дата обращения 13.04.2016).

29. Рифкин Дж. Если нефти больше нет… Кто возглавит мировую энергетическую революцию? — М.: «Секрет фирмы», 2006. — 416 с.

30. Мухина Т. Н. Пиролиз углеводородного сырья. — М.: «Химия», 1987. — 240 с.

31. Перышкин А. В. Измерение атмосферного давления. Опыт Отто Герике. // Физика. 7 класс. / Тихонова Е. Н. — 16-е изд. — М.: «Дрофа», 2013. — С.190.

32. Хламидомонада. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Хламидомонада (дата обращения 14.04.2016).

33. Любименко В. Влияние света на усвоение органических веществ зелёными растениями. // Известия Императорской Академии наук. — VI серия. — 1907. — № 12. — С.395–426.

34. Philip Wolfe Solar Photovoltaic Projects in the Mainstream Power Market. // Oxford: Routledge. — 2012. — С.240.

Основные термины (генерируются автоматически): химическая реакция, водород, внутреннее сгорание, водородное топливо, двигатель, водяной пар, чистый водород, водородный двигатель, метод получения водорода, получение водорода.

Двигатель внутреннего сгорания — Простая англоязычная Википедия, бесплатная энциклопедия Пожалуйста, помогите

исправить их или обсудите эти проблемы на странице обсуждения .

Английский язык, используемый в этой статье или разделе , может быть не всем легко понять . Вы можете помочь Википедии, прочитав Wikipedia:Как писать страницы на простом английском, а затем упростив статью. (февраль 2022 г.)

Эта статья не имеет источников . Вы можете помочь Википедии, найдя хорошие источники и добавив их. (февраль 2022 г.)

Анимация, демонстрирующая работу четырехтактного двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель, в котором сгорание или сжигание топлива происходит внутри. Это отличается от двигателей внешнего сгорания, где огонь находится вне двигателя, например, в паровом двигателе.

Существует много видов двигателей внутреннего сгорания, но этот термин часто означает машину, которую изобрел Никлаус Отто. ^{[ источник? ]} В этом виде огонь вызывает повышение давления внутри герметичной коробки (цилиндра). Давление толкает стержень, прикрепленный к колесу. Стержень толкает колесо и заставляет его вращаться. Прялка крепится к другим колесам, например четырем колесам автомобиля, с помощью ремня или цепи. Двигатель очень мощный и может заставить двигаться все колеса.

Может быть много конфигураций двигателей внутреннего сгорания, таких как однопоршневой двигатель, рядный двигатель, плоский двигатель, двигатель V, двигатель VR, двигатель W, двигатель X, двигатель U, двигатель H, горизонтальный двигатель K, двигатель с оппозитным поршнем, дельта-двигатель, двигатель Ванкеля или роторный двигатель и радиальный двигатель, который обычно используется в самолетах.

Общие макеты[изменить | изменить источник]

Наиболее распространенными макетами среди этих движков являются макет V и встроенный макет. В V-образном двигателе поршни расположены в форме буквы V, если смотреть на них спереди. Могут быть двухцилиндровые двигатели V с 2 поршнями, двигатели V3, двигатели V4, двигатели V6, двигатели V8, двигатели V10, двигатели V12, двигатели V14, двигатели V16, двигатели V18, двигатели V20 и двигатели V24. Компоновка VR такая же, как и V-образная, за исключением того, что угол между V-образной формой меньше, что делает общий привод более плавным. В рядных двигателях поршни выровнены по прямой линии. Могут быть рядные 1 двигатели, также называемые одинарными поршневыми двигателями, вплоть до рядных 14, которые в основном использовались в старых моделях автомобилей. Плоские двигатели такие же, как и рядные, но выровнены горизонтально.

W, X, U, H, Horizontal K, Delta и двигатели с оппозитными поршнями имеют разные конфигурации. В двигателе W поршни выровнены в форме буквы W, если смотреть спереди. Bugatti Chiron, один из самых быстрых автомобилей в мире, оснащен двигателем W. Поршни в X выровнены, чтобы выглядеть как X спереди. В двигателе U есть 2 рядных двигателя с отдельными коленчатыми валами и общим выходным валом. Если смотреть на блок двигателя спереди, он напоминает U-образную форму. Двигатели H — это двигатели U, за исключением того, что к нижней части существующих рядных двигателей от двигателя U прикреплены еще 2 рядных двигателя. Компоновку H и U можно настроить вертикально или горизонтально. В дельта-двигателях поршни расположены в форме треугольника. Однако на цилиндр / камеру сгорания приходится 2 поршня, поэтому минимальное количество поршней в треугольном двигателе равно 6. Горизонтальные двигатели K состоят из 2 плоских поршней, обращенных друг против друга внизу, и V-образного двигателя над ними, что делает их выглядят как горизонтальная буква К. В двигателях с оппозитными поршнями также по 2 поршня на цилиндр. Их можно выровнять по вертикали или по горизонтали. Когда в двигателе всего 2 поршня, его также можно назвать оппозитным двигателем.

Радиальные двигатели[изменить | изменить источник]

Радиальные двигатели обычно используются в самолетах, но редко используются в автомобилях. Примером этого являются Porsche 356 и пикап Plymouth 1939 года. Поршни в радиальном двигателе расположены в форме звезды. При наличии нескольких комплектов поршней двигатели можно ставить рядом друг с другом.

Роторные двигатели/двигатели Ванкеля работают так же, как и поршневые двигатели, за исключением того, что у них нет поршня, а вместо этого имеется ротор, который также проходит через 4 основных этапа работы двигателя (впуск, сжатие, сгорание и выпуск).

Помимо множества компоновок двигателя, двигатель состоит из множества различных частей. Некоторые из них включают поршни, распределительные валы, коленчатые валы, зубчатые ремни, клапаны и многое другое. Все части двигателя должны быть полностью функциональными, чтобы он работал, и все части играют отдельную роль. Двигатель работает, сначала посылая энергию от автомобильного аккумулятора на катушку зажигания, которая затем вызывает искру двигателя. Затем искра воспламеняет сгорание в цилиндрах, и сгорание запускает двигатель.

В автомобиле могут быть бензиновые или дизельные двигатели. В бензиновых или бензиновых двигателях требуется система зажигания для сжигания топливно-воздушной смеси. Однако в дизельных двигателях для сжигания топлива не требуется система зажигания, вместо этого они используют другой тип топлива, называемый дизельным, аналогичный мазуту, и топливо сжигается за счет экстремального сжатия.

Механика[изменить | изменить источник]

Автомобиль запускается с помощью мощного электродвигателя, называемого стартером. Автомобиль запускается с помощью ключа, который подключен к соленоиду стартера (устройству, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию или движение), и когда ключ поворачивается в положение запуска, выключатель зажигания проверяет, что ключ принадлежит автомобилю, обычно используя систему иммобилайзера, а затем подключает цепь, подавая питание на реле стартера. Затем он посылает 2 разряда электричества в соленоид, причем больший разряд исходит непосредственно от аккумуляторной батареи в автомобиле, а другой — от зажигания. Магнитное поле, создаваемое соленоидом, соединяет две металлические контактные точки (металл является проводником электричества), одна из которых является плунжером соленоида, которые вместе передают электричество на стартер. Плунжер также входит в зацепление с вилкой, которая толкает шестерню (соединенную со стартером) для автоматического включения маховика, запуская двигатель.

Для получения дополнительной мощности требуется больше воздуха, чтобы увеличить энергию, выделяемую на единицу топлива. Здесь должна иметь место принудительная индукция. Есть несколько способов создания принудительной индукции, таких как турбокомпрессоры и нагнетатели. Турбокомпрессоры полагаются на объем и скорость выхлопа, чтобы вращать колесо турбины в середине турбонагнетателя. Турбокомпрессоры должны потреблять меньше энергии от двигателя, чем нагнетатели, и поэтому плохо реагируют на педаль газа. Эту задержку также можно назвать турболагом. Турбокомпрессоры меньшего размера быстро раскручиваются и обеспечивают большее давление наддува при более низких оборотах двигателя, но страдают при более высоких оборотах. Наоборот, большие турбонагнетатели могут выдавать больше мощности на более высоких оборотах, но имеют меньшую приемистость. В автомобиле может быть много турбокомпрессоров, но чаще всего их 1 и 2. С другой стороны, нагнетатели почти не имеют времени задержки, поскольку компрессор постоянно вращается пропорционально частоте вращения двигателя. Однако для их работы требуется крутящий момент от двигателя. Некоторыми распространенными типами нагнетателей являются нагнетатель типа Рутса, нагнетатель винтового типа и нагнетатель центробежного типа. В нагнетателе типа Рутса на двух постоянно вращающихся барабанах расположены лопасти, которые нагнетают воздух во впускное отверстие. Нагнетатель типа Рутса представляет собой объемное устройство объемного типа и поэтому имеет то преимущество, что обеспечивает одинаковую степень сжатия при любой частоте вращения двигателя. Нагнетатель винтового типа, как и нагнетатель типа Рутса, представляет собой объемное устройство. Они состоят из 2 винтов, которые сжимают воздух и более эффективны, чем нагнетатели Рутса, поскольку они создают более холодный воздух на выходе, чем нагнетатель Рутса, но их сложнее изготовить. Нагнетатель центробежного типа не является объемным устройством. Хотя это похоже на турбокомпрессор, они очень разные, поскольку источником энергии центробежного нагнетателя является мощность коленчатого вала двигателя, тогда как турбокомпрессор использует выхлопные газы для вращения компрессора.

При использовании принудительной индукции резко повышается температура воздуха. Для охлаждения воздуха при более высоких температурах нужен интеркулер. Интеркулер охлаждает воздух перед поступлением в цилиндр (камеру сгорания) с помощью воздуха или воды. Когда горячий воздух поступает в камеру сгорания, он снижает эффективность использования топлива, поскольку теплый воздух содержит меньше кислорода, чем холодный воздух. Промежуточный охладитель воздух-воздух использует холодный воздух снаружи для охлаждения горячего воздуха, поступающего в промежуточный охладитель. Чем больше площадь поверхности интеркулера, тем холоднее может быть воздух. Существует 2 типа промежуточного охладителя воздух-воздух: стержневой и пластинчатый промежуточный охладитель и трубчатый и ребристый промежуточный охладитель. Стержневые и пластинчатые промежуточные охладители могут охлаждать воздух до более низкой температуры, но трубчатые и ребристые промежуточные охладители могут стоить меньше, а также иметь меньший вес. В промежуточных охладителях воздух-вода вместо использования воздуха снаружи используется охлаждающая жидкость для охлаждения проходящего через него воздуха, а затем используется радиатор для охлаждения охлаждающей жидкости. Промежуточные охладители воздух-вода сложнее, тяжелее и дороже, чем промежуточные охладители воздух-вода, но могут быть более эффективными, чем они.

Автомобильный аккумулятор используется для питания важных электрических компонентов, таких как компоненты, используемые для запуска автомобиля и стабилизации напряжения, поддерживающего работу двигателя путем преобразования химической энергии в электрическую.

Все электрические аксессуары в автомобиле управляются и питаются от генератора переменного тока, который преобразует часть механической энергии двигателя в электрическую энергию. Генератор также заряжает внутренний аккумулятор автомобиля. Однако генератор питается от ремня ГРМ, который перемещается только после запуска автомобиля, поэтому его нельзя использовать для запуска автомобиля, поэтому необходим аккумулятор. Генератор работает с ремнем ГРМ, который опирается на шкив, прикрепленный к генератору, который движется после запуска автомобиля. Когда ремень ГРМ вращает шкив, он вращает вал вращателя, прикрепленный к шкиву, который вращает магниты вокруг катушки. Вращающиеся магниты отвечают за создание тока, известного как переменный ток (AC), вокруг катушки, который затем направляется на выпрямитель генератора переменного тока, который преобразует переменный ток в другой ток, называемый постоянным током (DC). Постоянный ток используется для питания автомобиля и его электрических систем.

Внутренний компьютер автомобиля, также известный как электрический блок управления (ECU), решает многие вопросы, некоторые из которых включают впрыск топлива, требования к выхлопной системе и реакцию дроссельной заслонки, а для бензиновых двигателей он также может контролировать момент свечи зажигания для воспламенения смеси. воздуха и топлива в цилиндре. В основном он питается от генератора переменного тока, но перед запуском автомобиля он должен питаться от аккумулятора, поскольку он определяет впрыск топлива и момент зажигания, которые являются одним из ключевых факторов при запуске автомобиля. Внутренняя батарея автомобиля также работает как устройство защиты от перенапряжений (защищая ЭБУ от скачков напряжения переменного тока, которые обычно длятся от 1 до 30 микросекунд и могут достигать более 1000 вольт) для ЭБУ.

Автомобили также могут иметь шестерни. Все передачи контролируются коробкой передач. Они могут быть ручной, автоматической или бесступенчатой ​​трансмиссией (CVT). Передаточные числа

Во впускном коллекторе автомобиль получает кислород для сжигания топлива.

Выхлоп в автомобиле – это пары, выходящие из трубы или труб (обычно в задней части автомобиля, но могут быть и по бокам)

Двигатели нуждаются в масле, чтобы сделать их скользкими, иначе движущиеся части будут тереться друг о друга и слипаться. Детали автомобильного двигателя измеряются с точностью до 0,01 миллиметра, и некоторые детали двигателя очень плотно прилегают друг к другу.

Большинство дорожных транспортных средств сегодня используют двигатель внутреннего сгорания, и большинство из них используют четырехтактный двигатель.

Газовые турбины — это двигатели внутреннего сгорания, которые работают непрерывно, а не тактами. Ракетные и артиллерийские двигатели — это двигатели внутреннего сгорания, но они не вращают колеса.

Двигатель внутреннего сгорания — Wiki

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС или двигатель внутреннего сгорания) — это тепловой двигатель, в котором сгорание топлива происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания, являющейся неотъемлемой частью рабочего контур потока жидкости. В двигателе внутреннего сгорания расширение газов с высокой температурой и высоким давлением, образующихся при сгорании, оказывает прямое воздействие на некоторые компоненты двигателя. Сила обычно прикладывается к поршням, лопастям турбины, ротору или соплу. Эта сила перемещает компонент на расстояние, преобразуя химическую энергию в полезную кинетическую энергию и используется для приведения в движение, перемещения или питания всего, к чему прикреплен двигатель. Он заменил двигатель внешнего сгорания для приложений, где важны вес или размер двигателя.

Первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания был создан Этьеном Ленуаром примерно в 1860 году, а первый современный двигатель внутреннего сгорания был создан в 1876 году Николаусом Отто (см. Двигатель Отто).

Термин двигатель внутреннего сгорания обычно относится к двигателю с прерывистым сгоранием, например, к более известным четырехтактным и двухтактным поршневым двигателям, а также к их вариантам, таким как шеститактный поршневой двигатель и роторный двигатель Ванкеля. . Второй класс двигателей внутреннего сгорания использует непрерывное сгорание: газовые турбины, реактивные двигатели и большинство ракетных двигателей, каждый из которых является двигателем внутреннего сгорания по тому же принципу, что описан ранее. Огнестрельное оружие также является формой двигателя внутреннего сгорания, хотя и настолько специализированного типа, что его обычно рассматривают как отдельную категорию наряду с таким вооружением, как минометы и зенитные пушки.

Напротив, в двигателях внешнего сгорания, таких как паровые двигатели или двигатели Стирлинга, энергия передается рабочей жидкости, не состоящей из продуктов сгорания, не смешанной с ними и не загрязненной ими. Рабочими телами для двигателей внешнего сгорания являются воздух, горячая вода, вода под давлением или даже жидкий натрий, нагретый в котле.

ДВС обычно работают на энергоемком топливе, таком как бензин или дизельное топливо, жидкости, полученные из ископаемого топлива. Хотя существует множество стационарных приложений, большинство ДВС используются в мобильных приложениях и являются основным источником питания для транспортных средств, таких как автомобили, самолеты и лодки.

ДВС обычно работают на ископаемом топливе, таком как природный газ, или нефтепродуктах, таких как бензин, дизельное топливо или мазут. Возобновляемые виды топлива, такие как биодизель, используются в двигателях с воспламенением от сжатия (CI), а биоэтанол или ETBE (этил-трет-бутиловый эфир), производимые из биоэтанола, в двигателях с искровым зажиганием (SI). Возобновляемое топливо обычно смешивают с ископаемым топливом. Водород, который редко используется, можно получить либо из ископаемого топлива, либо из возобновляемых источников энергии.

История

Основная статья: История двигателя внутреннего сгорания

Различные ученые и инженеры внесли свой вклад в разработку двигателей внутреннего сгорания. В 1791 году Джон Барбер разработал газовую турбину. В 1794 году Томас Мид запатентовал газовый двигатель. Также в 1794 году Роберт Стрит запатентовал двигатель внутреннего сгорания, который также первым использовал жидкое топливо, и примерно в то же время построил двигатель. В 1798 году Джон Стивенс построил первый американский двигатель внутреннего сгорания. В 1807 году французские инженеры Нисефор Ньепс (который впоследствии изобрел фотографию) и Клод Ньепс запустили прототип двигателя внутреннего сгорания с контролируемым взрывом пыли, Pyréolophore, патент на который был выдан Наполеоном Бонапартом. Этот двигатель приводил в движение лодку на реке Сона во Франции. В том же году швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз изобрел двигатель внутреннего сгорания на основе водорода и привел его в действие с помощью электрической искры. В 1808 году Де Риваз применил свое изобретение к примитивному рабочему транспортному средству — «первому в мире автомобилю с двигателем внутреннего сгорания». В 1823 году Сэмюэл Браун запатентовал первый промышленный двигатель внутреннего сгорания.

В 1854 году в Великобритании итальянские изобретатели Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи получили сертификат: «Получение движущей силы путем взрыва газов». В 1857 году Патентное бюро Great Seal выдало им патент № 1655 на изобретение «Улучшенного устройства для получения движущей силы из газов». Барсанти и Маттеуччи получили другие патенты на то же изобретение во Франции, Бельгии и Пьемонте между 1857 и 1859 годами. В 1860 году бельгиец Жан Жозеф Этьен Ленуар изготовил двигатель внутреннего сгорания, работающий на газе.