Презентация система питания дизельного двигателя: Система питания дизельного двигателя — презентация онлайн

Содержание

презентация к уроку система питания дизельного двигателя | Презентация урока для интерактивной доски на тему:

Слайд 1

Система питания дизельного двигателя

Слайд 2

Система питания дизельного двигателя —Система подачи воздуха —Система подачи топлива

Слайд 3

Система питания дизельного двигателя Предназначена для: — Подачи в цилиндры двигателя -Воздуха -Топлива — Выпуска отработавших газов

Слайд 4

Система питания дизельного двигателя общий вид

Слайд 5

Система питания дизельного двигателя общий вид

Слайд 7

Система подачи воздуха и отвода отработавших газов Воздухоочиститель Впускной трубопровод Турбокомпрессор Выпускной трубопровод Глушитель

Слайд 8

Воздухоочиститель Для очистки воздуха, поступающего в цилиндр Способы очистки: -инерционный, -фильтрацией

Слайд 9

Способы очистки: Инерционный – придание воздуху быстрого вращения или изменения направления движения Осаждением на поверхности -прилипание пылинок к смоченной маслом деталей и сетки Фильтрацией – пропускание воздуха через пористый материал

Слайд 10

Воздухоочиститель сухого типа Корпус Крышка Фильтр-патрон наружный и внутренний Воздухоподводящий патрубок Стяжной болт

Слайд 11

Воздухоочиститель сухого типа

Слайд 12

Комбинированный воздухоочиститель Корпус Поддон Фильтрующие элементы Сетка Моноциклон

Слайд 13

Турбокомпрессор Обеспечивает наддув(подачу под давлением) воздуха в цилиндры Работает за счет энергии отработавших газов Мощность увеличивается на 15-20%

Слайд 14

Турбокомпрессор

Слайд 15

Система выпуска отработавших газов выпускной коллектор

Слайд 16

Система выпуска отработавших газов Глушитель Предназначен для снижения шума выхлопных газов, за счет снижения скорости и направления движения

Слайд 17

Система подачи топлива Производит очистку топлива; Подает в цилиндры строго дозированными порциями в точно определенные моменты.

Слайд 18

Система подачи топлива Топливный бак; Фильтр грубой очистки; Фильтр тонкой очистки; Топливные насосы низкого и высокого давления; Форсунки; Регулятор частоты вращения; Топливопроводы.

Слайд 19

Топливный бак Вмещает топливо на 12-15 часов работы Имеет: Заливную горловину с крышкой, расходный кран, датчик уровня топлива.

Слайд 20

Фильтры очистки топлива Для очистки топлива от механических примесей и воды

Слайд 21

Топливоподкачивающий насос Подкачивает топливо из бака в насос высокого давления Подает в 1,5 раза больше чем поступает в цилиндры. Поршневого типа.

Слайд 22

Топливный насос высокого давления Для подачи дозированных порций топлива в цилиндры дизеля под высоким давлением. Рядного или распределительного типа

Слайд 23

Т Н В Д

Слайд 24

Схема работы ТНВД

Слайд 25

Схема работы подкачивающего насоса

Слайд 27

Регуляторы частоты вращения

Слайд 28

Схема работы регулятора

Слайд 29

Схема работы регулятора

Слайд 30

Муфта опережения впрыска топлива

Слайд 31

Форсунка Распыливает и распределяет топливо в камере сгорания. Давление впрыска- 17,5-20 МПа

Слайд 32

Неисправности системы питания

Слайд 33

Контрольные вопросы Для чего на дизеле устанавливают турбокомпрессор? Перечислите способы очистки воздуха. Как происходит смесеобразование в цилиндре дизеля? От каких деталей форсунки зависит качество её работы Перечислите способы очистки топлива. Для чего применяют перепускной клапан в головке топливного насоса? Как изменяется подача топлива секции ТНВД рядного типа? Для каких целей применяют насос ручной подкачки? В чем необходимость применения глушителя? Назначение муфты опережения впрыска топлива.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изображение слайда

2

Слайд 2: НАЗНАЧЕНИЕ

Система питания дизеля обеспечивает подачу очищенного дизельного топлива к цилиндрам, сжимает его до высокого давления, подает его в мелкораспыленном виде в камеру сгорания и смешивает с горячим (700–900 °С) от сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) воздухом так, чтобы оно самовоспламенилось. После завершения рабочего хода необходимо очистить цилиндры от продуктов сгорания.

Изображение слайда

3

Слайд 3: УСТРОЙСТВО

Система питания дизельного двигателя состоит из: — системы питания топливом — системы питания воздухом — системы вывода отработавших газов

Изображение слайда

4

Слайд 4: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Топливный бак- каждый бак состоит из корпуса, заливной горловины с сетчатым фильтром. Заливная горловина закрывается герметичной крышкой с прокладкой. С целью увеличения жесткости бака, а также уменьшения взбалтывания топлива и образования пены в баке имеются перегородки. В нижней части бака имеется пробка сливного крана для слива отстоя. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Изображение слайда

5

Слайд 5: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Фильтра грубой и тонкой очистки топлива- предназначены для очистки топлива от механических примесей и воды. Фильтр топливный грубой очистки К-701 Фильтр топливный тонкой очистки К-701 Со сменным элементом

Изображение слайда

6

Слайд 6: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Фильтра топливные картриджи ФТГО с отстойником

Изображение слайда

7

Слайд 7: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Топливный насос низкого давления (ТННД) – предназначен для предварительного заполнения системы питания топливом, удаления из нее воздуха и для подачи топлива из топливного бака к насосу высокого давления. ТННД к-701 в кабине Тннд д-240 ТННД с фильтром

Изображение слайда

8

Слайд 8: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Топливный насос высокого давления ( ТНВД)- предназначены для создания в топливной магистрали такого давления, которое по своей величине всегда должно быть гораздо больше давления в цилиндре двигателя, что необходимо для нормальной работы всех подобных систем впрыска топлива. Величина создаваемого давления — в диапазоне от 200 до 2000 бар. Конструктивно всегда является плунжерным насосом объёмного принципа работы с приводом от вращающихся элементов самого ДВС. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ Рядный ТНВД Распределительный ТНВД ТНВД магистрального типа

Изображение слайда

9

Слайд 9: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Топливопроводы — трубки и гибкие шланги, по которым осуществляется транспортировка топлива. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ Топливопроводы — высокого давления от ТНВД до форсунок Топливопроводы — низкого давления от бака до тнвд и трубки обратки

Изображение слайда

10

Слайд 10: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ

Система впрыска  Common Rail  является самой современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Работа системы  Common Rail  основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы, наподобие бензиновых ДВС ( Common Rail  в переводе означает общая рампа). СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ 1. топливный бак 2. топливный фильтр 3. топливный насос высокого давления 4. топливопроводы 5. датчик давления топлива 6. топливная рампа 7. регулятор давления топлива 8. форсунки 9. электронный блок управления 10. сигналы от датчиков

Изображение слайда

11

Последний слайд презентации: СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изображение слайда

Презентация урока.» Система питания двигателя Д-240″

Просмотр содержимого документа
«Презентация урока.» Система питания двигателя Д-240″»

Презентация урока 1-35 Схемы работы систем питания

Подготовил мастер ПО

Дробышев В.А

  • Тема урока: Схемы работы систем питания
  • Цели урока:
  • Учебные: изучить устройство и принцип работы системы питания.
  • Научить:
  • Закрепить навыки полученные на предыдущих занятиях
  • Воспитательные:
  • Воспитать у учащихся бережное отношение к технике
  • чувство ответственности
  • понимание сущности и значимости своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
  • Развивающие:
  • Развитие у учащихся координации движения, способность анализировать рабочую ситуацию.
  •  
  • Место проведения: кабинет устройство трактора
  • Время: 1 час
  • Тип урока: ЛПЗ
  • Метод проведения: объяснение, показ
  • Материально-техническое оснащение: учебник, плакаты, компъютер.

Система питания двигателя Д-240

  • Система питания двигателя Д 240 состоит из фильтров тонкой и грубой очистки топлива, форсунок, топливного бака, топливного насоса высокого давления, воздухопроводов и топливопроводов
  • Схема системы питания Д 240:   1 — глушитель; 2 — топливный бак; 3 — фильтр грубой очистки топлива; 4 — подкачивающий насос;5 — топливный насос; 6 — регулятор; 7 — фильтр тонкой очистки топлива; 8 — воздухоочиститель; 9 — впускной коллектор; 10 — электрофакельный подогреватель; 11 — сливной трубопровод; 12 — форсунка; 13 — камера сгорания; 14 — выпускной коллектор

Топливный бак трактора МТЗ-82

  • Топливный бак трактора МТЗ 82 находится под кабиной на обоих сторонах корпуса заднего моста. Сдвоенный бак опирается на крепления, зафиксированные с одной стороны при помощи болтов верхней крышки заднего моста, а с другой — креплениями задних опор кабины. На креплениях топливный бак зафиксирован стяжными лентами. Баки между собой соединяются в верхней части резиновым рукавом, затягивающийся стяжными хомутами на патрубках баков.
  • Дизельное топливо заливается в бак через заливную горловину, находящейся на задней стенке кабины. Горловина сообщается с левым баком при помощи резинового рукава, также затягивающийся на патрубках хомутами. Полная заправка баков дизельным топливом обеспечивается за счет дренажной трубки, установленной на правом баке и соединенной с заливной горловиной. Общий объем топливного бака трактора МТЗ 82 составляет 120 литров.
  • В систему питания дизельное топливо забирается через краны, трубопровод и расходный трубопровод. Для слива топлива из баков предназначены специальные сливные краны. Для того, чтобы отвести топливо от форсунок используется сливная трубка, соединенная с левым баком.
  • Контроль за уровнем топлива в баках осуществляется из кабины трактора при помощи дистанционного электромагнитного топливомера, чей датчик установлен на правом баке, а указатель на панели приборов.

Топливный бак трактора МТЗ 82: 1 — левый бак; 2 — правый бак; 3 — стяжная лента; 4 — кронштейн топливного бака; 5 —дренажная трубка; 6 — топливоотводяшая трубка от форсунок; 7 — крышка заливной горловины; 8 — заливная горловина; 9 — соединительный рукав заливной горловины; 10 — стяжной хомут; 11 — заборный кран; 12 — соединительный трубопровод; 13 — датчик топливомера; 14 — соединительный рукав топливных баков; 15 — сливной кран; 16 — расходный топливопровод

Топливный фильтр МТЗ 82 тонкой очистки

Фильтр тонкой очистки топлива состоит из крышки с вентилем, корпуса, уплотнителя и фильтрующего элемента. Проходя через шторки бумажного фильтра, топливо практически полностью очищается от воды и механических примесей. Очищенное топливо из корпуса фильтра подается к топливному насосу. Отстой из фильтра сливается через отверстие закрываемое пробкой, находящееся в нижней части корпуса. При помощи вентиля удаляется воздух из системы подачи топлива и фильтра.

  • Техническое обслуживание фильтра тонкой очистки также заключается в сливе отстоя, промывке внутренних частей и замене фильтрующего элемента. Каждые 240 часов эксплуатации следует сливать топливный отстой из фильтра путем отворачивания пробки. Срок эксплуатации фильтрующего элемента зависит от качества используемого топлива. Фильтрующий элемент заменяется при переходе на зимний сезон, но не реже 1500 часов эксплуатации. Для замены фильтрующего элемента необходимо закрыть краник топливного бака; слить топливо из фильтра; открутить гайки фиксирующие крышку и снять ее; промыть внутреннюю полость фильтра и крышку; соберите фильтр в обратном порядке.

Топливные фильтры:   а — фильтр грубой очистки топлива: 1 — болт; 2 — штуцер; 3 — пробка выпуска воздуха; 4 — корпус фильтра; 5 — распределитель; 6 — прокладка; 7 — нажимное кольцо; 8 — фильтрующий элемент; 9 — стакан; 10 — успокоитель; 11 — пробка слива отстоя; б — фильтр тонкой очистки топлива; 1 — шпилька крепления крышки фильтра; 2 — крышка; 3 — вентиль с трубкой отвода топлива; 4 — фильтрующий элемент; 5 — прокладка; 6 — корпус; 7 — пробка слива отстоя.

Топливоподкачивающий насос

  • Подкачивающий насос необходим для преодоления гидравлического сопротивления топливных фильтров и создания равномерной подачи топлива к топливному насосу высокого давления. В корпусе насоса, изготовленном из чугуна, находится поршень, приводимый в движение толкателем. При помощи пружины толкатель прижимается к эксцентрику кулачкового вала. Стержень толкателя движется во втулке, вкрученной в корпус насоса. Втулка и стержень образуют прецизионную пару, являющаяся рабочим органом подкачивающего насос

Схема подкачивающего насоса:   1 — насос ручной подкачки; 2 — пружина впускного клапана; 3 — впускной клапан; 4 — толкатель; 5 — стержень толкателя; 6 — направляющая втулка; 7 — поршень; 8 — пружина толкателя; 9 — корпус; 10 — нагнетательный клапан; 11 — фугорка.

ТНВД

  • ТНВД состоит из следующих главных компонентов: плунжерные пары, корпуса, нагнетательный клапан, толкатели, кулачковый вал, механизм привода плунжеров. Головка топливного насоса и его корпус представляют собой одно целое и изготовлены из сплава алюминия.
  • К передней части корпуса присоединяется чугунная плита для установки насоса на двигатель, а в задней части имеется фланец для монтажа регулятора. Все четыре секции насоса представляют собой миниатюрный топливный насос, чей принцип действия заключается в следующем. Во время вращения кулачкового вала выступ кулачка в определенный промежуток времени набегает на ролик и поднимает толкатель. После выхода выступа кулачка из-под ролика, пружины опускают толкатель. Одновременно с толкателем поднимается и опускается плунжер, производя, данным образом, возвратно-поступательное движение в полости втулки. При движении плунжера вниз, топливо наполняет освобожденное им пространство в гильзе. Во время движения вверх, плунжер сжимает топливо и от создавшегося давления открывается нагнетательный клапан, предоставляя путь топливу к форсунке. Затем цикл всасывания и нагнетания повторяется.
  • Механизм поворота плунжера, служащий для изменения подачи топлива, состоит из рейки и зубчатых венцов. На плунжерных втулках имеются поворотные гильзы оснащенные зубчатыми венцами. Своими выступами плунжер входит в два продольных паза поворотной гильзы. На гильзу надета плунжерная пружина. Через нижнюю тарелку она упирается в болт толкателя, а через верхнюю тарелку — в корпус насоса. Зубчатые венцы гильзы находятся в постоянном зацеплении с зубцами рейки, перемещающаяся в двух втулках из бронзы. При помощи тяги рейка связана с рычагами регулятора и перемещается под их воздействием, поворачивая при этом зубчатый венец одновременно с гильзой плунжера и изменяя таким образом подачу топлива.
  • На кулачковом валу симметрично друг другу размещены кулачки тангенциального профиля. Между вторым и третьим кулачком имеется эксцентрик, который приводит в движение топливо подкачивающий насос.
  • Вверху задней части корпуса топливного насоса трактора МТЗ 82 размещен перепускной клапан, по которому избыток топлива, подаваемого топливоподкачивающим насосом, возвращается в его всасывающую камеру. Таким образом, давление в каналах головки тнвд дизеля д-240 поддерживается в диапазоне 0,07-0,12 МПа (0,7-1,2 кгс/см²). Толкатели скользят в сверлениях в горизонтальной перегородки блока топливного насоса. На боковой стенке корпуса имеется люк, по средством которого регулирует равномерность подачи топлива по секциям и, собственно, саму подачу топлива. Для контроля уровня масла в корпусе насоса используется резьбовое отверстие.
  • Для сообщения внутренней полости корпуса топливного насоса с атмосферой применяется сапун, оснащенный фильтром для очистки воздуха выполненный из эластичного пенопласта.

Схема топливного насоса УТН 5 дизеля Д-240:   1 — корпус; 2 — нагнетательный клапан; 3 — плунжерная пара; 4 — плунжер; 5 — болт толкателя; 6 — кулачковый вал; 7 — шлицевая втулка; 8 — установочный фланец; 9 — подкачивающий насос; 10 — насос ручной подкачки; 11 — пробка выпуска воздуха; 12 — перепускной клапан; 13 — серьга; 14 — пружина регулятора; 15 — корректор; 16 — сапун; 17 — болт номинала; 18 — корпус регулятора; 19 — сливная пробка; 20 — пробка контрольного отверстия; 21 — плита; 22 — пробка сливной горловины; 23 — болт максимальной частоты вращения; 24 — рычаг управления; 25 — зубчатая рейка; 26 — зубчатый венец; 27 — стяжной винт.

Плунжерная пара

  • Плунжерная пара состоит из втулки и плунжера, являющиеся основными рабочими органами топливного насоса. Благодаря ей в цилиндры двигателя подается под высоким давлением необходимое количество топлива. Плунжер и втулка изготавливаются из легированной стали, после чего подвергаются термической обработке и являют собой прецизионную пару. Данное исполнение реализовано потому, что во время эксплуатации в насосе образуется высокое давление, в следствии чего необходимы герметичность и плотность пары, блокирующие протекание топлива из надплунжерного пространства. Плунжерная пара не может быть разукомплектована и при выходе из строя одной из деталей — заменяется полностью вся пара.
  • Верхняя часть втулки плунжерной пары имеет значительное утолщение, так как в этом месте она подвергается воздействию серьезных давлений. Верхняя утолщенная часть втулки имеет окончание в виде ступеньки для возможности посадки в гнездо корпуса насоса. В верхней части втулки предусмотрено два окна: перепускное и всасывающее. Через перепускное окно проходят отсечка и перепуск топлива, а через всасывающее топливо подается в надплунжерное пространство. Данные отверстия соединяются в верхней части тнвд с продольными каналами. От проворачивания втулка фиксируется штифтом, входящий в фрезерованный паз втулки. Выпадение штифтов блокирует крышка люка. Втулка размещена в корпусе насоса сверху, а к ее верхнему торцу прижат нагнетательный клапан. Для обеспечения требуемой герметичности контактирующие торцы седла нагнетательного клапана и втулки имеют хорошо отшлифованную поверхность.
  • Плунжер выглядит как цилиндрический стержень, на поверхности которого имеется пара симметрично размещенных спиральных паза, один из которых тщательно обработан и предназначен для изменения объема топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя Д-240. Во время совпадения кромки перепускного окна втулки с кромкой паза давление в надплунжерном пространстве резко снижается, в связи с чем прекращается подача топлива в форсунку. Другой паз выравнивает удельное давление топлива, воздействующее на боковую поверхность плунжера при работе насоса. На плунжере, ниже отсечной кромки, имеется кольцевая канавка, где происходит задержка просочившегося топлива, применяемое далее для смазки плунжерной пары. В нижней части плунжера предусмотрено два выступа управления его поворотом и головка, на которую опирается тарелка пружины.

Схема плунжерной пары:   1 — штуцер; 2 — упор пружины нагнетательного клапана; 3 — пружина нагнетательного клапана; 4 — седло нагнетательного клапана; 5 — нагнетательный клапан; 6 — уплотнение; 7 — втулка; 8 — плунжер; 9 — рейка; 10 — зубчатый венец; 11 — поворотная гильза; 12 — верхняя тарелка пружины плунжера; 13 — пружина плунжера; 14 — нижняя тарелка пружины плунжера; 15 — стяжной винт; 16 и 17 — всасывающее и перепускное окна.

Нагнетательный клапан

  • Нагнетательный клапан используется для разъединения надплунжерного пространства от топливопровода высокого давления и резко понижает давление в топливопроводе во время остановки подачи топлива плунжером. Клапан и седло изготавливаются из легированной стали. Для создания необходимой плотности прилегания седло и клапан тщательно обрабатываются и подгоняются друг к другу. Разукомплектование нагнетательных клапанов не допустимо.
  • Клапан перемещается в гнезде крестообразным хвостовиком, между опорными поясками которого пропускается топливо. Смонтированная над клапаном пружина стремится придавить его к седлу. В верхней части клапана имеется направляющий буртик на который насажена пружина, а вторым торцом она упирается в торец расточки прижимного штуцера. Между посадочным конусом и хвостовиком клапана предусмотрена цилиндрическая канавка, называемая разгрузочным пояском.
  • Нагнетательный клапан:   а — начало отсечки топлива; б — клапан закрыт; 1 — нагнетательный клапан; 2 — седло нагнетательного клапана; 3 — разгрузочный поясок.
  • При прекращении подачи топлива плунжером находящаяся под клапаном пружина передвигает его вниз. Одновременно с этим разгрузочный поясок сперва разъединяет топливопровод высокого давления от надплунжерной области, а затем, продолжая двигаться вдоль отверстия седла клапана, выполняя роль поршня — откачивает из топливопровода часть топлива, резко понижая тем самым давление. Благодаря данному действию происходит резкое прекращение подачи топлива.

Нагнетательный клапан:   а — начало отсечки топлива; б — клапан закрыт; 1 — нагнетательный клапан; 2 — седло нагнетательного клапана; 3 — разгрузочный поясок.

Форсунка

  • Назначение. Форсунка предназначена для распыливания топлива и равномерного его распределения в камере сгорания дизеля. Заряд топлива, подаваемый топливным насосом в форсунку, выходит из нее со скоростью, достигающей 250 м/с, т. е. почти со скоростью звука (300 м/с), разбиваясь при этом на множество мельчайших капель. Для того чтобы форсунки хорошо распыливали топливо и надежно впрыскивали его в камеру сгорания, их регулируют на давление до 17,5 МПа.
  • Устройство. Форсунка состоит из корпуса (рис. 30, а), к нижней части которого гайкой прикреплен корпус распылителя с иглой. Игла своим концом, сделанным в виде конуса, плотно закрывает выходное отверстие в корпусе распылителя. Поэтому такие форсунки называют закрытыми. Игла и корпус, так же как и плунжерная пара, изготовлены с большой точностью из специальной стали. Корпус распылителя имеет несколько отверстий диаметром 0,30… 0,35 мм.

:  а — устройство; б — установка на двигателе; 1 — стакан пружины; 2 — контргайка; 3— регулировочный винт; 4 — полый болт; 5 — пружина; 6 — корпус; 7 — штанга; 8 — игла распылителя; 9 — гайка форсунки; 10 — корпус распылителя; 11 — фильтр; 12 — латунный стакан; 13 — гайки крепления; 14 — головка блока цилиндров.

Презентация «Неисправности и диагностика системы питания дизельного двигателя» по технологиям – проект, доклад

Презентацию на тему «Неисправности и диагностика системы питания дизельного двигателя» можно скачать абсолютно бесплатно на нашем сайте. Предмет проекта: Технологии. Красочные слайды и иллюстрации помогут вам заинтересовать своих одноклассников или аудиторию. Для просмотра содержимого воспользуйтесь плеером, или если вы хотите скачать доклад — нажмите на соответствующий текст под плеером. Презентация содержит 7 слайд(ов).

Слайд 1

Неисправности и диагностирование системы питания дизельного двигателя

Слайд 2

Неисправности системы питания дизельных двигателей

1.Негерметичность системы 2.Затрудненный пуск(вызван недостаточной подачей топлива): -неисправность топливоподкачивающего насоса -износ плунжерных пар ТНВД -засорение фильтров -закоксовывание сопловых отверстий форсунок -подсос воздуха в систему 3.Неравномерная работа: -подсос воздуха -неравномерность подачи топлива секциями ТНВД -неисправность отдельны форсунок 4.Двигатель идет в разнос: -поломка пружины регулятора числа оборотов -заедание рейки ТНВД(из-за её погнутости или грязи) 5.Снижение мощности двигателя: — недостаточная подача топлива(см. п.2) -засорение воздушного фильтра -нарушение угла опережения впрыска(д.б. равен 17-20 град.) — неравномерность подачи топлива секциями ТНВД 6. Дымление двигателя: А)Белый дым указывает на большое содержание испарений воды или топлива в отработавших газах (большое содержание воды в топливе, неполное сгорание топлива, нарушение угла опережения впрыска) Б)Черный дым указывает на избыток топлива и неполное его сгорание(поздний впрыск, большая цикловая подача, неисправность форсунок) В)Серо-бурый дым указывает на недостаток воздуха в цилиндрах(засорение воздушного фильтра, плохая «проветриваемость» цилиндров из-за больших тепловых зазоров)

Слайд 3

Диагностирование системы питания дизельных двигателей

1.Проверка дымности отработавших газов На двух режимах: — режим свободного ускорения (не более 40%) — режим максимальных оборотов(не более 15%)

Дымомер. Предназначен для измерения дымности дизельных двигателей легковых и грузовых автомобилей, автобусов. Используется дымомер автономно, совместно с персональным компьютером (ПК) или в составе линии инструментального контроля.

Дымомер PREMIER-701SM

Дымомер портативный для дизельных ДВС МЕТА-01МП 0.1

Слайд 4

2.Проверка герметичности приборов низкого давления системы питания

Слайд 5

3.Проверка насоса низкого давления и засоренности фильтра тонкой очистки

Прибор КИ-4801

Технические условия: Обороты двигателя — 2600 об/мин; Давление насоса – 1,4 – 1,6 кг/см2; Давление топлива после фильтра – не менее 0,6 кг/см2;

Слайд 6

4. Проверка состояния воздушного фильтра

Индикатор

Техническое состояние воздушного фильтра определяют с помощью индикатора засоренности, который закреплен на левом впускном коллекторе. По мере засорения воздушного фильтра увеличивается степень разрежения во впускных трубопроводах двигателя и при достижении разряжения в 7 кПа индикатор срабатывает (красный барабан закрывает окно индикатора и не возвращается в исходное положение после останова двигателя), что свидетельствует о необходимости технического обслуживания воздушного фильтра. Индикатор соединяют с контрольным отверстием на впускном коллекторе с помощью резинового наконечника. Степень засоренности воздушного фильтра определяют при работе двигателя на максимальной частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода. Индикатор включают нажатием на колпачок 5, который открывает клапан 7 и соединяет камеру 3 с впускным трубопроводом. Камера 3 сообщается с окружающей средой, поэтому положение поршня 6 относительно смотрового окна корпуса 1 определяет сопротивление воздушного фильтра. Полное перекрытие окна поршнем происходит при разряжении во впускном трубопроводе более 70 кПа, что сигнализирует о предельной засоренности воздуш­ного фильтра.

Слайд 7

5. Проверка технического состояния форсунок

I.На автомобиле: -по характерному звуку -последовательным отключением — прибором «максиметром»

Максиметр

II.На стенде: -давление срабатывания -качество распыливания -герметичность запорного конуса -герметичность сопряжения «игла-корпус распылителя»

Система питания дизельного топлива

Цели урока:

Образовательные: получение первоначальных знаний о системе питания дизельного двигателя (Слайд 2).

Воспитательные: мотивация обучающихся к получению профессии «Автомеханик»; воспитание экологического и экономического мышления, личностной установки на охрану природы  и бережного отношения к технике.

Развивающие: Развитие технического мышления и речи;  развитие наблюдательности и внимания; развитие способности анализировать полученную информацию (Слайд 3)

Литература:

1. Родичев  В. А.        Устройство и техническое обслуживание грузовых автомобилей [Текст] / В. А. Родичев. – 8-е изд., спер. — М.: Академия, 2011. — 256 с.

2. Селифонов В.В. «Устройство и Техническое обслуживание автомобилей» [Текст]: учебник для начального профессионального образования./ В.В. Селифонов, М.К. Берюков, — 5-ое изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.-400с.

Тип урока: изучение нового материала

Форма  урока: лекция с элементами беседы

Место проведения: кабинет «Автодело»

Оснащение урока: учебные плакаты; электронное образовательный ресурс «Устройство автомобиля»; компьютер; мультимедийный проектор;  тесты.

Учебное время: 45 мин.

Ход урока:

1. Организационный момент

— проверка присутствующих

Тема2.1.8:  Общее устройство ДВС. Система питания  дизельного  двигателя.

2. Мотивация учебной деятельности

3.Актуализация опорных знаний

 (вопросы для повторения предыдущего материала)

1. Назовите виды топлива для карбюраторных ДВС. Чем они отличаются?

2. Для чего предназначены впускной и выпускной клапаны крышки топливного бака?

3. Как контролируется уровень топлива в баке автомобиля?

4. На каком принципе основана работа карбюратора?

4.Изложение нового материала

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЯ (Слайд №4)

В последние годы стали все шире использовать дизельные двигатели на автомобилях.

Следует признать, что использование карбюраторных двигателей на грузовых автомобилях в современных условиях с экономической точки зрения нецелесообразно и нежелательно вследствие большого загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания.

Хорошие технико-экономические показатели работы дизельных двигателей способствуют их широкому применению на грузовых автомобилях и перспективы их использования в настоящее время только расширяются.

ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

В настоящее время согласно существующим технологиям дизельное топливо получают из нефти.

Дизельное топливо выпускается следующих марок: ДА, ДЗ, ДЛ (арктическое, зимнее, летнее)

Арктические виды топлива (ДА) предназначены для питания дизелей при температуре окружающего воздуха от -30° до-50°С, зимние виды (ДЗ) 0 до -30°С, летние виды (ДЛ) — при температуре воздуха выше 0°С.

ОБЩАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ (Слайд №5)

Система питания дизельного двигателя предназначена для подачи в определенные моменты времени строго дозированного количества отфильтрованного топлива под давлением, обеспечивающим его мелкое распыление в камере сгорания с одновременной подачей очищенного воздуха.

Система питания дизеля состоит из систем подачи воздуха, подачи топлива и выпуска отработавших газов.

В систему питания четырехтактного дизеля входят: топливный бак, фильтры грубой  и тонкой очистки; топливоподкачивающий насос; топливопроводы; форсунки; топливный насос высокого давления с всережимным регулятором числа оборотов; воздухоочиститель и другие приборы и детали.

Рассмотрим путь топлива в системе питания. Из бака через фильтр  грубой очистки по топливопроводу топливо поступает к топливоподкачивающему насосу , от которого подается по топливопроводу к фильтру тонкой очистки, а по другому топливопроводу к насосу высокого давления. Насос по топливопроводам  высокого давления подает топливо в форсунки  в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Например ДВС ЯМЗ-236 (1—4—2—5—3—6), а КАМАЗ-740 – (1-5-4-2-6-3-7-8).

Независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя в каналах, поставляющих топливо к ТНВД, поддерживается постоянное давление топлива (1,3-1,5 кгс/см2) Топливо, не использованное в насосе высокого давления, просочившееся между распылителем форсунки и иглой по топливопроводу сливается в бак. Топливо, постоянно циркулирующее в системе питания, охлаждает головку топливного насоса высокого давления.

Особенностью системы питания дизеля автомобиля КамАЗ-5320 является наличие в ней двух топливоподкачивающих насосов. Насос, установленный на кронштейне коробки передач, имеет только ручной привод, а насос, укрепленный на корпусе ТНВД, имеет два привода: ручной и механический.

ПРИБОРЫ  СИСТЕМЫ   ПИТАНИЯ   ДИЗЕЛЯ

Надежность и долговечность работы двигателя от степени очищения топлива и его соответствия окружающим температурным условиям. Очистка топлива от различных механических примесей имеет большое значение для всех типов двигателей, но для дизельных — особенно, так как ТНВД (плунжерные пары) смазывается непосредственно топливом. Мельчайшие примеси могут вызвать повышенный износ плунжерных пар, нагнетательных клапанов, форсунок и т. д.

Топливный бак (Слайд № 6)

Топливный бак имеет заливную горловину с сетчатым фильтром,  внутренние перегородки для устранения резких перемещений топлива при движении автомобиля. В пробке заливной горловины имеется паровоздушный охлаждающий клапан. В баке расположен поплавковый датчик уровня топлива.

Фильтр грубой очистки топлива дизеля (Слайд № 7)

Фильтр имеет сменный фильтрующий элемент, вставленный в корпус, закрытый крышкой. Фильтрующий элемент состоит из хлопчатобумажной пряжи, намотанной на каркас, который изготовлен в виде трубки с большим количеством отверстий. Топливо, подаваемое к фильтру грубой очистки, проходит через отверстие  и заполняет пространство между корпусом и фильтрующим элементом. Пройдя через слой пряжи, очищенное топливо поступает внутрь каркасной трубки, поднимается вверх и по каналам крышки проходит через отверстие  в отводящий трубопровод. На внешней поверхности фильтрующего элемента и на днище корпуса осаждаются механические примеси. При заполнении системы питания топливом воздух из фильтра удаляется через отверстие, закрываемое пробкой.

Фильтр тонкой очистки топлива дизеля (Слайд №8)

Сменный фильтрующий элемент  фильтра  надет на стержень, приваренный к корпусу. Корпус фильтра закрыт крышкой, удерживаемой болтом, ввернутым в стержень. Фильтрующий элемент представляет собой перфорированный металлический каркас, обмотанный ситцевой лентой. На этом каркасе сформирована фильтрующая масса из древесной муки, пропитанной пульвербакелитом. Чтобы топливо не могло миновать фильтрующий элемент, он пружиной  прижат к крышке, имеющей отверстия для подвода топлива и его отвода. Топливо, подаваемое топливоподкачивающим насосом, заполняет все пространство между корпусом и фильтрующим элементом, просачивается через пористую фильтрующую массу, поднимается вдоль стержня и проходит к отводящему штуцеру крышки, а затем подводится к насосу высокого давления. В крышку ввернут штуцер  с калиброванным отверстием, через которое сливается в бак топливо и выходит воздух, попавший в него.

Топливоподкачивающий насос (Слайд №9)

Имеет два привода: ручной и механический. Ручным приводом пользуются для заполнения топливом фильтров, топливопроводов и удаления из системы питания воздуха. Если возникают трудности с пуском двигателя (например, в систему попал воздух), то необходимо также воспользоваться ручным приводом. При перемещении поршня  рукояткой  вверх в цилиндре  создается разрежение, открывается впускной клапан  и топливо поступает внутрь цилиндра. При перемещении поршня  вниз он давит на топливо, впускной клапан закрывается, а выпускной клапан  открывается и топливо подается к фильтру тонкой очистки. После прокачки системы ручным насосом поршень  опускают вниз и навертывают рукоятку  на резьбовой хвостовик цилиндра; поршень плотно прижимается к прокладке.

При работе двигателя действует механический привод топливоподкачивающего насоса. Вращающийся эксцентрик набегает на ролик толкателя, вследствие чего сжимается пружина и перемещается шток с поршнем, сжимая пружину. Под действием давления топлива в полости  А над поршнем впускной клапан прижимается к седлу, а выпускной клапан открывается и топливо перетекает по перепускному каналу в полость Б,находящуюся под поршнем.

Когда эксцентрик сходит с ролика толкателя, пружина возвращает толкатель в исходное положение. Одновременно пружина, разжимаясь, перемещает поршень в обратную сторону. Над поршнем в полости А создается разрежение, а под поршнем в полости Б повышенное давление. Выпускной клапан садится на седло, и топливо из полости Б по каналам насоса и трубопроводу поступает к фильтру тонкой очистки. Вследствие наличия разрежения над поршнем открывается впускной клапан, и топливо заполняет полость А. При следующем набегании эксцентрика на ролик толкателя рассмотренные процессы повторяются.

Топливоподкачивающий насос подает топлива больше, чем необходимо для работы двигателя. Если ход поршня насоса будет все время постоянным, то давление в топливопроводе сильно возрастает. При уменьшении расхода топлива двигателем давление в полости Б повышается и сжатая пружина не сможет преодолеть противодавления топлива. Вследствие этого ход поршня уменьшается и соответственно снижается подача топлива насосом. Толкатель  при этом свободно перемещается в обе стороны. По мере увеличения расхода топлива двигателем давление в полости Б уменьшается, ход поршня увеличивается и подача топлива насосом возрастает.

Топливный насос высокого давления (Слайд № 10)

Топливный насос высокого давления. Насос подает через форсунки в камеру сгорания необходимые порции топлива в строго определенные моменты. По принципу действия топливные насосы, применяемые на дизелях, относятся к золотниковому типу с постоянным ходом плунжера и регулировкой конца подачи топлива. Число секций топливного насоса соответствует числу цилиндров двигателя. Каждая секция обслуживает один цилиндр, подавая топливо по трубопроводам высокого давления на форсунку.

Регулятор частоты вращения коленчатого вала (Слайд № 11)

Изменяет подачу топлива, автоматически поддерживает любую частоту вращения коленчатого вала и ограничивает максимальную.

Автоматическая муфта опережения впрыска топлива (Слайд № 12)

Изменяет угол опережения впрыска топлива, повышает экономичность дизеля при различных режимах работы, и улучшаются условия его пуска.

Форсунка (Слайд № 13)

Форсунку на дизеле устанавливают в латунный стакан головки  блока. Топливо подводится к форсунке через штуцер  с сетчатым фильтром и поступает по наклонному каналу в кольцевую проточку распылителя. Затем топливо по трем каналам проходит в кольцевую полость, расположенную под утолщенной частью иглы. Топливо, поступающее в полость, находится под давлением, создаваемым насосом, и в свою очередь давит на нижний конус иглы. Сопла распылителя открываются тогда, когда давление топлива в полости  и на нижнем конце иглы превысит сопротивление пружины. В этот момент топливо впрыскивается в камеру сгорания. После впрыска топлива давление в полости  снижается и под действием пружины игла плотно садится на седло в распылителе.

Турбонаддув (Слайд № 14)

Служит для подачи заряда воздуха в цилиндры под давлением, чем повышает мощность дизельного двигателя.

       П р и н ц и п   д е й с т в и я турбокомпрессора состоит в следующем. На валу турбокомпрессора сидят два турбинных колеса, размещенные в двух отдельных корпусах. Движущей силой для турбинных колес служат выхлопные газы двигателя. Они разгоняют вал компрессора, а поскольку ротор выхлопных газов и ротор свежего воздуха сидят на одном валу, то с такими же оборотами свежий воздух нагнетается в цилиндры. Применение турбокомпрессора повышает как мощность двигателя, так и крутящий момент. Предпосылкой эффективной работы двигателя является определенная скорость вращения вала компрессора, гарантирующая хорошую степень наполнения.

Система подачи и очистки воздуха (Слайд № 15)

Система подачи и очистки воздуха дизеля двухступенчатая, с инерционной решеткой, автоматическим отсосом пыли и сменным фильтрующим элементом. Колпак для забора воздуха установлен сзади кабины, а воздухоочиститель  укреплен к левому лонжерону рамы.

Воздухоочиститель состоит из корпуса, фильтрующего элемента, крышки, соединенной с корпусом защелками. Фильтрующий элемент имеет два защитных кожуха, между которыми размещен гофрированный картон. Сверху и снизу фильтрующий элемент плотно закрыт двумя основаниями, выполненными из листовой стали и залитыми клеем, плотно соединяющим кожухи и фильтрующий картон.

При работе двигателя воздух через сетку в колпаке  проходит по трубам в воздухоочиститель. По входному патрубку  воздух попадает в первую ступень очистки с инерционной решеткой и резко изменяет направление. Крупные механические частицы отделяются от воздуха и под влиянием разрежения, которое передается через патрубок, отсасываются отработавшими газами в атмосферу. Для этой цели в выхлопной трубе двигателя установлен эжектор, соединенный трубопроводом с патрубком. Далее воздух проходит через микропоры картона (вторая ступень) и уже очищенный по трубе  поступает во впускной трубопровод  двигателя. Ориентировочный срок службы фильтрующего элемента около 1000 часов. Для оценки состояния фильтрующего элемента на левом впускном трубопроводе установлен индикатор. При засорении фильтрующего картона во впускном трубопроводе возрастает разрежение, индикатор срабатывает и его красный флажок фиксируется напротив окна, указывая на необходимость замены или промывки фильтрующего элемента.

         Система выпуска отработавших газов дизеля (Слайд № 16)

Для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя служат выпускные трубопроводы (коллекторы). Их изготавливают отдельно на каждый ряд цилиндров и крепят с наружной стороны головок цилиндров. В качестве уплотнителей применяют металлоасбестовые прокладки.

Для уменьшения шума выпуска отработанных газов служит глушитель. Он представляет собой цилиндр, внутри которого размещена труба с большим количеством отверстий и несколькими перегородками. Цилиндр может быть выполнен двойным с теплошумоизолирующей  прослойкой.

 Глушитель соединен с выпускным коллектором жаростойкими стальными трубами.

П р и н ц и п    р а б о т ы глушителя состоит в следующем. Отработанные газы, попадая в полость глушителя, расширяются, проходят через отверстия в трубе и перегородках, в которых снижают скорость. Резкое снижение скорости  истечения выхлопных газов приводит к снижению шума.

5. Закрепление нового материала.

Фронтальный опрос учащихся с комментариями (Слайды №№ 17 и 18)

6. Этап усвоения новых знаний

Самостоятельная работа учащихся (тестирование).

Вопросы для тестов:

Вопрос № 1

К какому типу  двигателей относятся дизельные?

а) двигатели внутреннего смесеобразования

б) двигатели внешнего смесеобразования

в) двигатели с принудительным воспламенением горючей смеси

Вопрос №2

 В каком двигателе время на приготовление рабочей смеси больше?

а) дизельном               

б) карбюраторном            

в) газобаллонном           

Вопрос № 3

Как воспламеняется рабочая смесь в цилиндре дизельного двигателя?

а) свечой накаливания              

б) электрической свечой                

в)самовоспламеняется от сжатия воздуха

Вопрос № 4

Для чего предназначены топливопроводы высокого давления?

а) для соединения приборов питания дизельного двигателя

б) для подачи топлива от бака к фильтрам

в) для соединения топливного насоса низкого давления с топливным насосом высокого давления         

г) для подачи топлива от топливного насоса высокого давления к форсункам

Вопрос № 5

Какой тип топливного насоса высокого давления установлен на двигателе КамАЗ?

а) поршневой                                 

б) шестеренчатый                                

в) плунжерный

Вопрос № 6

Сколько форсунок имеет дизельный восьмицилиндровый, V-образный двигатель?

а) одну                               

б) две                                  

в) четыре                             

г) восемь  

Вопрос № 7

Какой прибор системы питания дизеля автоматически изменяет момент впрыска топлива в цилиндры двигателя в зависимости от числа оборотов коленчатого вала?

а) пневматический регулятор                

б) гидравлическая муфта                

в) автоматическая муфта

Вопрос № 8

Всережимный регулятор частоты вращения коленвала………

а) изменяет подачу воздуха в зависимости от нагрузки двигателя, поддерживая заданное число оборотов коленвала

б) изменяет подачу топлива в зависимости от нагрузки двигателя , поддерживая заданное число оборотов коленвала

в) изменяет подачу топлива, ограничивая минимальное число оборотов коленвала

Вопрос № 9

Когда начинается впрыск топлива в цилиндр дизельного двигателя?

а) когда плунжер начинает сжимать топливо           

б) когда откроется нагнетательный клапан ТНВД              

в) когда поднимается игла распылителя форсунки          

г) все ответы правильные

Вопрос № 10

 Какой способ смесеобразования в дизельных двигателях обеспечивает наибольшую экономичность?

а) объемный                          

б) вихрекамерный                                

в)предкамерный  

Вопрос № 11

Какой прибор системы питания дизеля предназначен для равномерной подачи дозированных порций топлива в определенный момент под высоким давлением?

а) распылитель                     

б) форсунка               

в)топливный насос высокого давления 

Вопрос № 12

Автоматическая муфта опережения впрыскивания топлива предназначена………

а) для автоматического изменения угла опережения впрыска в зависимости от цетанового числа топлива

б) для автоматического изменения угла опережения впрыска  в зависимости от частоты вращения коленвала

Вопрос № 13

Как закрывается наливная горловина топливного бака?

а) герметичной крышкой предотвращающей попадание пыли и грязного воздуха

б) герметичной крышкой с паровоздушным клапаном 

в) крышкой, которая закрывается неплотно, во избежание образования разряжения при расходе топлива 

Вопрос № 14

 Для чего в форсунке установлена проставка?

а)для фиксации распылителя в корпусе                

б)для задержки технологических загрязнений    

в)для уменьшения перепадов давления топлива 

Вопрос № 15

Влияет ли форма камеры сгорания дизельного двигателя на смесеобразование?

а) нет                     

б) да                  

в) зависит от типа двигателя 

Вопрос № 16

Какого типа топливоподкачивающий насос низкого давления установлен на двигателе КамАЗ-740?

а) шестеренчатого типа с приводом от распредвала

б)диафрагменный, с приводом от коленвала 

в)поршневой, с приводом от кулачкового вала ТНВД  

Вопрос № 17

Что означает цетановое число дизельного топлива?

а) степень сжатия двигателя, на котором применяется топливо

б) склонность топлива к самовоспламенению

в) угол впрыска топлива до прихода поршня в ВМТ

г) способность топлива к задержке воспламенения 

Вопрос № 18

Каким  образом, по мере расхода топлива, в баке поддерживается атмосферное давление?

а) в бак поступает воздух через зазор между крышкой и горловиной

б) в бак поступает воздух через трубку-сапун

в) в бак поступает воздух через клапан в крышке

Вопрос № 19

 Что заставляет перемещаться к кулачковому валу плунжер?

а) давление топлива                

б) кулачковый вал                   

в) пружина       

Вопрос № 20

Какие топливопроводы высокого давления установлены на двигателе КамАЗ-740?

а)4 коротких и 4 длинных

б)3 коротких и 5 длинных

в)2 коротких,  2 длинных  и 4 средней длины

г)8 топливопроводов одинаковой длины 

Вопрос № 21

Сколько оборотов сделает коленчатый вал двигателя, если кулачковый вал топливного насоса сделает 1 оборот?

а) один                

б) два                   

в) три                    

г) четыре

Вопрос № 22

Как влияет цетановое число дизельного топлива на работу  двигателя?

а) с увеличением цетанового числа увеличивается период задержки воспламенения топлива  и жесткость работы двигателя      

б) с увеличением  цетанового числа уменьшается период задержки воспламенения топлива, двигатель работает мягко  

в) цетановое число не влияет на работу двигателя   

Вопрос № 23

Для чего предназначены сливные трубопроводы системы питания дизельного двигателя?  

а) для передачи топлива на другой автомобиль

б) для слива в бак неиспользованное топливо из ТНВД

в) для слива грязного топлива из фильтра-отстойника 

Вопрос № 24

Каково назначение фильтра тонкой очистки топлива?

а) для отделения паров топлива и воздуха

б) для отделения от топлива крупных механических примесей и воды

в) для очистки топлива от абразивных частиц и воды

Вопрос № 25

Каков принцип действия всережимного регулятора ТНВД?  

а) вакуумный                  

б) гидравлический               

 в) центробежный   

Вопрос № 26

Укажите назначение форсунки.     

а) регулирует угол опережения  впрыскивания топлива

б) регулирует цикловую подачу топлива

в) распыляет  топливо под высоким давлением в камере сгорания

Вопрос № 27

 Что включает в себя понятие  ТНВД? 

а) корпус насоса, поршень, механизм ручной подкачки топлива, топливопроводы 

б) корпус насоса с секциями и кулачковым валом, всережимный регулятор и автоматическая муфта опережения впрыска топлива 

в) корпус насоса с механизмом ручной и механической подачи топлива, форсункой и топливопроводом высокого давления     

Самостоятельная работа:

Чтение учебника: В.А. Родичев «Грузовые автомобили» стр. 79-90;

Работа с конспектом лекции; ответы на контрольные вопросы;  В.А. Родичев «Грузовые автомобили» стр. 91.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Автомобили и тракторы

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Автомобили и тракторы

Тема предыдущего занятия Устройство и работа всережимного регулятора числа оборотов

Из предыдущего занятия Дайте ответы на вопросы: • Для чего предназначен • • всережимный регулятор? Из каких деталей состоит всережимный регулятор? Объясните принцип действия всережимных регуляторов оборотов. как происходит регулирование в зависимости от оборотов? Как происходит регулирование в зависимости от нагрузки?

Тема занятия Какие приборы системы питания дизельного двигателя подают топливо непосредственно в цилиндры? Форсунки Рассматривались ли устройство и работа форсунок? Устройство и работа форсунок дизельных двигателей Лабораторно-практическое занятие

Проблема Серый дым с запахом солярки из выхлопной трубы. • Учебные проблемы: • Отсутствие знаний об устройстве форсунок • Отсутствие знаний о принципе работы форсунок • Отсутствие знаний об особенностях форсунок различных двигателей

Цели занятия • Называем детали форсунки • Объясняем принцип работы форсунок • Определяем особенности форсунок разных двигателей • Выявляем причины неисправности • Получаем положительные оценки

Задачи • Просмотреть учебный фильм • Разобрать и собрать форсунки, изучая их устройство • Записать названия деталей в таблицу • Найти ответы на контрольные вопросы • Решить производственную задачу • Получить положительные оценки

Устройство и работа форсунки

Форсунки ЯМЗ 740. 10 и ЯМЗ 236

Результат • Называем детали форсунки • Объясняем принцип работы форсунок • Определяем причину неисправности • Получаем положительные оценки дневник. ру

Домашнее задание СРС № 8 Составить реферат на тему «Особенности современных систем питания дизельных двигателей»

Разработка дидактических средств обучения поразделу «Устройство автомобилей»МДК 01. 02 Устройство, техническое обслуживание

И ремонт автомобилей

Изучив материалы и структуру раздела «Устройство автомобиля», а так же имеющуюся базу дидактического обеспечения, был произведен анализ для выявления недостатков и слабых мест имеющихся материалов. Анализ проводился методом сравнения дидактических материалов, используемых при обучении в Ульяновском профессионально-педагогическом колледже с разработанными мной материалами. Результаты показали, что часть дидактических материалов устарела или является неэффективной.

Пример: плакат с технологической картой «Снятие и установка ремня ГРМ» автомобиля модели ВАЗ 2110 устарел; плакат с технологической картой «Система охлаждения двигателя» является менее эффективным, в сравнении с презентацией в программе PowerPoint с поэтапными фотографиями разбора и контрольно-поясняющей информацией после каждой фотографии, или показательным видеоматериалом о разборе данного автомобиля.

Для изучения первого раздела «Устройство автомобиля», темы «Двигатель внутреннего сгорания» были разработаны следующие дидактические средства:

1. Презентация «Снятие и установка ремня ГРМ». Презентация содержит 6 слайдов, рассчитана на 6-8 минут. Полная версия презентации представлена в приложении А.

Примеры слайдов:

 

2. Видео «Последствия обрыва ремня ГРМ» (см. приложение А) Длительность видео – 4 минуты. Видео подробно рассказывает о последствиях обрыва ремня ГРМ.

3. Презентация «Система охлаждения автомобилей» (см. приложение Б). Презентация на 18 слайдов с подробным разбором системы охлаждения автомобиля, и фотографиями. Рассчитана на 15-20 минут.

Примеры слайдов:

 

4. Видео «Система охлаждения ДВС» (см. приложение А).Длительность: 17 минут. Содержит материал овсей системе охлаждения ДВС,а также про циркуляцию охлаждающей жидкости в ДВС.

Разработанные нами дидактические средства а именно, вместо плаката технологической карты мы применили презентацию, что позволяет обучающимся легко воспринимать информацию и в дальнейшем применять это на практике.



2.3. Тематический план раздела «Устройство автомобилей» МДК 01. 02 Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей

 

Разработанный нами тематический план раздела «Устройство автомобилей» междисциплинарного курса МДК 01.02 представлен в таблице 2.

 

 

Таблица 2

Тематический план раздела «Устройство автомобилей» МДК 01. 02 Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей

Наименование разделов и тем Содержание учебного материала Объект труда Методы обучения Объём часов
Раздел 1. Двигатели внутреннего сгорания
Тема 1.1. Общие положения. Основные понятия и термины Определение понятия «двигатель». Назначение и классификация двигателей. Механизмы и системы двигателя. Термины и определения: верхняя и нижняя мертвые точки, ход поршня, объем камеры сгорания, полный и рабочий объемы цилиндра, литраж, степень сжатия   Двигатель внутреннего сгорания Словесные: -рассказ; -объяснение. Наглядные: — демонстрация; -иллюстрация. Практические средства обучения: -практическая работа. 4 ч
Тема 1.2. Рабочие циклы Определение терминов: рабочие циклы, такт, четырехтактный двигатель, двухтактный двигатель. Рабочие циклы четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей. Преимущества и недостатки карбюраторных двигателей по сравнению с дизельными и газовыми. Взаимное расположения цилиндров в многоцилиндровом двигателе   10 ч
Тема 1.3. Кривошипно-шатунный механизм Назначение КШМ, устройство КШМ, деталей КШМ. Правила сборки деталей КШМ   10 ч
Тема1.4.Механизм газораспределения Назначение механизма газораспределения, типы механизмов. Установка механизма и деталей. Взаимодействие деталей механизма с нижним и верхним расположением клапанов. Преимущества и недостатки 8 ч
Тема 1.5. Система охлаждения Назначение системы охлаждения. Влияние на работу двигателя излишнего и недостаточного охлаждения. Типы систем охлаждения. Общее устройство и работа жидкостной системы охлаждения. Значение постоянства теплового режима двигателя. Охлаждающие жидкости. Устройство узлов системы охлаждения Двигатель внутреннего сгорания 10 ч
Тема 1.6. Система смазки Назначение системы смазки. Применяемые масла. Способы подачи масла к трущимся поверхностям. Общее устройство и работа системы смазки. Фильтрация масла   10 ч
Тема 1.7.Система питания карбюраторного двигателя Назначение системы питания. Общее устройство и работа системы питания. Топливо для карбюраторных двигателей. Понятие о детонации. Определение понятий: горючая смесь, рабочая смесь, составы горючих смесей, коэффициент избытка воздуха. Пределы воспламенения горючей смеси. Требования к горючей смеси. Влияние смеси на экономичность и мощность двигателя, на загрязнение окружающей среды. Простейший карбюратор. Назначение, устройство и работа простейшего карбюратора. Требования к карбюратору. Режимы работы двигателя и составы смесей на этих режимах 12 ч
Тема 1.8. Система питания двигателя от газобаллонной установки Преимущества использования газообразного топлива для автомобилей. Общее устройство и работа газобаллонных установок для сжатых и сжиженных газов. Топливо для газобаллонных автомобилей. Устройство узлов и приборов системы питания двигателей от газобаллонных установок. 4 ч
Тема 1.9.Система питания дизельного двигателя Экономическая целесообразность применения дизелей. Общее устройство и работа системы питания дизельного двигателя. Дизельные топлива. Смесеобразование в дизельных двигателях. 2 ч
Раздел 2. Трансмиссия
Тема 2.1. Общее устройство трансмиссии Назначение, типы трансмиссии, агрегаты и их расположение на автомобилях. Содержание учебного материала. Назначение трансмиссии, типы трансмиссий. Колесная формула. Схемы механических трансмиссий автомобилей   Коробка передач, сцепление, ведущий мост автомобиля   Словесные: -рассказ; -объяснение. Наглядные: — демонстрация; -иллюстрация. Практические средства обучения: -практическая работа.
Тема 2.2. Сцепление Назначение сцепления. Типы сцеплений. Устройство однодисковых и двухдисковых сцеплений. Гаситель крутильных колебаний. Устройство механического и гидравлического хода сцеплений. Свободный ход педали привода механизма выключения сцепления. Устройство усилителей приводов механизмов включения сцепления.   10 ч
Тема 2.3. Коробка передач Назначение коробки передач. Типы коробок передач. Схема и принцип работы ступенчатой зубчатой коробки передач. Понятие о передаточном числе. Устройство синхронизатора. Устройство механизмов управления коробкой передач       6 ч
Тема 2.4. Карданная передача Назначение карданной передачи, ее типы. Устройство карданных передач, промежуточных опор, шлицевых соединений, валов, карданных шарниров управляемых ведущих мостов. 10 ч
Тема 2 5. Мосты Типы мостов. Ведущий мост, назначение, общее устройство.     10 ч
 
Балка ведущего моста, назначение, общее устройство.        
Раздел 3. Несущая система, подвеска, колёса
Тема 3.1. Рама. Несущая система и подвески Назначение и типы рам. Устройство лонжеронных рам. Соединение агрегатов, механизмов. Управляемый ведущий мост, назначение и устройство Подвеска, рама, автомобиля Словесные: -рассказ; -объяснение. Наглядные: — демонстрация; -иллюстрация. Практические средства обучения: -практическая работа. 4 ч
Тема 3.2. Передний управляемый мост Назначение, типы мостов. Устройство неразрезных и разрезных передних мостов. Установка управляемых колес. Развал и схождение колес 6 ч
Тема 3.3. Подвеска Назначение подвески. Типы подвесок. Устройство зависимых и независимых подвесок. Задняя подвеска трехосного автомобиля. Рессоры, назначение, типы, устройство     12 ч
Всего 136 ч  
                   

2.4.Разработка план-конспектов занятийпо разделу «Устройство автомобилей»МДК 01. 02 Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей

 

В профессиональной подготовке обучающихся по профессии СПО 23.01.03 «Автомеханик» важное значение имеет план конспект занятия по МДК 01.02 , которые представлены ниже.

 

План-конспект занятия № 1, по теме:«Двигатель. Общее устройство и рабочий циклДВС».

Цель занятия: создание условий для формирования знаний об общем устройстве и работе двигателя внутреннего сгорания.

Вид занятия:лекция

Задачи занятия:

Обучающая: познакомить обучающихся с общим устройством и рабочими циклами четырехтактного двигателя;

Развивающая: способствовать развитию у обучающихся понимания общего устройства двигателя внутреннего сгорания для определения неисправности и выбора методов ее устранения; развивать умение доказывать и отстаивать своё мнение, делать выводы; расширять словарный запас технических терминов и понятий;

Воспитывающая: воспитывать бережное отношение к технике, понимание необходимости бережного отношения к окружающей среде; воспитывать умение выслушать и принять во внимание мнение других.

Содержание занятия:

— повторение пройденного материал;

— изложение информации по теме;

— закрепление полученных знаний;

— контроль качества усвоения нового материала и оценка знаний обучающихся.

Оборудование, учебно-наглядные пособия:

1. карточки-задания;

2. Устройство и техническое обслуживание легковых автомобилей: учебник водителя автотранспортных средств категории «В» / В.А.Родичев, А.А. Кива.-М.: Издательский центр «Академия»,2008. – 80с.;

3. макет двигателя внутреннего сгорания;

4. схема двигателя внутреннего сгорания.

Основной метод: объяснительно-иллюстративный.

Межпредметные связи: химия, физика, черчение.

Раздаточный материал: учебники, карточки с заданиями по теме «Общее устройство автомобиля».

Ход занятия:

PPT — презентация PowerPoint по дизельным двигателям | бесплатно для просмотра

PowerShow.com — ведущий веб-сайт для обмена презентациями и слайд-шоу. Независимо от того, является ли ваше приложение бизнесом, практическими рекомендациями, образованием, медициной, школой, церковью, продажами, маркетингом, онлайн-обучением или просто для развлечения, PowerShow.com — отличный ресурс. И, что лучше всего, большинство его интересных функций бесплатны и просты в использовании.

Вы можете использовать PowerShow.com, чтобы найти и загрузить примеры онлайн-презентаций PowerPoint ppt практически на любую тему, которую вы можете вообразить, чтобы вы могли узнать, как улучшить свои собственные слайды и презентации бесплатно.Или используйте его, чтобы найти и загрузить высококачественные практические презентации PowerPoint ppt с иллюстрированными или анимированными слайдами, которые научат вас делать что-то новое, также бесплатно. Или используйте его для загрузки собственных слайдов PowerPoint, чтобы вы могли поделиться ими со своими учителями, классом, студентами, руководителями, сотрудниками, клиентами, потенциальными инвесторами или всем миром. Или используйте его для создания действительно крутых слайд-шоу из фотографий — с двухмерными и трехмерными переходами, анимацией и музыкой на ваш выбор — которыми вы можете поделиться со своими друзьями в Facebook или в кругах Google+.Это тоже бесплатно!

За небольшую плату вы можете получить лучшую в отрасли конфиденциальность в Интернете или публично продвигать свои презентации и слайд-шоу с высокими рейтингами. Но в остальном это бесплатно. Мы даже преобразуем ваши презентации и слайд-шоу в универсальный формат Flash со всей их оригинальной мультимедийной красотой, включая анимацию, эффекты перехода 2D и 3D, встроенную музыку или другой звук или даже видео, встроенное в слайды. Все бесплатно. Большинство презентаций и слайд-шоу на PowerShow.com доступны для просмотра, многие даже можно бесплатно загрузить. (Вы можете выбрать, разрешить ли людям загружать ваши оригинальные презентации PowerPoint и слайд-шоу фотографий за плату или бесплатно или вовсе.) Зайдите на PowerShow.com сегодня — БЕСПЛАТНО. Здесь действительно каждый найдет что-то для себя!

презентации бесплатно. Или используйте его, чтобы найти и загрузить высококачественные практические презентации PowerPoint ppt с иллюстрированными или анимированными слайдами, которые научат вас делать что-то новое, также бесплатно. Или используйте его для загрузки собственных слайдов PowerPoint, чтобы вы могли поделиться ими со своими учителями, классом, студентами, руководителями, сотрудниками, клиентами, потенциальными инвесторами или всем миром.Или используйте его для создания действительно крутых слайд-шоу из фотографий — с двухмерными и трехмерными переходами, анимацией и музыкой на ваш выбор — которыми вы можете поделиться со своими друзьями в Facebook или в кругах Google+. Это тоже бесплатно!

За небольшую плату вы можете получить лучшую в отрасли конфиденциальность в Интернете или публично продвигать свои презентации и слайд-шоу с высокими рейтингами. Но в остальном это бесплатно. Мы даже преобразуем ваши презентации и слайд-шоу в универсальный формат Flash со всей их оригинальной мультимедийной красотой, включая анимацию, эффекты перехода 2D и 3D, встроенную музыку или другой звук или даже видео, встроенное в слайды.Все бесплатно. Большинство презентаций и слайд-шоу на PowerShow.com можно бесплатно просматривать, многие даже можно бесплатно загрузить. (Вы можете выбрать, разрешить ли людям загружать ваши оригинальные презентации PowerPoint и слайд-шоу фотографий за плату или бесплатно или вовсе.) Зайдите на PowerShow.com сегодня — БЕСПЛАТНО. Здесь действительно каждый найдет что-то для себя!

% PDF-1.4 % 51728 0 объект > эндобдж xref 51728 209 0000000016 00000 н. 0000017414 00000 п. 0000017671 00000 п. 0000017727 00000 п. 0000017861 00000 п. 0000018526 00000 п. 0000018946 00000 п. 0000019349 00000 п. 0000019862 00000 п. 0000020051 00000 н. 0000020245 00000 п. 0000020438 00000 п. 0000020554 00000 п. 0000020640 00000 п. 0000020928 00000 п. 0000021204 00000 п. 0000021483 00000 п. 0000026148 00000 п. 0000030823 00000 п. 0000035186 00000 п. 0000039436 00000 п. 0000044178 00000 п. 0000049870 00000 п. 0000050209 00000 п. 0000050387 00000 п. 0000056105 00000 п. 0000061652 00000 п. 0000061682 00000 п. 0000064854 00000 п. 0000066357 00000 п. 0000069743 00000 п. 0000069869 00000 п. 0000069995 00000 н. 0000070121 00000 п. 0000070237 00000 п. 0000070669 00000 п. 0000071053 00000 п. 0000071586 00000 п. 0000073055 00000 п. 0000073382 00000 п. 0000073757 00000 п. 0000073788 00000 п. 0000073867 00000 п. 0000074061 00000 п. 0000074138 00000 п. 0000074239 00000 п. 0000074391 00000 п. 0000074751 00000 п. 0000074830 00000 н. 0000075077 00000 п. 0000075162 00000 п. 0000075221 00000 п. 0000075297 00000 п. 0000075406 00000 п. 0000075505 00000 п. 0000075634 00000 п. 0000075786 00000 п. 0000075914 00000 п. 0000079479 00000 п. 0000079558 00000 п. 0000085797 00000 п. 0000085876 00000 п. 0000086194 00000 п. 0000086406 00000 п. 0000086794 00000 п. 0000086837 00000 п. 0000086879 00000 п. 0000086957 00000 п. 0000087038 00000 п. 0000087124 00000 п. 0000087176 00000 п. 0000087297 00000 п. 0000087349 00000 п. 0000087470 00000 п. 0000087522 00000 п. 0000087702 00000 п. 0000087754 00000 п. 0000087934 00000 п. 0000088204 00000 п. 0000088406 00000 п. 0000088458 00000 п. 0000088686 00000 п. 0000088872 00000 н. 0000089168 00000 п. 0000089219 00000 п. 0000089376 00000 п. 0000089512 00000 п. 0000089637 00000 п. 0000089687 00000 п. 0000089795 00000 п. 0000089844 00000 п. 0000089949 00000 н. 0000089998 00000 н. 00000 00000 н. 00000 00000 п. 00000 00000 н. 00000 00000 н. 00000

00000 п. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 00000

00000 п. 00000 00000 н. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 00000

00000 п. 00000 00000 п. 00000

00000 п. 0000092157 00000 п. 0000092208 00000 п. 0000092489 00000 п. 0000092540 00000 п. 0000092765 00000 н. 0000092816 00000 п. 0000093061 00000 п. 0000093112 00000 п. 0000093417 00000 п. 0000093468 00000 п. 0000093773 00000 п. 0000093824 00000 п. 0000094049 00000 п. 0000094100 00000 п. 0000094323 00000 п. 0000094374 00000 п. 0000094595 00000 п. 0000094646 00000 п. 0000094697 00000 п. 0000094749 00000 п. 0000094904 00000 п. 0000094956 00000 п. 0000095229 00000 п. 0000095281 00000 п. 0000095538 00000 п. 0000095590 00000 п. 0000095851 00000 п. 0000095903 00000 п. 0000096078 00000 п. 0000096130 00000 п. 0000096182 00000 п. 0000096234 00000 п. 0000096473 00000 п. 0000096525 00000 п. 0000096577 00000 п. 0000096628 00000 п. 0000096834 00000 п. 0000097052 00000 п. 0000097103 00000 п. 0000097288 00000 п. 0000097339 00000 п. 0000097720 00000 п. 0000097771 00000 п. 0000098096 00000 п. 0000098147 00000 п. 0000098366 00000 п. 0000098417 00000 п. 0000098680 00000 п. 0000098731 00000 п. 0000098976 00000 п. 0000099027 00000 н. 0000099304 00000 п. 0000099355 00000 п. 0000099540 00000 п. 0000099591 00000 п. 0000099904 00000 н. 0000099955 00000 п. 0000100120 00000 н. 0000100171 00000 н. 0000100406 00000 н. 0000100457 00000 н. 0000100676 00000 н. 0000100727 00000 н. 0000100874 00000 н. 0000100925 00000 н. 0000101096 00000 п. 0000101147 00000 н. 0000101326 00000 н. 0000101377 00000 н. 0000101598 00000 н. 0000101649 00000 н. 0000101862 00000 н. 0000101913 00000 н. 0000102198 00000 п. 0000102249 00000 н. 0000102510 00000 н. 0000102561 00000 н. 0000102774 00000 н. 0000102825 00000 н. 0000103152 00000 п. 0000103203 00000 н. 0000103400 00000 н. 0000103451 00000 н. 0000103502 00000 н. 0000103554 00000 п. 0000103849 00000 н. 0000103901 00000 п. 0000103953 00000 н. 0000104005 00000 п. 0000104516 00000 н. 0000104568 00000 н. 0000104927 00000 н. 0000104979 00000 п. 0000105186 00000 п. 0000105238 00000 п. 0000105569 00000 н. 0000105621 00000 п. 0000105824 00000 н. 0000105876 00000 н. 0000105928 00000 н. 0000016424 00000 п. 0000004577 00000 н. трейлер ] / Назад 12781299 / XRefStm 16424 >> startxref 0 %% EOF 51936 0 объект > поток h ެ {@ Te {ff @ 8 B Cy3p15KQbl ^ l F ^ K ۭ 0] MQ> sjS> j̀A + Zm} ˜lw μ == «$} H-R @ $ ChM.rc) Ӻ ר o) j [(vJeKN {`fyAmnJQ16} $ u

Конференция

Тим Виттиг

Генеральный директор, специализированные продукты Motive Power в EnerSys

На третьем саммите «Дизельный прогресс» будут рассмотрены двигатели и новые энергетические технологии сегодняшнего и завтрашнего дня.

Конференция удовлетворит потребность в своевременной и достоверной информации, предоставив OEM-производителям, производителям и дистрибьюторам двигателей, владельцам оборудования и поставщикам компонентов и силовых агрегатов презентации, в том числе:

Саммит 2021 года будет посвящен основным выступлениям двух очень известных руководителей в двигательной и энергетической промышленности.Утренний программный доклад сделает доктор Франк Хиллер, председатель немецкого специалиста по двигателям и энергетическим системам Deutz AG, а Тони Саттертуэйт, вице-председатель Cummins Inc., выступит с основным докладом во второй половине дня.

Оба основных докладчика обсудят состояние двигателей и переход к альтернативным энергетическим технологиям с их собственных уникальных точек зрения.

Наряду с основными докладами, день будет насыщен презентациями о двигателях и новых энергетических технологиях.Включено обсуждение того, как технология подключения может повысить производительность и время безотказной работы двигателей и гибридных систем, представленное Джоном Радке, менеджером службы поддержки интегрированных технологий в John Deere Power Systems.

Мэтью Иглен, глобальный руководитель отдела продаж и стратегии электрификации внедорожной техники в Dana Inc., выступит с презентацией о технологиях электрификации в горнодобывающей промышленности.

Энн Рандл, вице-президент по электрификации и автономии в ACT Research, расскажет о росте коммерческих электромобилей.

Кульминацией дневной сессии станет круглый стол на тему «Развитие технологий дизельных двигателей». На круглом столе будут обсуждаться усовершенствования в технологии топливной системы, технологии нейтрализации дизельных двигателей и деактивации цилиндров. В число участников дискуссии входят: Александр Фрайтаг, вице-президент подразделения решений для силовых агрегатов Bosch и Джастин Хопкинс, менеджер по развитию технологий Eaton Vehicle Group.

Другие темы, которые будут охвачены, включают основы применения топливных элементов, обновления новых аккумуляторов и технологий зарядки, будущие топлива и смазочные материалы, водородные двигатели внутреннего сгорания и опыт работы с внедорожными гибридами.

Если у вас есть вопросы по программе, пожалуйста, обращайтесь:

Анализ производительности, выбросов, энергии и эксергии C.I. Двигатель, использующий смеси биодизельного топлива Mahua с дизельным топливом

В этой статье представлено экспериментальное исследование четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя, работающего на смеси метилового эфира масла Mahua (MOME) и дизельного топлива. Анализ выбросов, энергии и эксергии был проведен в B20 (смесь 80% дизельного топлива по объему с 20% MOME).В результате энергетического анализа было отмечено, что потребление энергии топлива, а также энергия, уносимая выхлопными газами, были на 6,25% и на 11,86% больше в случае дизельного топлива, чем у B20. Неучтенные потери по дизельному топливу были на 10,21% больше, чем по B20. Эффективность использования энергии составила 28%, в то время как общие потери дизельного топлива составили 72%. В случае B20 КПД был на 65,74% выше, чем у дизеля. Анализ эксергии показывает, что доступность дизельного топлива на 1,46% больше, чем у B20. За наличие в тормозной мощности, а также выхлопных газов дизеля было 5.66 и 32% больше, чем у B20. Разрушенная доступность B20 была на 0,97% больше, чем дизельного топлива. Таким образом, что касается производительности, выбросов, энергии и эксергии; B20 очень близок к дизельному.

1. Введение

Потребление нефтепродуктов в Индии составляет 150 миллионов метрических тонн в год. Рост спроса на первичную коммерческую энергию составляет 5% в год. На Индию приходилось 3,9% мирового коммерческого спроса на энергию (Infraline Energy Report). Растущая зависимость Индии от импортируемых нефтепродуктов и рост цен на сырую нефть на внутреннем рынке в последнее время вызывают серьезную озабоченность, что сказывается на экономике и развитии страны.Загрязнение также остается серьезной проблемой. Загрязнение воздуха — серьезная проблема, основным источником которой являются выбросы от транспортных средств. Эти факторы заставили исследователей найти альтернативное решение. В последние годы в связи с изменением климата и резким ростом цен на дизельное топливо различные исследователи теперь представляют биодизель как возобновляемую альтернативу бензиновому дизельному топливу. 7% от общего объема возобновляемой энергии доступно в различных формах и источниках.

В настоящее время во многих странах выбросы дизельных двигателей, работающих на бензине, строго регулируются.Определены верхние пределы выбросов CO, CO 2 ,, THC (общее количество несгоревших углеводородов) и PM (твердых частиц). Эти ограничения и нехватка нефтяных ресурсов побудили исследователей перейти на альтернативное топливо, используемое в C.I. двигатели.

Экспериментальные исследования показывают, что использование чистых масел (SVO = прямое растительное масло или PPO = чистое растительное масло) становится все более интересным в качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей. Это особенно характерно для удаленных районов развивающихся стран, где нефтедизель и биодизель часто недоступны или дороги [2].Для двигателей, предназначенных для сжигания дизельного топлива, необходимо снизить вязкость растительного масла, чтобы обеспечить надлежащее распыление топлива; в противном случае неполное сгорание и накопление углерода в конечном итоге приведут к повреждению двигателя (топливо из растительного масла из Википедии, свободной энциклопедии). В принципе, вязкость и поверхностное натяжение SVO / PPO должны быть уменьшены путем предварительного нагрева, обычно с использованием отработанного тепла двигателя или электричества; в противном случае может произойти плохое распыление, неполное сгорание и карбонизация.Одним из распространенных решений является добавление теплообменника и дополнительного топливного бака для смеси бензина или биодизеля и переключение между этим дополнительным баком и основным баком SVO / PPO, что является дорогостоящим (модифицированная топливная система из Википедии, свободной энциклопедии). Во время предварительного подогрева SVO двигатель снижает мощность и КПД [3].

Выводы были сделаны исследователем на основании экспериментального исследования: Navindgi et al. [4] провели эксперименты с предварительно подогретым SVO Нима, Махуа и Кастора и обнаружили, что чистое масло с подогревом можно заменить в качестве топлива для дизельного двигателя.Капилан и др. [5] использовали масло Mahua в качестве топлива в дизельном двигателе и пришли к выводу, что термический КПД ниже, а дымовыделение выше. Ачарья и др. (2011) [6] провели эксперимент на предварительно нагретом SVO до 130 ° C с целью снижения вязкости. Полученный результат заключался в том, что для выработки того же количества энергии, производимой чистым дизельным топливом, требовалось больше предварительно нагретого масла SVO. Что касается теплового КПД тормозов подогретого СВО, то во всем диапазоне он был ниже, чем у дизеля.Эффект вытяжной миссии также показывает плохой результат. Состав HC, CO, CO 2 , и дыма оказался намного выше по сравнению с дизельным топливом. Эти проблемы возникают из-за высокой вязкости, низкой летучести и повышенной температуры сгорания кислородсодержащего топлива. Система впрыска топлива в двигателях новых технологий чувствительна к изменениям вязкости топлива. Высокая вязкость масла, обусловленная высоким содержанием свободных жирных кислот (FFA), может привести к плохому сгоранию, блокировке форсунки, заеданию колец, отложению на форсунке и отказу насоса форсунки.Sahoo et al. [7] пришли к выводу, что переэтерификация является одним из наиболее надежных и широко используемых методов производства биодизельного топлива из масличных семян.

Исследования по энергетическому анализу показывают, что 1/3 энергии ископаемого топлива разрушается в процессе горения [8]. Двигатель, работающий на метиловом эфире пальмового масла (POME), может рекуперировать около 26% энергии, потребляемой топливом [9]. Соевый биодизель показывает аналогичные значения энергетических характеристик с нефтяным дизельным топливом [10]. Тепловой КПД двигателя, работающего на дизельном топливе, был немного выше, чем у биодизельного топлива на пальмовом масле B50 [11].

В данном исследовании эксперименты проводились на одноцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе мощностью 3,5 кВт при различной мощности двигателя. Двигатель сначала работал на дизельном топливе, а затем на различных смесях MOME. Были исследованы эксплуатационные и эмиссионные характеристики. Для энергетического анализа применяется 1-й закон термодинамики для количественной оценки различных потерь вышеуказанного двигателя при использовании дизельного топлива и B20 при полной нагрузке. Для эксергетического анализа применяется 2-й закон термодинамики для определения доступной работы четырехтактного дизельного двигателя с использованием дизельного топлива и B20.

Мадука длиннолистная, широко известная как Махуа, — индийское тропическое дерево, которое в основном встречается на равнинах и в лесах центральной и северной Индии. Это быстрорастущее дерево, вырастающее примерно до 20 метров в высоту, с вечнозеленой или полузеленой листвой и принадлежит к семейству Sapotaceae. Он адаптирован к засушливой среде, являясь заметным деревом в тропических смешанных лиственных лесах в Индии в штатах Чхаттисгарх, Джаркханд, УП, МП, а также Бихар и Одиша. Его выращивают в теплых и влажных регионах, дающих от 20 до 200 кг семян ежегодно с дерева в зависимости от зрелости ( Madhuca longifolia , Википедия.). Цветки кремового цвета, венчики мясистые, сочные, собраны на концах ветвей. Плоды ягодные, яйцевидные, мясистые, переливчатые, созревшие желтовато-зеленые, длиной 3–5 см. Семя крупное, 3-4 см длиной, с одной стороны эллиптическое [12].

В деревнях добыча масла производится местным методом после сбора созревших цветов, известных как тола (местное название). Затем его помещают в емкость с водой, чтобы из зерен было легко получить семена. Ядра отделяются, чтобы получить семена.Затем эти семена превращают в маленькие кусочки с последующей сушкой этих маленьких кусочков семян в условиях горячей атмосферы в течение 2-3 часов. Урожай нефти производится местными гани. Масло махуа, полученное прессованием, собирается в барабане. Таким образом, фильтрация выполняется для удаления различных нежелательных частиц, оставшихся в извлеченном масле, с целью получения чистого масла Махуа. Выход масла из гани составляет 20–30%, а из маслоэкспеллеров — 34–37% соответственно. Извлеченный жмых использовался для извлечения остаточного масла, и после этого жмыхы использовались в качестве удобрений для сельскохозяйственных целей.Свежее масло из правильно хранящихся семян желтого цвета, тогда как товарные масла обычно зеленовато-желтого цвета с неприятным запахом и вкусом. Масло FFA, извлеченное из свежих ядер, составляет менее 1-2% по сравнению с хранимыми извлеченными ядрами, которые составляют около 30% (бизнес по производству биодизеля: перспектива рентабельной устойчивости). Семена махуа, масло, биодизельное топливо и жмых показаны на рисунке 1.


Семена махуа содержат 35% масла и 16% белка. Профиль жирных кислот масла Махуа показан в Таблице 1.

5

5

.0–3,3

Жирная кислота Системное название Формула Структура Вес.%

Пальмитиновый Гексадекановый C 16 H 32 O 2 16: 0 16–28.2
Stear 18 H 36 O 2 18: 0 20–25,1
Arachidic Eicosanoic C 20 H 40 O 2 20: 0
Олеин Cis-9-Octadecenoic C 18 H 34 O 2 18: 1 41.0–51.0
Линолевая Cis-9, cis-12-Octadecadienoic C

5 901

H 32 O 2
18: 2 8,9–13,7

2. Материалы и методы
2.1. Добыча нефти

Нефть махуа была закуплена в деревне Каранджи в районе Кеонджхар. Коммерческое дизельное топливо было закуплено на близлежащей индийской автозаправочной станции. Эксперимент с маслом проводился в лаборатории возобновляемых источников энергии Университета сельского хозяйства и технологий Ориссы (OUAT), Бхубанешвар, Одиша. Различное оборудование в этой лаборатории показано на рис. 2. Все химические вещества, такие как метанол, кислотный катализатор, серная кислота (H 2 SO 4 ), щелочной катализатор (КОН) и т. Д., Используемые аналитической чистоты, были доступны в лаборатория.Было обнаружено, что кислотное число неочищенного масла Махуа составляет 7,84, что превышает 6. Для достижения максимальной конверсии биодизельного топлива из масла с высоким содержанием FFA использовались два метода (этерификация и переэтерификация) [13].


2.2. Кислотный метод

В этом процессе смесь кислотного катализатора добавляли к 1250 мл. предварительно нагретые образцы масла (масло нагревали при 60 ° C в течение 15 минут). Реагенты перемешивают со скоростью 1600 об / мин при температуре 60 ° C в течение 2 часов, что приводит к снижению кислотного числа; то есть FFA был уменьшен до 2.8. После реакции нижний слой глицерина декантировали, а верхний слой сложного эфира использовали для переэтерификации. После завершения реакции ее обезвоживали, пропуская ее над безводным Na 2 SO 4 перед переэтерификацией.

2.3. Метод, катализируемый щелочью

Вышеупомянутый образец нагревали и добавляли химические вещества. Часть КОН использовали для нейтрализации остаточного количества кислоты, а оставшийся КОН использовали для переэтерификации.

2.4. Очистка и сушка

Продукт оставляли на ночь для разделения слоя биодизеля и глицерина. Верхний слой биодизеля отделяли от слоя глицерина и промывали горячей дистиллированной водой для удаления избытка метанола, катализатора и следов глицерина. Промытый сложноэфирный слой сушили при 70 ° C под вакуумом для удаления влаги и метанола и снова пропускали над безводным Na 2 SO 4 . Полученный биодизель был обозначен MOME, имеющим кислотное число 1.12 [14]. Кислотное число масла Mahua показано в Таблице 2. Топливные свойства Mahua Oil, MOME и Diesel приведены в Таблице 3.

9099 9099

9

9 Свойства топлива 905 901 (° C)

Масло Mahua Кислотное число

Сырая нефть 34
После этерификации 2,3
После трансэтерификации 0,45


Масло Mahua MOME Дизельное топливо

Теплотворная способность (МДж / кг) 38.86 37,0 45,34
Удельный вес 0,904 0,880 0,842
Кинематическая вязкость при 40 ° C (сСт) 37,18
37,18
238 208 63,0
Температура возгорания (° C) 244 240 68,0
Остаток углерода (%) 0.42 0,2 0,034

2,5. Экспериментальная установка двигателя

Эксперименты проводились в лаборатории испытаний двигателей, OUAT, Бхубанешвар, на одноцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе с использованием MOME. Были исследованы эксплуатационные и эмиссионные характеристики. Двигатель был соединен с однофазным генератором переменного тока 230 В переменного тока с различной электрической нагрузкой в ​​ваттах. Мультигазовый анализатор (модель NPM MGM-1) производства Netel (Индия) Pvt limited использовался для различных выбросов выхлопных газов.Сначала двигатель работал на дизельном топливе, и были сняты соответствующие показания, а затем — различные смеси MOME. Экспериментальная установка показана на рисунке 3.


Технические характеристики двигателя приведены в таблице 4.


Параметры двигателя Технические характеристики

Производитель Kirloskar
Число ходов 4
Число цилиндров Одиночный
Тип Вертикальный, постоянная скорость и прямой впрыск
Степень сжатия 16.5: 1
Номинальная мощность 3,74 кВт
Скорость 1500 об / мин.
Диаметр цилиндра × ход (мм) 80 × 110
Охлаждение Водяное охлаждение
Используемая смазка 20W40

2,6 Энергетический анализ

Энергетический анализ представляет собой учет энергии, поставленной и использованной с использованием дизельного топлива и B20.Стандартные атмосферные условия считаются равными 1 атм. и 27 ° С. Для анализа 1-го закона термодинамики сделаны следующие допущения. (1) Двигатель работает в установившемся режиме. (2) Вся система выбрана в качестве контрольного объема. (3) Состав воздуха и каждый из выхлопных газов образует идеальные газовые смеси. (4) Потенциальная и кинетическая энергия входящих и исходящих потоков жидкости игнорируется. Топливная энергия, подаваемая в двигатель, находится в виде тепла топлива. Эта топливная энергия используется в системе различными способами: тепловой эквивалент тормозной мощности, энергия, уносимая охлаждающей водой, и энергия, уносимая выхлопными газами.

2.6.1. Энергетический баланс

1-й закон термодинамики можно выразить как «чистое изменение (увеличение или уменьшение) полной энергии системы во время процесса равно разнице между полной энергией, поступающей из системы, и полной энергией, покидающей систему во время этого процесса. процесс.»

То есть полная энергия, поступающая в систему — полная энергия, выходящая из системы = изменение общей энергии системы.

Для стационарной системы, То есть скорость передачи чистой энергии за счет тепла, работы и массы = скорость изменения внутренней, кинетической, потенциальной и т. Д. Энергии [15].Это соотношение называется энергетическим балансом и применимо к любому типу системы и любому процессу. Следовательно, обычная система с установившимся потоком может быть записана как где — теплопередача, — проделанная работа, — массообмен, — энтальпия, — скорость, — высота, — это затраченное время. Получение отрицательной величины для или просто означает, что предполагаемое направление неверно и должно быть изменено [15].

Пренебрегая потенциальной энергией и кинетической энергией, (3) можно записать на основе единицы массы как где — теплоотдача на единицу массы.это работа, выполненная на единицу массы. — соответствующая температура. — удельная теплоемкость при постоянном давлении.

Применяя (4) к любому теплообменному устройству, уравнение сводится к

2.6.2. Расчеты энергетического баланса для настоящего эксперимента

Энергетический баланс или тепловой баланс — это счет тепла, подаваемого и используемого различными способами в двигателе. Последовательность событий в двигателе — сгорание топлива и воздуха, преобразование химической энергии в механическую работу, потери тепла через охлаждающую воду для охлаждения головки двигателя и потери тепла выхлопными газами через калориметр.

Тепло, поступающее в двигатель, находится только в виде тепла топлива. в кВт: где — масса подаваемого топлива в кг / сек. L.C.V. — низшая теплотворная способность топлива в кДж / кг.

Ниже приведены различные способы использования тепла в системе двигателя.

(i) Тепловой эквивалент тормозной мощности в кВт, составляет где — оборот кривошипа в секунду. крутящий момент, развиваемый в кН · м.

(ii) Тепло, отводимое охлаждающей водой в кВт .Рассмотреть возможность где — масса охлаждающей воды, циркулирующей через рубашку охлаждения, в кг / сек. — удельная теплоемкость воды в кДж / кг · К. — повышение температуры воды, проходящей через рубашку охлаждения двигателя, в К.

(iii) Тепло, уносимое выхлопными газами в кВт . Рассмотреть возможность где — масса выхлопных газов в кг / сек. — удельная теплоемкость выхлопных газов в кДж / кг · К. — температура выхлопных газов на входе в калориметр в К.- температура окружающей среды в К.

Калориметр выхлопных газов используется для измерения тепла, переносимого выхлопными газами. Это простой теплообменник, в котором часть тепла выхлопных газов передается циркулирующей воде. Горячие газы охлаждаются водой, циркулирующей в калориметре. Предполагается, что калориметр хорошо изолирован; потери тепла отсутствуют, за исключением передачи тепла от выхлопных газов к циркулирующей воде, а затем для расчета.

Теплоотдача выхлопными газами = тепло, полученное оборотной водой: где — масса охлаждающей воды, проходящей через калориметр, в кг / сек. — температура воды на входе в калориметр, К. — температура воды на выходе из калориметра, К. — температура выхлопных газов на входе в калориметр, К. — температура выхлопных газов на выходе из калориметра, К. — удельная теплоемкость выхлопных газов в кДж / кг · К . — удельная теплоемкость охлаждающей воды в кДж / кг K.

(iv) Неучтенные потери энергии в кВт .Часть тепла также теряется из-за конвекции и излучения, а также из-за утечки газов. Часть мощности, развиваемой внутри двигателя, также используется для работы вспомогательного оборудования, такого как смазочный насос, распределительный вал и циркуляционный насос воды. Это невозможно точно измерить, поэтому это называется неучтенными «потерями». Эта неучтенная тепловая энергия представляет собой разницу между поданным теплом и суммой теплового эквивалента тормозной мощности + тепла, уносимого охлаждающей водой, + тепла, уносимого выхлопными газами [16].

Следовательно, неучтенные потери энергии () в кВт можно выразить как

2.7. Exergy Analysis

Производительность двигателя анализируется в свете 2-го закона термодинамики, который описывает качество энергии и определяет потерянные возможности для работы. Эксергетический баланс — это доступность топливной энергии, используемой различными способами, включая доступность в шахте, охлаждающей воде, выхлопе и разрушении. Эффективность эксергии — это отношение эксергии в продукте к общему вкладу эксергии [17].

Доступная энергия (A.E.), относящаяся к циклу, — это максимальная часть энергии, которая может быть преобразована в полезную работу идеальными процессами, которые переводят систему в мертвое состояние. Минимальная энергия, которая должна быть отклонена в поглотитель согласно второму закону, называется «Недоступная энергия (UE)». Доступная и недоступная энергия в цикле показаны на Рисунке 4.


Доступная энергия относится к дизельному двигателю. :

2.7.1. Exergy Balance

Exergy Balance можно определить как изменение эксергии системы во время процесса.Он равен разнице между чистой передачей энергии через границу системы и энергией, разрушенной внутри границ системы в результате необратимости. Эксергия может передаваться в систему или из системы за счет тепловой работы и массообмена. Энергетический баланс для любой системы, в которой происходит какой-либо процесс, может быть выражен в форме скорости: где — скорость передачи чистой энергии за счет тепла, работы и массы. скорость уничтоженной энергии:

для необратимого процесса и для обратимого процесса.

2.7.2. Баланс эксергии для установившегося процесса

Распространенными примерами систем с регулируемым объемом являются турбина, теплообменное оборудование, компрессор и т. Д., Которые работают стабильно. Количество эксергии, поступающей в систему с постоянным потоком (тепло, работа и массообмен), должно быть равно количеству эксергии, покидающей систему, плюс разрушенная эксергия.

В системе с постоянным потоком [12] может быть выражено как где — абсолютная температура в месте на границе, где происходит теплопередача.- скорость эксергии, поступающей и выходящей из контрольного объема, сопровождающей поток топлива, соответственно. , — генерация энтропии.

Уравнение (18) представляет собой скорость изменения эксергии в контрольном объеме во время процесса и равно скорости чистой передачи эксергии через границу контрольного объема за счет тепла, работы и массового расхода за вычетом скорости разрушения эксергии в пределах границы контрольного объема [10].

— эксергия потока на единицу массы, определяемая следующим образом [19]: где и — соответственно термомеханическая и химическая эксергия: где и — энтальпия потока и энтропия потока на единицу массы при соответствующей температуре и давлении, соответственно, а — соответствующие значения этих свойств, когда жидкость приходит в равновесие с эталонной средой.

2.7.3. Эксергия жидкого топлива

Термомеханическая эксергия топлива равна нулю [18]. Удельную химическую эксергию жидкого топлива можно оценить на основе единицы массы как (Kotas, 1995) где « и — массовые доли водорода, углерода, кислорода и серы соответственно.

В этом исследовании предполагается, что эталонная среда имеет температуру 298,15 К и давление 1 атм. Эталонной средой считается смесь идеальных газов.

2.7.4. Эксергия выхлопных газов

Выхлопные газы можно рассматривать как смесь идеальных газов [20]. Предполагается, что в воздухе для горения нет водяного пара. Тогда термомеханическая эксергия выхлопного газа при температуре и давлении и содержащихся в нем компонентов может быть получена следующим образом.

Термомеханическая эксергия выхлопных газов где — коэффициент компонента в уравнении реакции, показанном в (23), — абсолютная энтропия при стандартном давлении и в выхлопном газе, — универсальная газовая постоянная (8.314 кДж / кмоль · К).

Общий вид уравнения реакции (27): где, «, — коэффициенты компонента, — углеводород. Таким образом, применяя принцип сохранения массы к углероду, водороду и азоту, можно определить неизвестные коэффициенты в (23).

Химическая эксергия выхлопных газов где — молярное соотношение th компонента в выхлопном газе, а — молярное отношение th компонента в исходной среде.Кроме того, эталонной средой считается смесь идеальных газов следующего молярного состава: N 2 , 75,67%; О 2 , 20,35%; CO 2 , 0,0,3%; H 2 O, 3,12%; и др. 0,83% [18].

Термомеханическая и химическая эксергия воздуха для горения игнорируется, поскольку всасываемый воздух был очень близок к исходному состоянию во всех испытаниях. Таким образом, удельная эксергия потока выхлопных газов на моль топлива является суммой результатов (22) и (24) [20].

2.7.5. Скорость эксергии охлаждающей воды в окружающую среду

Скорость эксергии охлаждающей воды в окружающую среду определяется как скорость выхода тепла от двигателя в окружающую среду через охлаждающую воду двигателя [21]: где — эталонная температура (мертвого) состояния, — температура охлаждающей воды.

Расчет баланса эксергии для настоящего эксперимента . В настоящем экспериментальном анализе доступность подаваемого топлива преобразуется в доступность вала, доступность охлаждающей воды, доступность выхлопных газов и разрушенную доступность.

Наличие топлива в кВт . Удельная химическая эксергия жидкого топлива на единицу массы может быть оценена как где,, и — массовые доли водорода, углерода, кислорода и серы [22]. (i) Доступность вала = тормозная мощность двигателя в кВт. (ii) Доступность охлаждающей воды в кВт: где — масса охлаждающей воды, циркулирующей через рубашку охлаждения, кг / с. — удельная теплоемкость воды кДж / кг К.- температура воды на входе, проходящей через рубашку охлаждения, K. — температура воды на выходе из рубашки охлаждения, K. — температура окружающей среды, K. (iii) Доступность выхлопных газов, в кВт — где — удельная газовая постоянная выхлопного газа в кДж / кг К. — давление окружающей среды, Н / м 2 . — конечное давление, Н / м 2 . — температура окружающей среды, К. — масса выхлопных газов, кг / с. — температура выхлопных газов на входе в калориметр, К.(iv) Разрушенная готовность в кВт и эксергетический КПД в%:

Химический состав масла Махуа и биодизеля показан в Таблице 5.


Жирная кислота Мол. формула Метил Пасхи Мол. формула % Возраст Мол. Вес. биодизеля Mahua Мол. формула биодизеля Махуа

C 16 H 32 O 2 C 17 H 34 O 2 24.5 291,13 г / моль C 18,63 H 35,87 O 2
C 18 H 36 O 2 C 19 H 38 O 2 22,5
C 20 H 40 O 2 C 21 H 42 O 2 1,5
C 18 H 34 O 2 C 19 Н 36 О 2 37.5
C 18 H 32 O 2 C 19 H 34 O 2 14,3

Молекулярная формула

биодизель получается путем рассмотрения

Молекулярная формула B20 рассчитывается следующим образом.

Количество атомов C, H, O и S рассчитано с учетом 80% дизельного топлива (C 12 H 26 S 0.0024 ) и 20% биодизеля Махуа (C 18,63 H 35,87 O 2 ).

На основе вышеуказанного химического состава молекулярная формула B20 оценена и показана в таблице 6.

5


Топливо Молекулярная формула

Дизель C 12 H 26 S 0,0024
B20 C 13.32 H 27,37 O 0,4 S 0,00192

Соотношение массовых долей H, C и O дизельного топлива и B20 рассчитано и показано в таблице 7.

99


Элементы Дизель B20

H / C 0,182 0,17
03
S / C 0,00047 0,003

3. Результат и обсуждение

Биодизель был смешан в соответствии с требованиями, и были обнаружены различные свойства. Важные свойства различных смесей MOME сравнивались с дизельным топливом. Производительность и характеристики различных смесей MOME также сравнивались с дизельным путем проведения различных экспериментов на вышеупомянутом двигателе.

3.1. Теплотворная способность

Теплотворная способность означает тепло, выделяемое топливом для выполнения полезной работы в двигателе. Теплотворная способность обычно определяется с помощью калориметра бомбы. Теплота сгорания образцов топлива рассчитывалась с помощью уравнения, приведенного ниже: где — теплота сгорания пробы топлива, кДж / кг; — водный эквивалент калориметрической сборки, кДж / ° C; ΔT — повышение температуры, ° С; — масса сгоревшего образца, кг.

Теплотворная способность различных смесей B20, B30, B40 и B100 составляла 41,13, 41,00, 40,00 и 37,00 МДж / кг соответственно. Это указывает на то, что теплотворная способность всех смесей была ниже, чем у дизельного топлива, и по мере того, как смесь увеличивается, теплотворная способность снижается.

3.2. Удельный вес

Удельный вес жидкости — это отношение ее удельного веса к удельному весу чистой воды при стандартном отклонении. температура. Удельный вес определяется методом пикнометра:

Удельный вес B20, B30, B40 и B100 был равен 0.865, 0,868, 0,875 и 0,88 соответственно. Плотность B20 в 1,02 раза больше плотности дизельного топлива. Удельный вес уменьшается с повышением температуры. Более высокий удельный вес указывает на более высокое содержание энергии в топливе.

3.3. Кинематическая вязкость

Вязкость — это мера внутреннего сопротивления движению жидкости, которая в основном обусловлена ​​силами сцепления между молекулами жидкости. Для определения кинематической вязкости в лаборатории используется кинематический вискозиметр: где — время истечения, с; C — калибровочная постоянная вискозиметра, 0.0336 сСт / с.

Кинематическая вязкость B20, B30, B40 и B100 составляла 4,35, 4,45, 4,52 и 4,98 в мм 2 / сек соответственно. Кинематическая вязкость MOME снизилась с 37,18 по сырой нефти до 4,98 после переэтерификации, что приводит к лучшему распылению без предварительного нагрева. Он еще больше уменьшился с увеличением смешивания с дизельным топливом.

3.4. Характеристики двигателя
3.4.1. Удельный расход топлива при торможении

BSFC — это показатель эффективности использования топлива в поршневом двигателе.Это показатель расхода топлива в час, деленный на произведенную мощность.

Рисунок 5 представляет собой сравнительный график BSFC различных смесей биодизеля при различных нагрузках. График показывает, что BSFC увеличивается с увеличением количества смесей биодизеля. Для B20 BSFC увеличивается на 24% при минимальной нагрузке и 5,71% при максимальной нагрузке. Это увеличение происходит из-за плохого распыления топлива, более низкой теплотворной способности и более высокой вязкости. Таким образом, при более высокой нагрузке подход B20 очень близок к дизельному.


3.4.2. Тепловой КПД тормоза

Тепловой КПД тормоза — это отношение выходной мощности тормоза к потребляемой мощности, то есть количество тепла, эквивалентное одному кВт.ч. деленное на количество тепла в топливе за час BP.

На рисунке 6 показано изменение BTE с различными смесями и дизельным топливом. Снижение BTE с биодизельными смесями при более высоких нагрузках было связано с более высокой вязкостью, плохой атомизацией и низкой теплотворной способностью. При более высокой нагрузке BTE увеличивается для смесей B20 и B30. Установлено, что B20 имеет максимальный тепловой КПД тормозов при более высоких нагрузках среди смесей.


3.5. Эмиссионный профиль
3.5.1. CO
2 Эмиссия

Изменение CO 2 в отношении тормозной мощности для различных смесей MOME показано на рисунке 7. Состав диоксида углерода больше обнаруживается в дизельном топливе по сравнению с различными смесями MOME. Тенденция к выбросу CO 2 — это тенденция к увеличению по мере увеличения нагрузки. Эта тенденция к росту может быть связана с увеличением расхода топлива при увеличении нагрузки. По сравнению с дизельным топливом, выбросы смесей ниже.


3.5.2. NO
x Эмиссия

На рисунке 8 показано изменение концентрации в зависимости от нагрузки двигателя для различных смесей MOME. По сравнению с дизельным топливом, смеси демонстрируют тенденцию к увеличению нагрузки. Поскольку температура выхлопных газов увеличивается при более высоких нагрузках, их состав увеличивается.


3.5.3. Выбросы углеводородов

На рисунке 9 показано изменение концентрации углеводородов в зависимости от нагрузки двигателя для различных смесей MOME.Из графика видно, что уровень выбросов углеводородов из топлива на основе сложного эфира Махуа меньше, чем у дизельного топлива. По мере увеличения смесей выброс УВ уменьшается. Это указывает на полное сгорание топлива. Это может быть связано с большим количеством кислорода в топливе.


3.5.4. Выбросы окиси углерода

На рисунке 10 показано изменение окиси углерода в зависимости от тормозной мощности. Было замечено, что по мере увеличения нагрузки выбросы также увеличиваются. При низких и средних нагрузках выбросы окиси углерода для всех смесей очень близки.С увеличением нагрузки увеличивается выброс смесей по сравнению с дизельным топливом.


Что касается характеристик и характеристик выбросов, было установлено, что B20 считается наиболее подходящим в качестве топлива в двигателях I.C. Многие авторы рекомендовали, чтобы смеси, содержащие до 20% биодизеля, смешанного с нефтяным дизельным топливом, можно было использовать почти во всем дизельном оборудовании и совместить с большинством оборудования для хранения и распределения [4, 22–24]. Принимая во внимание этот фактор, мы планируем перейти к анализу энергии и эксергии для смесей B20 и сравнить результаты с дизельным топливом.

3,6. Энергетический анализ

Таблица энергетического анализа, показанная в Таблице 8, представляет собой учет энергии, поставленной и использованной с использованием дизельного топлива и B20. Для целей расчета удельная теплоемкость воды принята равной 4,18 кДж / кг · К, а теплоемкость выхлопных газов основана на теплоте, потерянной выхлопными газами, которая равна теплоте, полученной циркулирующей водой.


Поставляемая энергия топлива (кВт) Расход энергии (кВт) Дизель (кВт) B20 (кВт)

Энергия в тормозной мощности () 2.80 2,65
9,68 9,11 Энергия, переносимая охлаждающей водой () 2,73 2,73
Энергия, уносимая выхлопными газами () 2.64ac 2,36 потери энергии () 1,51 1,37

Распределение энергии дизельного топлива и B20 показано на рисунках 11 и 12 в графическом формате.



Сравнение распределения энергии дизельного топлива и B20 показано на рисунке 13.


3.7. Анализ эксергии

Путем просмотра уравнений анализа эксергии, распределения эксергии в единицу времени для дизельного топлива и B20 перечислены в (Таблица 9).

6 B20 9010 7.19

Эксергия топлива (кВт) Распределение эксергии (кВт) Дизель (кВт) B20 (кВт)

Эксергия в тормозной мощности () 2.80 2,65
Эксергия в охлаждающей воде () 0,05 0,06
Эксергия выхлопных газов () 0,33 0,25 7.26

Графические представления эксергетического распределения дизельного топлива и B20 показаны на рисунках 14 и 15 соответственно.Сравнение распределения эксергии для дизеля и B20 показано на рисунке 16.




4. Заключение

Основные выводы были сделаны на основе испытаний двигателя, которые проводились на дизельном двигателе мощностью 3,74 кВт в г. лаборатория двигателя. Энергетический анализ основан на 1-м законе термодинамики.

Для B20 BSFC увеличивается на предельное значение 5,71% при максимальной нагрузке по сравнению с дизельным топливом. Тепловой КПД тормозов дизельного топлива больше, чем у биодизеля, но при более высокой нагрузке подход B20 очень близок к дизельному.Установлено, что B20 имеет максимальный тепловой КПД тормозов при более высоких нагрузках среди смесей, приближающихся к дизельному. Незначительный рост выбросов отмечен в смешанных маслах. Однако CO 2 , выброс УВ снижается. При полной нагрузке выбросы угарного газа из топлива увеличиваются. Для B20 при более высоких нагрузках уровень выбросов близок к показателям дизельного топлива.

Из энергетического анализа было замечено, что потребляемая топливная энергия, а также энергия для BP и энергия, протекающая через выхлопные газы, и неучтенные потери были больше в случае дизельного топлива, чем для B20.Энергоэффективность дизельного топлива составила 28%, а общие потери — 72%. В случае B20 КПД был выше (29%) и наблюдались меньшие потери, чем у дизеля. Расход энергии на топливо у дизельного топлива на 6,25% больше, чем у B20 из-за высокой теплотворной способности дизельного топлива. Эксергетический КПД дизеля и B20 составил 30,66% и 28,96% соответственно.

Входная доступность дизельного топлива на 1,46% больше, чем B20. Наличие вала у дизеля больше, чем у В20. Наличие выхлопных газов у ​​дизеля больше, чем у B20.Неэффективность системы — это сниженная доступность, которая больше встречается в случае B20.

Можно сделать вывод, что топливо B20 показывает почти такие же энергетические и эксергетические характеристики, что и дизельное топливо.

Все испытания проводятся на двигателе без каких-либо модификаций двигателя. Исходя из вышеизложенного наблюдения, смесь B20 биодизельного топлива Mahua может быть рекомендована для использования в дизельном двигателе в соответствии с характеристиками двигателя и профилем выбросов. Также B20 показывает почти такие же энергетические характеристики.Таким образом, цитируя вышеприведенный вывод, B20 может заменить дизельное топливо.

Цветок махуа также ферментируется для производства алкогольного напитка, деревенского ликера, употребление которого позволяет избежать многих проблем со здоровьем. Производство MOME из Махуа может быть решением, которое не только сократит производство деревенских спиртных напитков, но и улучшит социально-экономические условия.

Номенклатура
9005 компонент
: Коэффициент полезной передачи энергии, кВт
: Теплопередача, кВт
: Выполненная работа, кВт
: Энтальпия, кДж / кг
: Скорость, м / с
: Высота, м
: Теплопередача на единицу массы, кДж / кг
: Выполненная работа на единицу масса, кДж / кг
: Соответствующая температура, K
: Удельная теплоемкость при постоянном давлении, кДж / кг K
: Тепловой эквивалент тормозной мощности, кВт
: Тепло, уносимое охлаждающей водой, кВт
: Тепло, уносимое выхлопными газами, кВт
: Неучтенные потери энергии, кВт
: Мощность тормоза, кВт
: Масса подаваемого топлива, кг / с
: Масса охлаждающей воды, циркулирующей через рубашку охлаждения, кг / с
: Масса охлаждающей воды, проходящей через калориметр, кг / с
: Масса выхлопных газов, кг / с
.: Нижняя теплотворная способность, кДж / кг
: Число оборотов коленчатого вала в секунду
: Развиваемый крутящий момент, Нм
: Удельная теплоемкость воды, кДж / кг K
: Удельная теплоемкость выхлопных газов, кДж / кг K
: Температура окружающей среды, K
.: Доступная энергия, кВт
.: Недоступная энергия, кВт
: Эксергия потока на единицу массы
: Термомеханическая эксергия
: Химическая эксергия
: Специфическая химическая эксергия
: Универсальная газовая постоянная, кДж / кмоль-К
: Молярное соотношение компонента в выхлопных газах
: Молярное отношение th компонента в эталонной среде
: Входная мощность, кВт
: Наличие охлаждающей воды, кВт
: Доступность выхлопных газов, кВт
: Разрушенная доступность, кВт
: Эксергетическая эффективность
: Энтропия, кДж / кг К.
Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Авторы благодарны Департаменту науки и технологий правительства Индии за финансирование проекта по биотопливу, а также OUAT, Бхубанешвар, Индия, за предоставление необходимых лабораторных помещений.

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был доминирующим двигателем в нашем обществе с момента его изобретения в последней четверти XIX века [подробнее см., Например, Heywood (1988)].Его цель — генерировать механическую энергию из химической энергии, содержащейся в топливе и высвобождаемой при сгорании топлива внутри двигателя. Именно этот конкретный момент, когда топливо сжигается внутри производственной части двигателя, дает двигателям внутреннего сгорания их название и отличает их от других типов, таких как двигатели внешнего сгорания. Хотя газовые турбины удовлетворяют определению двигателя внутреннего сгорания, этот термин традиционно ассоциировался с двигателями с искровым зажиганием (иногда называемыми Otto, бензиновые или бензиновые двигатели ) и дизельными двигателями (или двигателями с воспламенением от сжатия ).

Двигатели внутреннего сгорания используются в самых разных приложениях: от судовых силовых установок и электростанций мощностью более 100 МВт до ручных инструментов с выдаваемой мощностью менее 100 Вт. Это означает, что размеры и характеристики современных двигателей сильно различаются между от крупных дизелей с диаметром цилиндра более 1000 мм, совершающего возвратно-поступательное движение со скоростью до 100 об / мин, до небольших бензиновых двухтактных двигателей с диаметром цилиндра около 20 мм. В пределах этих двух крайностей находятся среднеоборотные дизельные двигатели, автомобильные дизели для тяжелых условий эксплуатации, двигатели грузовых и легковых автомобилей, авиационные двигатели, двигатели мотоциклов и небольшие промышленные двигатели.Среди всех этих типов бензиновые и дизельные двигатели легковых автомобилей занимают видное место, поскольку они, безусловно, являются крупнейшими производимыми двигателями в мире; как таковые, их влияние на социальную и экономическую жизнь имеет первостепенное значение.

Большинство поршневых двигателей внутреннего сгорания работают в так называемом четырехтактном цикле (рис. 1), который подразделяется на четыре процесса: впуск, сжатие, расширение / мощность и выпуск. Каждому цилиндру двигателя требуется четыре хода поршня, что соответствует двум оборотам коленчатого вала, чтобы завершить последовательность, которая приводит к выработке мощности.

Рисунок 1. Цикл четырехтактного двигателя.

Такт впуска инициируется движением вниз поршня, который втягивает в цилиндр свежую топливно-воздушную смесь через узел порта / клапана и заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). Смесь создается либо с помощью карбюратора (как в обычных двигателях), либо путем впрыска бензина под низким давлением во впускной канал через инжектор игольчатого типа с электронным управлением (как в более совершенных двигателях).Фактически, процесс впуска начинается с открытия впускного клапана непосредственно перед верхней мертвой точкой (ВМТ) и заканчивается, когда впускной клапан (или клапаны в четырехклапанных двигателях на цилиндр) закрывается вскоре после НМТ. Время закрытия впускного клапана (ов) является функцией конструкции впускного коллектора, которая влияет на газовую динамику и объемный КПД двигателя, а также на частоту вращения двигателя.

За тактом впуска следует такт сжатия , который фактически начинается при закрытии впускного клапана.Его цель — подготовить смесь к горению за счет повышения ее температуры и давления. Горение инициируется энергией, выделяемой через свечу зажигания в конце такта сжатия, и связано с быстрым повышением давления в цилиндре.

Такт мощности или расширения начинается с поршня в ВМТ сжатия и заканчивается в НМТ. В этот момент газы с высокой температурой и давлением, образующиеся во время сгорания, толкают поршень вниз, заставляя рукоятку вращаться.Непосредственно перед достижением поршнем НМТ открывается выпускной клапан (ы), и сгоревшие газы могут выйти из цилиндра из-за разницы давлений между цилиндром и выпускным коллектором.

Этот ход выхлопа завершает цикл двигателя, откачивая цилиндр от сгоревших, частично сгоревших или даже несгоревших газов, выходящих из процесса сгорания; следующий цикл двигателя начинается, когда впускной клапан открывается около ВМТ, а выпускной клапан закрывается на несколько градусов позже.

Важно отметить, что свойства бензина в сочетании с геометрией камеры сгорания оказывают значительное влияние на продолжительность горения, скорость повышения давления и образование загрязняющих веществ . При определенных условиях смесь конечного газа может самовоспламеняться до того, как пламя достигнет этой части цилиндра, что приведет к детонации , который вызывает колебания давления высокой интенсивности и частоты.

Способность бензинового топлива противостоять самовоспламенению и, таким образом, предотвращать возможное повреждение двигателя в результате детонации характеризуется своим октановым числом .До недавнего времени добавление небольшого количества свинца в бензин было предпочтительным методом подавления детонации, но связанные с этим риски для здоровья в сочетании с необходимостью использования катализаторов для снижения выбросов выхлопных газов вызвали необходимость введения неэтилированного бензина. Это требует уменьшения степени сжатия двигателя (отношения объема цилиндра в НМТ к объему в ВМТ), чтобы предотвратить детонацию с нежелательным влиянием на термический КПД.

Как уже упоминалось, четырехтактный цикл, также известный как цикл Отто по имени его изобретателя Николауса Отто, который построил первый двигатель в 1876 году, обеспечивает рабочий ход на каждые два оборота коленчатого вала.Один из способов увеличить выходную мощность двигателя заданного размера — преобразовать ее в двухтактный цикл (рис. 2), в котором мощность вырабатывается при каждом обороте двигателя.

Рисунок 2. Цикл двухтактного двигателя.

Поскольку этот режим работы приводит к увеличению выходной мощности — хотя и не до двойного уровня, ожидаемого из простых вычислений, — он широко используется в мотоциклах, легковых автомобилях и морских судах как с искровым зажиганием, так и с дизельными двигателями.Дополнительным преимуществом является простая конструкция двухтактных двигателей, поскольку они могут работать с боковыми отверстиями в гильзе, закрытыми и открытыми движением поршня, вместо громоздкого и сложного верхнего кулачкового механизма.

В двухтактном цикле такт сжатия начинается после того, как впускные и выпускные боковые порты закрываются поршнем; топливно-воздушная смесь сжимается и затем воспламеняется свечой зажигания, аналогично зажиганию в четырехтактном бензиновом двигателе, чтобы инициировать сгорание около ВМТ.В то же время свежий заряд может попасть в картер перед его последующим сжатием движущимся вниз поршнем во время хода мощности или расширения . В этот период сгоревшие газы толкают поршень, пока он не достигнет НМТ, что позволяет открыть сначала выпускные отверстия, а затем впускные (переходные) отверстия. Открытие выпускных отверстий позволяет сгоревшим газам выходить из цилиндра, в то время как частично в то же время свежий заряд, сжатый в картере, входит в цилиндр через правильно ориентированные перекачивающие каналы.

Перекрытие тактов впуска и выпуска в двухтактных двигателях является причиной того, что часть свежего заряда вытекает непосредственно из цилиндра во время процесса продувки. Несмотря на различные попытки уменьшить масштаб этой проблемы путем введения дефлектора в поршень (рис. 2) и направления входящего заряда от места расположения выпускных отверстий, эффективность зарядки в обычных двухтактных двигателях остается относительно низкой. Решение этой проблемы состоит в том, чтобы подавать топливо непосредственно в цилиндр, отдельно от свежего воздуха, через форсунки с подачей воздуха в период, когда и выпускной, и перекачивающий каналы закрыты.Несмотря на короткий период, доступный для перемешивания, распылители с подачей воздуха могут создавать однородную обедненную смесь во время воспламенения за счет образования капель бензина со средним диаметром менее 40 мкм, которые очень легко испаряются во время такта сжатия.

Среди различных типов двигателей внутреннего сгорания дизельный двигатель или двигатель с воспламенением от сжатия славится своим высоким КПД, пониженным расходом топлива и относительно низкими общими выбросами газов. Его название происходит от немецкого инженера Рудольфа Дизеля (1858-1913), который в 1892 году описал в своем патенте вид двигателя внутреннего сгорания, который не требует внешнего источника воспламенения и в котором сгорание инициируется самовоспламенением жидкого топлива, впрыскиваемого в него. воздух с высокой температурой и давлением в конце такта сжатия.

Преимущества, присущие дизельному двигателю с точки зрения эффективности, обусловлены его обедненной общей смесью, высокой степенью сжатия двигателя, обеспечиваемой из-за отсутствия воспламенения (детонации) отходящих газов и большей степени расширения. Как следствие, дизельные двигатели в двухтактной или четырехтактной конфигурации традиционно были предпочтительными силовыми установками для коммерческих применений, таких как корабли / лодки, энергогенераторы, локомотивы и гусеницы, и в течение последних 20 лет или около того. , легковые автомобили, особенно в Европе.

Недостаток низкой выходной мощности дизельных двигателей был устранен за счет использования нагнетателей или турбонагнетателей, которые увеличивают отношение мощности к массе двигателя за счет увеличения плотности воздуха на входе. Ожидается, что турбокомпрессоры станут стандартными компонентами всех будущих дизельных двигателей независимо от области применения.

Работа дизельного двигателя отличается от работы двигателя с искровым зажиганием, главным образом, тем, как смесь образуется перед сгоранием.Только воздух вводится в двигатель через винтовой или направленный канал, и топливо смешивается с воздухом во время такта сжатия после его впрыска под высоким давлением в форкамерный дизельный двигатель с непрямым впрыском или IDI) или в главную камеру (дизельное топливо с прямым впрыском. или DI) непосредственно перед началом горения.

Необходимость в достижении хорошего смешивания топлива с воздухом в дизельных двигателях удовлетворяется за счет систем впрыска топлива под высоким давлением, которые образуют капли со средним диаметром около 40 мкм. Для легковых автомобилей системы впрыска топлива состоят из роторного насоса, нагнетательных трубок и форсунок топливных форсунок, конструкция которых различается в зависимости от области применения; В дизельных двигателях с прямым впрыском используются форсунки с отверстиями, в то время как в дизелях с непрямым впрыском используются форсунки игольчатого типа.В более крупных дизельных двигателях используются рядные топливные насосы, насос-форсунки (насос и форсунка, объединенные в один блок) или отдельные одноствольные насосы, которые устанавливаются рядом с каждым цилиндром.

За последние 20 лет или около того осознание того, что ресурсы сырой нефти ограничены и что окружающая среда, в которой мы живем, становится все более и более загрязненной, побудило правительства принять законы, ограничивающие уровней выбросов выхлопных газов транспортных средств. и двигатели всех типов. С момента их введения в Японии и США в конце 60-х годов и в Европе в 1970 году нормы выбросов постоянно становятся более строгими, и производители двигателей сталкиваются с самой серьезной проблемой, связанной со стандартами, согласованными на 1996 год и позднее, которые кратко изложены для легковых автомобилей в таблице. 1.Ожидается, что новые стандарты, которые будут введены в Европе в 2000 году, будут еще ниже, после калифорнийских уровней, которые требуют нулевых уровней выбросов на рубеже веков. Однако неясно, будут ли существующие двигатели соответствовать этим ограничениям, несмотря на отчаянные попытки инженеров по всему миру.

Таблица 1. Европейские стандарты выбросов в 1996 г.

Рисунок 3. Модель трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.

Из таблицы 1 видно, что основными загрязнителями в двигателях с искровым зажиганием являются углеводороды (HC), монооксид углерода (CO) и оксиды азота (NO x = NO + NO 2 ), а в дизельных двигателях. , NO x и твердые частицы, состоящие из частиц сажи, образующихся при сгорании смазочного масла и углеводородов, являются наиболее вредными.

В настоящее время трехкомпонентные катализаторы, которые являются стандартным компонентом современных легковых автомобилей, оснащенных двигателем с искровым зажиганием, работающим на неэтилированном бензине, позволяют примерно на 90% снизить выбросы HC, CO и NO x путем их преобразования в двуокись углерода ( CO 2 ), вода (H 2 O) и N 2 .

К сожалению, эти катализаторы требуют стехиометрической (соотношение воздух-топливо ~ 14,5) работы двигателя, что нежелательно как с точки зрения расхода топлива, так и с точки зрения выбросов CO 2 .Альтернативным подходом является концепция сжигания обедненной смеси, которая обещает одновременное снижение расхода топлива и выбросов выхлопных газов за счет удовлетворительного сжигания бедных смесей с соотношением воздух-топливо, намного превышающим 20. Ожидается, что разработка катализаторов сжигания обедненной смеси с эффективностью преобразования более 60% может позволить двигателям сжигания обедненной смеси соответствовать будущему законодательству по выбросам; это область активных исследований как в промышленности, так и в академических кругах. С другой стороны, новые дизельные двигатели зависят от двухкомпонентных или окислительных катализаторов для уменьшения количества твердых частиц в выхлопных газах за счет преобразования HC в CO 2 и H 2 O, а также от рециркуляции выхлопных газов и замедленного времени впрыска для снижения NO. x уровней.

ССЫЛКИ

Аркуманис, К. (Ред.) (1988) Двигатели внутреннего сгорания . Академическая пресса.

Блэр, Г. П. (1990) Базовая конструкция двухтактных двигателей . Общество Автомобильных Инженеров.

Фергюсон, К. Р. (1986) Двигатели внутреннего сгорания . Джон Вили и сыновья.

Хейвуд, Дж. Б. (1988) Основы двигателя внутреннего сгорания . Макгроу Хилл.

Стоун Р. (1992) Введение в двигатели внутреннего сгорания .Macmillan Education Ltd. 2-е изд.

Уивинг, Дж. Х. (ред.) (1990) Техника внутреннего сгорания: наука и технологии . Прикладная наука Elsevier.

Циклы Отто и Дизель и их применение для конкурентоспособного и эффективного производства электроэнергии — Колледж профессий Уильямсона

Летний курс повышения квалификации «Знакомство с тепловыми электростанциями» — это комплексный и интенсивный трехдневный курс, в котором мы проводим аудиторные занятия в сочетании с экскурсиями по пяти объектам энергетики.Эти объекты включают в себя электростанции коммунального масштаба мощностью до 850 МВт и такие небольшие, как Williamson Energy Island, где наш самый большой единственный генератор составляет 500 кВт. Общая цель курса — показать, как тепловая энергия используется для выработки электроэнергии, а также различные показатели эффективности каждого типа теплового двигателя.

Рисунок 1, вверху — Энергетический центр Маркуса Хука — одна из пяти электростанций, которые будут посещены в ходе курса. Это редкая возможность увидеть, как устроено так много энергообъектов, на одном поле.

Изучим тепловые электростанции и тягачи:

  • Станция Eddystone Exelon, два пикового блока мощностью 380 000 кВт, работающие на нефти и природном газе
  • Dynegy’s Liberty Station, газовая турбина мощностью 550 000 кВт, парогазовая установка, работающая на природном газе
  • Marcus Hook Energy Center, газовая турбина с комбинированным циклом 790 000 кВт
  • Завод по производству чистого угля Логан, угольный завод мощностью 225 000 кВт
  • Williamson College of the Trades ’Energy Island, теплоэлектроцентраль

Каждый из четырех заводов коммунального масштаба, которые будут посещены, затмевает генерирующее оборудование в Williamson.Однако, несмотря на небольшие размеры, паровые турбины и двигатель CAT, работающий на природном газе, использующий цикл Отто, очень эффективны и фактически при низких ценах на природный газ могут генерировать электроэнергию, конкурируя с крупными центральными станциями.

Выработка тепловой энергии с помощью поршневых двигателей прошла долгий путь с тех пор, как Николаус Отто в 1862 году создал первый двигатель внутреннего сгорания, в котором использовался 4-тактный цикл. Изобретение Отто было предназначено для обеспечения альтернативного источника энергии паровому двигателю Ватта, изобретенному около столетия. ранее.Рудольф Дизель подал патент на дизельный двигатель с воспламенением от сжатия в 1892 году. Итак, первые сто лет промышленной революции включали паровые двигатели и тепловые двигатели внутреннего сгорания. Первые двигатели внутреннего сгорания достигли уровня эффективности около 10-20%. Теперь, как вы увидите, циклы «Отто» и дизельные двигатели достигли КПД центральной станции.

Вот список из семи шагов по повышению эффективности современных тепловых двигателей и тепловых электростанций. Например:

  • Самая эффективная газотурбинная электростанция с комбинированным циклом, 63% [1] (Рекорд в Книге рекордов Гиннеса, Toshiba, январь 2018 г .; GE ранее удерживала рекорд с тепловым КПД 62%) [2]
  • Самая эффективная угольная электростанция в сверхсверхкритическом состоянии, тепловой КПД около 42% (AEP Turk Plant) [3]
  • Самый эффективный дизельный двигатель, 48%, мировой рекорд Гиннеса по версии Wartsila Marine Engines of Finland [4]
  • Самый эффективный бензиновый двигатель, 38% у Toyota [5]
  • Поршневой двигатель на природном газе Caterpillar 500 кВт, установленный в Williamson, КПД 37% [6]
  • Дизель мощностью 250 кВт, установленный на заводе Williamson с КПД около 32-37%
  • Комбинированное производство тепла и электроэнергии на острове Уильямсон Энерджи, ТЭЦ = 75% тепловой КПД [9]

Williamson’s Energy Island использует в качестве первичных двигателей как дизельные, так и поршневые двигатели цикла Отто.КПД 500 кВт SEG (резервного электрического генератора) приближается к 37% в наиболее эффективной точке нагрузки. Конечно, все пиковые значения эффективности, перечисленные выше, относятся к идеальным условиям испытаний и при наиболее эффективной нагрузке. Как опытный полевой инженер, на которого была возложена ответственность за испытание гарантированной производительности новых установок, я полностью понимаю термины «Разработано и гарантировано для». Перечисленные выше показатели эффективности являются наилучшим подходом к расчетным условиям эксплуатации.

Наилучшая общая эффективность использования энергии у ТЭЦ (комбинированного производства тепла и электроэнергии). Energy Island Уильямсона — это пример использования ТЭЦ, где мы используем пар для выработки электроэнергии для двух паровых турбин, а отработанное тепло затем используется для обогрева кампуса зимой. Позже планируется добавить систему обогрева водяной рубашки двигателя, работающего на природном газе, и рекуперацию тепла выхлопных газов, которые будут использоваться для обогрева зданий университетского городка за счет циркуляции горячей воды. В кампусе с 1890 года всегда использовалась ТЭЦ с выхлопом паровой турбины.Здания Ванамакера отапливаются циркулирующей горячей водой с 1959 года, когда они были введены в эксплуатацию. Мы надеемся переоборудовать больше зданий для использования циркуляционной горячей воды в будущем. Почему? Увеличить расход пара в паровой турбине и, как следствие, выработку электроэнергии на ТЭЦ. Огромный КПД ТЭЦ достигается за счет использования природного газа сначала для выработки электроэнергии, а затем улавливания выхлопного пара, выхлопа поршневого двигателя и тепла от водяной рубашки. Тепло, которое когда-то называли «отходящим теплом». Благодаря ТЭЦ можно достичь чрезвычайно высоких показателей теплового КПД.См. Рисунок ниже из публикации Министерства энергетики США «Лучшие здания».

Резюме по экономике тепловой энергетики

В этом небольшом пространстве многое было сказано о тепловом КПД. Чтобы быть справедливым и практичным, экономика производства электроэнергии должна рассматриваться как окончательное рассмотрение экономического распределения электроэнергии. Давайте рассмотрим пример сравнения дизельного генератора с КПД 48% и угольной электростанции со сверхсверхкритическим давлением 42%.На первый взгляд дизель выглядит привлекательно, поскольку он намного эффективнее угольной электростанции. Однако, если сравнить затраты на топливо на миллион британских тепловых единиц, угольная электростанция выигрывает.

Стоимость топлива для угольной электростанции с тепловым КПД 42% составляет около 0,014 доллара США / кВтч или 14,1 доллара США / МВтч. (Себестоимость производства дешевого угля составляет около 25 долларов США за МВтч, если учесть все затраты на ЭиТО и ДДГ, более подробная информация представлена ​​ниже.)

Стоимость топлива для выработки электроэнергии с помощью дизельного цикла с КПД 48% составит 0,12 доллара США / кВтч или 120 долларов США / МВтч.Несмотря на более высокий тепловой КПД, себестоимость выработки энергии на дизельном топливе более чем в пять раз выше, чем при использовании угля в этом примере.

Приведенная выше иллюстрация основана на угольном топливе по цене 1,74 доллара США / миллион британских тепловых единиц (исходя из стоимости доставленного угля в размере 40 долларов США за тонну и 11500 британских тепловых единиц за фунт) и дизельном топливе стоимостью 17 долларов США за миллион британских тепловых единиц из расчета 2,50 доллара США за галлон и 146 000 британских тепловых единиц за галлон.)

Стоимость производства электроэнергии, как указано выше, относится только к компоненту затрат на топливо. Общая стоимость производства требует дополнительных компонентов, таких как начальные капитальные затраты, техническое обслуживание, десульфуризация воды и дымовых газов (FGD) и аммиак для химикатов для очистки SCR (селективный каталитический реактор) для угольной электростанции и эксплуатационные расходы.Их нужно добавить. Однако только стоимость топлива составляет около 85% затрат на производство дизельных генераторов, а компонент затрат на топливо большой угольной электростанции составляет около 75-80% затрат на производство электроэнергии.

Тепловые двигатели преобразуют потенциальную химическую тепловую энергию топлива в механическую энергию, чтобы включить генератор. Следовательно, для наиболее рентабельной генерации необходимо учитывать стоимость каждого вида топлива. Недавняя приблизительная стоимость обычных видов топлива, выраженная в долларах за миллион британских тепловых единиц (British Thermal Unit), составляет:

  • Природный газ около 3 долларов.00 / млн. Британских тепловых единиц
  • Уголь около 2,00 долл. / Млн. Британских тепловых единиц
  • Дизельное топливо около 17,00 долл. / Млн. Британских тепловых единиц

Итак, очень важен высокий КПД. Однако стоимость топлива также важна при рассмотрении стоимости производства электроэнергии. Вот почему для Америки важно иметь «сбалансированный портфель генерации» с использованием разнообразия всех видов топлива. Выработка тепловой энергии обеспечивает около 85% выработки электроэнергии в Америке. Стоимость топлива является самым крупным компонентом затрат для выработки тепловой энергии, как показано в сравнении высокоэффективной дизельной выработки электроэнергии с несколько менее эффективной выработкой чистой угольной энергии.

Дополнительную информацию о важности разнообразия видов топлива и затрат на электроэнергию см. В ссылках 8,11,12 ниже. Инфографика NETL (11) показывает важность крупных угольных и атомных электростанций в течение первой недели января этого года, когда была не по сезону холодная погода. Уголь и атомная энергия обеспечивали более 58% электроэнергии, необходимой для сети в это критическое время. Энергетический остров Уильямсона также может использовать дизельное топливо в такие периоды, как это, когда доступность природного газа может быть ограничена из-за высокого спроса и перекрытия трубопроводов.

Ссылка № 12 Национальной горнодобывающей ассоциации показывает затраты на электроэнергию в США и процент выработки угля в каждом штате.

Один из наших докладчиков, Кевин Хэтч, из PJM Interconnection. Во время нашего курса Кевин представит презентацию о том, как PJM определяет, какие генераторы выбираются по самой низкой производственной стоимости и влиянию, которое возобновляемая энергия оказывает на сеть. Стейси Старр представит презентацию об экономике и надежности солнечной энергии, установленной в Williamson.

Использование энергии на тепловых электростанциях прошло долгий путь с тех пор, как Джеймс Ватт применил паровой двигатель в практических целях в конце 1700-х годов! Если вы хотите узнать больше о производстве тепловой энергии, подумайте об участии в нашем летнем курсе. Многое из вышеперечисленного будет объяснено и продемонстрировано.

Ричард Ф. (Дик) Сторм, ЧП, CEM
Класс Вильямсона 6W2



Список литературы

  1. Toshiba Energy Systems
    http: // www.guinnessworldrecords.com/world-records/431420-most-efficient-combined-cycle-power-plant
  2. Газовая турбина
  3. GE, парогазовая установка с тепловым КПД до 64% ​​
    https://www.gepower.com/gas/gas-turbines/9ha
  4. POWER Magazine, апрель 2017 г. Самые эффективные угольные заводы в мире
    http://www.powermag.com/who-has-the-worlds-most-efficient-coal-power-plant-fleet/
  5. Судовой двигатель Wartsila 46DF
    https://www.wartsila.com/products/marine-oil-gas/engines-generating-sets/dual-fuel-engines/wartsila-46df
  6. Бензиновый двигатель Toyota достигает 38% теплового КПД
    https: // newsroom.toyota.co.jp/en/detail/1693527
  7. Газовый двигатель Caterpillar G3412C Технические характеристики газового двигателя
  8. EIA (Агентство энергетической информации) Схема себестоимости производства электроэнергии
    https://www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_08_04.html
  9. Публикация Торговой палаты США, «Вот где ваше государство увеличивает цены на электроэнергию»
    https://www.uschamber.com/series/above-the-fold/shock-here-s-where-your-state- стеки-цены-электричество
  10. Департамент энергетики США по комбинированному производству тепла и электроэнергии «Лучшие здания»
    https: // betterbuildingssolutioncenter.energy.gov/chp/basics
  11. Engineering Toolbox for Fuel Heating Values ​​and Analysis
    https://www.engineeringtoolbox.com/fuels-higher-calorific-values-d_169.html
  12. Важность выработки электроэнергии угольными и атомными станциями в январе 2018 г., NETL / DOE. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2018/01/f47/Power%20Generation%20Mix%20Infographic.pdf
  13. Национальная горнодобывающая ассоциация Стоимость электроэнергии по каждому штату и процент выработки угля в каждом штате.
    https://nma.org/2018/02/02/cost-per-kwh-percent-of-coal-power-sector-generation/

Разработка 4-тактного оппозитно-поршневого двигателя с искровым зажиганием

Целью этого проекта была разработка недорогого 4-тактного бензинового двигателя OP путем соединения двух одноцилиндровых поршневых двигателей внутреннего сгорания с боковыми клапанами на блоке , сняв головы. Выбранный двигатель — модель EY15 фирмы Robin America. Соединение этих двух блоков цилиндров позволило создать двигатель с оппозитными поршнями (OPE) с двумя коленчатыми валами.В этом новом двигателе камера сгорания ограничена пространством внутри цилиндра между головками поршней и камерой между клапанами. Поршни движутся по оси цилиндра в противоположных направлениях, что характерно для двигателей с оппозитными поршнями. После сборки двигателя параметры, характерные для OPE, такие как частота вращения, крутящий момент, расход топлива и выбросы, были измерены на динамометре для измерения вихревых токов. На основании собранных данных были рассчитаны мощность, удельный расход и общий КПД, что позволило сделать вывод о том, что двигатель с оппозитно-поршневой конфигурацией дешевле и более мощный.Разработка двигателя с оппозитными поршнями в этом проекте показала, что возможно построить один двигатель из другого, уже используемого, что снизит затраты на производство и разработку. Кроме того, можно получить более высокую мощность при более высоком удельном расходе топлива и меньшей вибрации.

1 Введение

В начале разработки этой конструкции двигателя с противоположным поршнем было обнаружено, что есть основания для дальнейших исследований в этой области. Поршневые двигатели противоположного типа успешно использовались почти во всех гражданских и военных областях, где они установили рекорды низкого потребления и высокой удельной мощности, которые сохраняются и спустя много лет, несмотря на несомненный прогресс в этой области [1].Однако возникли два основных препятствия: первое связано с ограничениями, налагаемыми на выбросы двигателей внутреннего сгорания (двухтактные двигатели с противоположными поршнями значительно превышают действующие законодательные ограничения, что в течение некоторого времени привело к незначительной заинтересованности в его разработке. [2]), а второй обусловлен текущим экономическим кризисом и временами жесткой экономии, навязанной международной ситуацией (создающей трудности в инвестировании в исследования двигателей этого типа). После анализа потенциала двигателей этого типа было решено преодолеть два основных препятствия.Было принято решение разработать двигатель внутреннего сгорания, четырехтактный, с искровым зажиганием, с противоположными поршнями. Поскольку были доступны ограниченные материальные ресурсы, было решено разработать одноцилиндровый двигатель с несколько устаревшей технологией, поскольку цели были: показать жизнеспособность двигателя, сделать возможным открытие возможных путей развития этого типа двигателей и попытаться найти ответ на вопрос «почему поршневые двигатели внутреннего сгорания с четырехтактным искровым зажиганием были вытеснены по характеристикам традиционными двигателями?».Желательно, чтобы разработка была сосредоточена на легком и компактном двигателе, который будет использоваться в некоторых авиационных приложениях для замены доминирующих на рынке оппозитных двигателей мощностью до 8 кВт (что подразумевает двухтактный двигатель). Однако выбросы привели к тому, что выбор пал на двигатель с 4-тактным циклом вместо 2-тактного, хотя это сделало бы его тяжелее и менее компактным, чем было бы желательно для авиационного применения. Тем не менее, во время Второй мировой войны большинство поршневых двигателей были 4-тактными [3], и с точки зрения удельной мощности они достигли значений, которые до сих пор трудно сопоставить.Этот выбор также обеспечивает совместимость с широко известными системами очистки газообразных стоков.

2 Предшественники

Противоположные поршневые двигатели, которые лежали в основе этого альтернативного четырехтактного альтернативного поршневого двигателя с искровым зажиганием и которые оказали наибольшее влияние на его разработку, были: Четырехтактный двигатель Gobron Brillié с искровым зажиганием (успешно используется в автомобилей в начале двадцатого века) и двухтактный двигатель Junkers Jumo 205 с воспламенением от сжатия (который, возможно, был самым успешным поршневым двигателем противоположного направления, использовавшимся в авиации до конца Второй мировой войны в гражданских и военных целях).Этот последний двигатель вдохновил в 30-х, 40-х и даже 50-х годах 20 века на разработку двигателей этого типа по обе стороны Атлантики от бывшего Советского Союза до Соединенных Штатов Америки почти для всех видов применения. В ходе исследования поршневых двигателей с противоположным расположением поршней было обнаружено, что с тех пор, как двухтактные дизельные двигатели с противоположным расположением поршней начали пользоваться успехом, четырехтактные поршневые двигатели с оппозитным зажиганием, которые в начале 20 века успешно применялись в производство автомобилей (в частности, французского автомобиля Gobron-Brillié) прекращено.Автомобиль этой марки стал первым автомобилем, преодолевшим мифическую отметку 100 миль в час [4]. Двигатель Gobron-Brillié представлял собой двухцилиндровый четырехпоршневой двигатель с одним коленчатым валом. Два поршня классическим образом соединялись с коленчатым валом шатуном, а два других находились наверху цилиндров. Два последних были соединены перемычкой, соединенной с коленчатым валом двумя очень длинными боковыми шатунами, передающими движение двух верхних поршневых штоков на коленчатый вал.Похоже, что этот двигатель был вдохновлен противоположным поршневым двигателем, приписываемым Wittig 1878 [2], одним из первых успешных противоположных поршневых двигателей и двигателем Robson 1890, работающим аналогичным образом. Между прочим, эти два первых двигателя с противоположными поршнями работали по 4-тактному циклу с впускным и выпускным отверстиями, расположенными в камере сгорания. Двигатель Junkers Jumo 205, разработанный в Германии в 1930-х годах, имел легкую, компактную конфигурацию с двумя кривошипами и работал с двухтактным воспламенением от сжатия.Этот двигатель оказал значительное влияние на гражданское и военное авиационное применение, так что он производился по лицензии несколькими производителями для гражданского применения. Это был единственный двухтактный дизельный двигатель, который регулярно использовался в авиации и производился в больших количествах [5]. Даже сегодня он продолжает считаться наиболее эффективным поршневым двигателем, используемым в авиации [1]. Следует отметить, что начиная с 1910 г. двигатели с конфигурацией с двумя коленчатыми валами стали более широко использоваться, поскольку они позволяли значительно более компактные рядные конструкции, чем конфигурации с одним коленчатым валом.Этот тип конфигурации затем использовался большинством производителей, что продемонстрировало семейство двигателей Junkers Jumo, Fairbanks Morse 38D, Rolls Royce K60, Leyland L60, Climax Coventry h40 и Харьков Морозов 6TD, в широком диапазоне. областей применения.

3 Краткое описание генезиса двигателя

После этого начального этапа исследований была рассмотрена гипотеза создания двигателя из противоположных поршней с двумя коленчатыми валами. Тем не менее, было сочтено более подходящим выбрать 4-тактный двигатель с циклом Отто вместо 2-тактного дизельного двигателя, который мог бы работать от более чем одного топлива при минимально возможных затратах.Для этого была рассмотрена возможность сконструировать двигатель с противоположными поршнями из другого, уже существующего, что снизит таким образом стоимость производства [6]. Был выбран бензиновый или керосиновый двигатель с боковым расположением клапанов марки Robin America, модель EY15, или водяной насос, см. Рис. 1, даже если он имел несколько устаревшую конфигурацию.

Рисунок 1

Внешний вид и схематическое изображение двигателя [7].

4 Характеристики исходного двигателя

В исходной конфигурации Robin America, Inc.двигатель модели EY15, работает как обычный 4-тактный бензиновый двигатель Otto. Рабочее положение — вертикальное, с рабочим объемом 143 куб. См и максимальной мощностью 3,5 л.с. при 4000 об / мин, питание от карбюратора, с боковыми клапанами в блоке, смазкой разбрызгиванием и зажиганием от транзисторного магнето.

5 Разработка встречно-поршневого двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания, разработанный в ходе этой работы, на стыке двух блоков двигателя Robin EY15, работает в соответствии с 4-тактным циклом с искровым зажиганием.Он имеет рабочий объем 286 куб. См и развивает максимальную мощность 7,3 л.с. при 4000 об / мин. Была принята конфигурация с двойным коленчатым валом, аналогичная двигателю Junkers Jumo 205, но работающая в горизонтальном положении. Синхронизация распределения и передачи мощности обеспечивалась зубчатой ​​передачей, состоящей из четырех зубчатых колес с правыми зубьями (модуль 1,5 мм, две центральные шестерни по 65 зубьев и два приводных вала с 56 зубьями). Двигатель работает на бензине и оснащен двумя оригинальными карбюраторами модели EY15, расположенными с обеих сторон двигателя.Система смазки разбрызгиванием и зажигание от магнето с промежуточным хранением также остались от оригинального двигателя. В центральной части цилиндра находится камера сгорания объемом 60 куб. случилось с двигателем Gobron Brillié). Первый шаг в конструкции двигателя с противоположным поршнем заключался в снятии головок двух Robin EY15, чтобы два блока можно было соединить вместе в области прокладки головки.Это соединение позволяет обоим поршням располагаться лицом к лицу и двигаться в противоположных направлениях. В этой конфигурации ось одного цилиндра выровнена с осью другого цилиндра, так что два цилиндра в сборе функционируют как один цилиндр, с одним блоком выпускного клапана перед впускным клапаном другого, в пространстве между два блока двигателя. Это позволило уменьшить пространство камеры сгорания, поскольку открытие впускного клапана и закрытие выпускного клапана происходит почти одновременно.Чтобы двигатель работал в этой конфигурации, необходимо решить некоторые проблемы. Во-первых, размещение свечи зажигания (одна из самых больших технических трудностей), во-вторых, пространство между двумя блоками вызывало некоторые вопросы (значение степени сжатия), в-третьих, как соединить два двигателя, чтобы оси цилиндров точно удерживались. выровнены с камерой сгорания, и, в-четвертых (возможно, самый сложный), как организовать их синхронизацию (чтобы поршни двигались в противоположных направлениях, в то время как система распределения позволяла одновременно открывать оба впускных клапана и, следовательно, одновременное движение оба выпускных клапана).Система синхронизации также должна гарантировать, что коленчатые валы сохраняют свое первоначальное направление вращения и поддерживают передачу мощности от двух коленчатых валов. Наконец, необходимо было снова поставить карбюраторы в вертикальное положение, с впускным каналом в горизонтальном положении и расположить так, чтобы управлять двумя карбюраторами одновременно с помощью одной и той же команды, отказавшись от исходного регулятора скорости. Свеча зажигания, первоначально установленная на головке двигателя, была установлена ​​в одном из блоков двигателя в пространстве между седлом клапана и цилиндром, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Свеча зажигания в сборе, вид сбоку и сверху.

Поскольку пространство для размещения свечи зажигания было очень маленьким, была использована свеча зажигания меньшего диаметра, чтобы она могла помещаться между цилиндром и клапанами, не создавая помех другим компонентам двигателя. Чтобы гарантировать необходимое пространство для открытия клапанов (без ущерба для степени сжатия и обеспечения газообмена в центральной зоне цилиндра), алюминиевая прокладка, должным образом выпрямленная на параллельных поверхностях, с 5.Между двумя блоками двигателя разместили толщину 3 мм. Сохранились прокладки оригинальной головки, толщина которых составляла 1,5 мм. Эти прокладки сохраняли исходное положение, помещая между ними алюминиевую прокладку. Высота камеры сгорания составляла 8,3 мм. Чтобы обеспечить выравнивание цилиндров по общей оси двух блоков цилиндров, три направляющих были помещены в исходное отверстие болтов M8, которыми была затянута исходная головка (см. Рисунок 3). На основании блоков изготовлены две опоры из конструкционной стали и сварены МИГ.Когда блоки были выровнены, были использованы 6 стержней из нержавеющей стали (AISI 304L) диаметром 10 мм с резьбой M10 для обеспечения соединения двух мотоблоков, как показано на фотографии на рисунке 3.

Рисунок 3

Деталь алюминиевой проставки, прокладки головки двигателя и направляющих штуцеров.

Зубчатая передача, состоящая из 4 прямозубых шестерен с модулем 1,5 мм, использовалась для синхронизации двух коленчатых валов. Звездочки, используемые в обоих приводных валах, имеют 56 зубьев, а две промежуточные шестерни имеют 65 зубьев.Четырехзвездочная зубчатая передача позволяет поршню одного коленчатого вала двигаться в направлении, противоположном поршню другого, гарантируя, что распределение перемещается в нужное время как впускной, так и выпускной клапаны, и что оба коленчатых вала сохраняют направление вращения оригинальный двигатель. Для этой зубчатой ​​передачи были выбраны зубчатые колеса с правыми зубьями, как в случае двигателя Junkers Jumo 205, чтобы обеспечить передачу мощности на карданный вал, не вызывая осевых нагрузок на коленчатые валы, размер которых не рассчитан для этого.Для крепления промежуточных валов использовалась стальная пластина, закрепленная на блоке восемью болтами М8, что также помогает удерживать блоки вместе. Затем эта стальная пластина была усилена L-образной заслонкой, на которую была вкручена прозрачная крышка из полиэтилентерефталата, чтобы уменьшить шум шестерен и предотвратить разбрызгивание смазки, используемой в шестернях. Следует отметить, что затем часть этой крышки была разрезана, чтобы позволить передавать мощность на приводной вал в верхнем правом углу, как показано на рисунке 4.Чтобы установить карбюраторы вертикально, был построен канал из нержавеющей стали с внутренним диаметром 20 мм (немного меньший диаметр, чем у впускного коллектора). Воздуховод имеет изгиб под углом 90 ° и горизонтальную трубку достаточной длины, чтобы установить карбюратор в вертикальное положение, не вызывая каких-либо неудобств и не подвергаясь воздействию потока горячего воздуха из системы охлаждения двигателя или выпускного коллектора. Карбюраторы располагались по обе стороны от двигателя. Чтобы управлять обоими карбюраторами одновременно и одной командой, было решено использовать систему, состоящую из стального троса, тяги, соединенной со стальным тросом, троса, шкива и ручки переключения передач велосипеда.

Рисунок 4

Окончательное расположение ВОМ поршневого двигателя для данной конструкции.

6 Экспериментальная установка

Экспериментальная установка состоит из испытательного стенда двигателя марки STEM-ISI Impianti, модель TD340, оборудованного вихретоковым тормозом Borghi and Saveri, модели FE 150 и аналоговым контроллером Borghi и Saveri. модель A03, STEM-ISI (1992), инфракрасный газоанализатор от Tecnotest, модель MULTIGAS 488, для бензиновых двигателей, выхлопная система, дополнительный вентилятор охлаждения и система учета расхода топлива (состоящая из калиброванного топливного бака, топливного бака , цифровые электронные весы с разрешением 0.01 г и цифровой таймер с разрешением 0,01 с). На рисунке 5 показан двигатель OP на динамометрическом испытательном стенде, установка и все оборудование.

Рис. 5

Обзор динамометрического испытательного стенда и встречного поршневого двигателя.

7 Характерные параметры двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Обзор характеристических параметров поршневых двигателей внутреннего сгорания будет использован для поддержки представления и обсуждения экспериментальных результатов.Крутящий момент, мощность и общие характеристики — три наиболее важных характеристических параметра любого двигателя внутреннего сгорания. Эффективная тормозная мощность (в кВт) определяется уравнением (1).

(1) W˙b = B2πn6010−3

Где B — крутящий момент, а n — частота вращения двигателя в оборотах в минуту. Расход топлива или массовый расход топлива определяется уравнением (2)

(2) m˙f = mfΔt

Где: f — масса топлива, а Δt — время интервал.Общий КПД определяется соотношением между эффективной тормозной мощностью и тепловой мощностью, подаваемой на двигатель, выраженной в уравнении (3). В свою очередь, тепловая мощность определяется произведением массового расхода топлива на меньшую теплотворную способность того же топлива.

(3) ηg = W˙bm˙fHV

Где: b — эффективная мощность тормоза, f — массовый расход топлива, а HV — нижний теплота сгорания топлива.В данном случае в качестве топлива используется бензин. Для расчетов было принято значение 44000 кДж / кг для бензина с низкой теплотворной способностью [8].

В свою очередь, удельный расход топлива C sf определяется уравнением (4). Этот параметр связывает расход топлива с эффективной тормозной мощностью и позволяет получить хороший срок сравнения между двигателями.

(4) Csf = m˙fW˙b

В технической литературе удельный расход топлива обычно выражается в г / кВтч.Соответственно, уравнение 4 было переформулировано, как представлено в уравнении (5).

(5) Csf = m˙fhW˙b

Где: fh — массовый расход (г / ч).

Расход топлива (в час) или массовый расход топлива в г / ч определяется уравнением (6).

(6) m˙fh = mfΔt3600

Объемный КПД η V , уравнение (7) [9], связывает количество воздуха, фактически вводимого в цилиндр за цикл, с теоретической заполняющей способностью цилиндра. в том же цикле.Это один из наиболее важных параметров при характеристике и моделировании четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.

(7) ηV = mamat = maρaiVd

Где: m a — масса, которая фактически входит в цилиндр в каждом цикле, m at — это масса, которая теоретически заполняет цилиндр, ρai , плотность воздуха (или смеси) в атмосферных условиях, и V d , смещенный объем.Теоретически масса свежего заряда в каждом цикле должна быть равна произведению плотности воздуха (или смеси), оцениваемой в атмосферных условиях вне двигателя, на смещение, , т.е. ., на объем, вытесняемый поршнем. . Однако из-за сокращенного времени, доступного для впуска и потерь нагрузки из-за существующих ограничений потока, только меньшее количество от теоретического количества свежего заряда, поступающего в цилиндр при атмосферных условиях [10], в конечном итоге попадает в цилиндр.Значение объемного КПД зависит от нескольких переменных двигателя, таких как частота вращения двигателя, давление во впускном и выпускном коллекторах и геометрия системы [11]. В этом случае уравнение (8) представлено как отношение между фактически допустимым расходом в цилиндре и массовым расходом, который теоретически допустим для этой скорости вращения.

(8) ηV = ηRm˙aρaiVdη

Где: η R представляет количество оборотов за цикл, а ṁ a массовый расход, который фактически поступает в цилиндр.На практике значение объемного КПД получается из типа цикла, крутящего момента, отношения количества топлива к воздуху, плотности воздуха, вытесненного объема, общего КПД и более низкой теплотворной способности топлива, как показано в уравнении (9), которое является результатом комбинация уравнений (1) и (4), среди прочего.

(9) ηV = ηR60m˙fAFρaiVdη

Где: AF представляет соотношение топлива и воздуха с учетом значения 14,7. Соотношение топливо-воздух ( AF ), уравнение (10), связывает массу воздуха с массой топлива m f .Эти отношения также могут быть представлены как отношения между массовыми расходами.

(10) AF = mamf = m˙am˙f

8 Представление результатов

Данные, относящиеся к частоте вращения двигателя (об / мин), крутящему моменту (Нм), массе израсходованного топлива (г) и времени расхода топлива ( s), собранные во время динамометрических испытаний при полной нагрузке двигателя, в сочетании с предыдущими уравнениями, позволяют представить результаты (Рисунок 6). Этот график является результатом наложения двух графиков, первый, где представлена ​​мощность, а второй, где представлены мощность и удельное потребление.На обоих графиках по горизонтальной оси отложена скорость вращения двигателя (об / мин). Вертикальная ось слева соответствует тормозной мощности (кВт), правая ось — значениям тормозного момента (Н-м). В нижней части правой оси отображаются значения удельного расхода тормоза (г / кВтч). Оранжевые точки представляют собой результаты эффективной тормозной мощности, синие точки — данные крутящего момента, а удельное потребление отображается красным цветом внизу. Соответствующие строки являются результатом полиномиальной интерполяции второго порядка, выполненной в программе Excel.Кривые следуют ожидаемой тенденции, однако следует отметить, что снижение крутящего момента с 2400 об / мин до 2800 больше не проверяется на 3200 и 3600. Фактически, только при 4000 об / мин снова наблюдается снижение крутящего момента. Значения, полученные при 2800 об / мин, кажутся необычными даже для удельного расхода, который представляет собой значения выше, чем значения тестов на более близкой скорости.

Рисунок 6

Характеристики двигателя.

На графике рисунка 7 можно увидеть результаты глобальной эффективности и ее полиномиальную кривую тренда второго порядка, построенную в Excel.На этом графике показана потеря эффективности при 2800 об / мин, при этом наилучший общий выход будет выявлен в следующем тесте при 3200 об / мин.

Рисунок 7

Кривая общей производительности двигателя.

График на Рисунке 8 показывает результаты объемного КПД и его полиномиальную кривую тренда второго порядка, построенную в Excel. Можно заметить, что кривая тенденции показывает небольшое снижение от 1600 об / мин до значения 2800 об / мин, от которого кажется почти незаметное снижение. Если выбрать линейную линию тренда, разница будет практически незначительной.

Рис. 8

Кривая объемного КПД как функция скорости вращения.

9 Выводы

Разработка встречного поршневого двигателя в результате соединения двух идентичных двигателей показала, что возможно построить один двигатель из существующего, тем самым снизив затраты на его производство и разработку. Кроме того, OPE обеспечивает более высокую мощность, лучшее удельное потребление и более высокую пропускную способность. Результаты разработки этого двигателя с противоположными поршнями также позволили идентифицировать области, в которых этот двигатель превзошел и где может быть широкий диапазон возможностей развития при исследовании этого типа двигателей, а именно в улучшении сгорания. условия.Среди различных возможностей — модернизация системы управления и питания двигателя с использованием электронного управления зажиганием, непосредственного впрыска топлива, наддува и строительства более компактной камеры сгорания, способствующей усилению турбулентного движения после воспламенения смеси. .

Настоящее исследование частично финансировалось Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) в рамках проекта UID / EMS / 00151/2013 C-MAST, ссылка POCI-01-0145-FEDER-007718.

Ссылки

[1] Бройо Ф., Сантос А., Грегорио Дж. (30 июня — 2 июля 2010 г.). Вычислительный анализ продувки двухтактного дизельного двигателя с оппозитными поршнями. Процедуры всемирных инженерных конгрессов 2010 Том II, WCE 2010, (Лондон, Соединенное Королевство): 1448-1453. Ищите в Google Scholar

[2] Pirault J-P., Flint M. (2009). Противоположные поршневые двигатели: эволюция, использование и будущее применение, Warrendale: SAE International. Искать в Google Scholar

[3] Fernandes A.(2008). Compêndio de Motores Alternativos, Centro de Formação Militar e Técnica, Португалия: Força Aérea Portuguesa, Ministério da Defesa Nacional. Искать в Google Scholar

[4] The Autocar. Справочник Autocar, Справочник по автомобилю (9-е издание), Лондон: Илифф и сыновья. Искать в Google Scholar

[5] Gonçalves R. (2014). 3D CFD-моделирование четырехтактного оппозитно-поршневого двигателя с холодным потоком (кандидатская диссертация). Ковильян: Universidade da Beira Interior. Искать в Google Scholar

[6] Alves, F.(2011), Rendimento volumétrico de ummotor de pistões opostos a quatro tempos (MSc. Диссертация). Ковильян: Университет внутренних дел Бейры. Искать в Google Scholar

[7] Service Manual EY15-3, EY20-3 Engines (2001), Robin America, Inc. Искать в Google Scholar

[8] Martins J., Motores de Combustão Interna (2005), Porto : Publindustria. Ищите в Google Scholar

[9] Хейвуд Дж., Основы внутреннего сгорания (1988), Нью-Йорк: McGraw-Hill International Editions. Искать в Google Scholar

[10] Pesic R., Давинич А., Петкович С., Таранович Д., Милорадович Д. (2013). Аспекты измерения объемного КПД поршневых двигателей. Thermal Science 17-1, 35-48. Искать в Google Scholar

[11] Николау Г., Скаттолини Р., Сивьеро К. (1996). Моделирование объемного КПД двигателей с электронным управлением: параметрические, непараметрические и нейронные методы. Инженерная практика управления 4-10, 1405-1415. Искать в Google Scholar

Получено: 13.03.2018

Принято: 2018-07-09

Опубликовано в Интернете: 2018-11-03

© 2018 J.П. Грегорио и Ф. М. Бройо, опубликовано De Gruyter

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *