Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что считается рабочим циклом двигателя

Тепловой двигатель. Второй закон термодинамики.

Тепловой двигатель (машина)

Тепловой двигатель (машина) – это устройство, которое совершает механическую работу циклически за счет энергии, поступающей к нему в ходе теплопередачи.

Источником поступающего количества теплоты в реальных двигателях могут быть сгорающее органическое топливо, разогретый Солнцем котел, ядерный реактор, геотермальные воды и т.д.

В настоящее время наиболее распространены два типа двигателей: поршневой двигатель внутреннего сгорания (сухопутный и водный транспорт) и паровая или газовая турбина (энергетика).

Первые тепловые двигатели, широко распространившиеся в промышленности, назывались паровыми машинами. К современным тепловым двигателям можно отнести ракетные и авиационные двигатели.

Модель теплового двигателя и ее составные части

В теоретической модели теплового двигателя рассматриваются три тела: нагреватель, рабочее тело и холодильник.

Нагреватель – тепловой резервуар (большое тело), температура которого постоянна.

В каждом цикле работы двигателя рабочее тело получает некоторое количество теплоты от нагревателя, расширяется и совершает механическую работу. Передача части энергии, полученной от нагревателя, холодильнику необходима для возвращения рабочего тела в исходное состояние.

Так как в модели предполагается, что температура нагревателя и холодильника не меняется в ходе работы теплового двигателя, то при завершении цикла: нагревание-расширение-остывание-сжатие рабочего тела считается, что машина возвращается в исходное состояние.

Для каждого цикла на основании первого закона термодинамики можно записать, что количество теплоты Qнагр, полученное от нагревателя, количество теплоты |Qхол|, отданное холодильнику, и совершенная рабочим телом работа А связаны между собой соотношением:

В реальных технических устройствах, которые называются тепловыми машинами, рабочее тело нагревается за счет тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Так, в паровой турбине электростанции нагревателем является топка с горячим углем. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) продукты сгорания можно считать нагревателем, а избыток воздуха – рабочим телом. В качестве холодильника в них используется воздух атмосферы или вода природных источников.

КПД теплового двигателя (машины)

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя (КПД) называется отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя меньше единицы и выражается в процентах. Невозможность превращения всего количества теплоты, полученного от нагревателя, в механическую работу является платой за необходимость организации циклического процесса и следует из второго закона термодинамики.

В реальных тепловых двигателях КПД определяют по экспериментальной механической мощности N двигателя и сжигаемому за единицу времени количеству топлива. Так, если за время t сожжено топливо массой m и удельной теплотой сгорания q, то

Для транспортных средств справочной характеристикой часто является объем V сжигаемого топлива на пути s при механической мощности двигателя N и при скорости . В этом случае, учитывая плотность r топлива, можно записать формулу для расчета КПД:

Второй закон термодинамики

Существует несколько формулировок второго закона термодинамики. Одна из них гласит, что невозможен тепловой двигатель, который совершал бы работу только за счет источника теплоты, т.е. без холодильника. Мировой океан мог бы служить для него, практически, неисчерпаемым источником внутренней энергии (Вильгельм Фридрих Оствальд, 1901).

Другие формулировки второго закона термодинамики эквивалентны данной.

Формулировка Клаузиуса (1850): невозможен процесс, при котором тепло самопроизвольно переходило бы от тел менее нагретых к телам более нагретым.

Формулировка Томсона (1851): невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара.

Читать еще:  Форд мондео не заводится дизельный двигатель

Формулировка Клаузиуса (1865): все самопроизвольные процессы в замкнутой неравновесной системе происходят в таком направлении, при котором энтропия системы возрастает; в состоянии теплового равновесия она максимальна и постоянна.

Формулировка Больцмана (1877): замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное. Невозможен самопроизвольный выход системы из положения равновесия. Больцман ввел количественную меру беспорядка в системе, состоящей из многих тел – энтропию.

КПД теплового двигателя с идеальным газом в качестве рабочего тела

Если задана модель рабочего тела в тепловом двигателе (например, идеальный газ), то можно рассчитать изменение термодинамических параметров рабочего тела в ходе расширения и сжатия. Это позволяет вычислить КПД теплового двигателя на основании законов термодинамики.

На рисунке показаны циклы, для которых можно рассчитать КПД, если рабочим телом является идеальный газ и заданы параметры в точках перехода одного термодинамического процесса в другой.

Изобарно-изохорный

Изохорно-адиабатный

Изобарно-адиабатный

Изобарно-изохорно-изотермический

Изобарно-изохорно-линейный

Цикл Карно. КПД идеального теплового двигателя

Наибольшим КПД при заданных температурах нагревателя Tнагр и холодильника Tхол обладает тепловой двигатель, где рабочее тело расширяется и сжимается по циклу Карно (рис. 2), график которого состоит из двух изотерм (2–3 и 4–1) и двух адиабат (3–4 и 1–2).

Теорема Карно доказывает, что КПД такого двигателя не зависит от используемого рабочего тела, поэтому его можно вычислить, используя соотношения термодинамики для идеального газа:

Экологические последствия работы тепловых двигателей

Интенсивное использование тепловых машин на транспорте и в энергетике (тепловые и атомные электростанции) ощутимо влияет на биосферу Земли. Хотя о механизмах влияния жизнедеятельности человека на климат Земли идут научные споры, многие ученые отмечают факторы, благодаря которым может происходить такое влияние:

  1. Парниковый эффект – повышение концентрации углекислого газа (продукт сгорания в нагревателях тепловых машин) в атмосфере. Углекислый газ пропускает видимое и ультрафиолетовое излучение Солнца, но поглощает инфракрасное излучение, идущее в космос от Земли. Это приводит к повышению температуры нижних слоев атмосферы, усилению ураганных ветров и глобальному таянию льдов.
  2. Прямое влияние ядовитых выхлопных газов на живую природу (канцерогены, смог, кислотные дожди от побочных продуктов сгорания).
  3. Разрушение озонового слоя при полетах самолетов и запусках ракет. Озон верхних слоев атмосферы защищает все живое на Земле от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Выход из создающегося экологического кризиса лежит в повышении КПД тепловых двигателей (КПД современных тепловых машин редко превышает 30%); использовании исправных двигателей и нейтрализаторов вредных выхлопных газов; использовании альтернативных источников энергии (солнечные батареи и обогреватели) и альтернативных средств транспорта (велосипеды и др.).

Тактичность

Передвижение поршня внутри цилиндров двигателя называется рабочим циклом. Цикл состоит из фаз газораспределения, которыми можно определить момент открытия и закрытия клапанов. В четырехтактном транспорте полный цикл проходит после поворота коленчатого вала на 720 градусов, двухтактного — за 360.

Чтобы обеспечить валу постоянное усилие во время рабочего хода в цилиндрах двигателя, колена агрегата расположены под определенным углом относительно друг друга. На величину угла влияет количество цилиндров, типа установки и расположение цилиндров.

Как определить порядок работы цилиндров ДВС в зависимости от тактов.

Тактичность двигателя

Работа цилиндров двигателя заключается в следующих этапах:

  1. Впуск — поршень передвигается в нижнюю мертвую точку, при этом через впускной клапан происходит заполнение камеры сгорания топливовоздушной смесью. Выпускной клапан закрыт.
  2. Сжатие — оба клапана закрыты, поршень передвигается в верхнюю мертвую точку, сжимая топливный состав. От сжатия температура в камере значительно возрастает, также увеличивается давление в цилиндре двигателя. Важный параметр, влияющий на экономичность машины — это степень сжатия. Показатель означает соотношение полного наполнения гильз и объем камеры горения. Для автомобилей с большим октановым числом требуется заливать высокооктановое топливо.
  3. Рабочий ход — клапана в закрытом положении, происходит воспламенение смеси от свечи. Под действием давление в цилиндре автомотора при сгорании топлива поршень идет в низ, вращая коленвал. Для эффективной производительности необходимо чтобы горючее полностью сгорела до прихода поршня в НМТ. Это обеспечивается установкой угла опережения зажигания. В современных авто регулировка осуществляется встроенным электронным блоком. Старые модели оборудованы механическим регулятором.
  4. Выпуск — рабочий ход заканчивается выхлопом отработанных газов из цилиндров двигателя. На этом этапе происходит важный процесс — продувка цилиндров автомотора. Продувка цилиндров двигателя обеспечивается одновременным открытием впускного и выпускного клапанов. После перехода поршня в ВМТ начинается такт впуска.
Читать еще:  Датчиком температуры двигателя на brp

Смотри на километры. С каким годовым пробегом можно покупать автомобиль

При выборе подержанного автомобиля покупатели чаще всего смотрят на пробег машины и стараются сопоставить его с возрастом транспортного средства. Если в течение года машина проехала не много километров, то такой результат считается благоприятным для заключения сделки. Между тем не всегда нужно ориентироваться на общее количество километров на одометре. Гораздо важнее место эксплуатации и характер поездок прежнего владельца.

Обман с пробегом

Производители не ставят никаких ограничений на годовой пробег автомобилей. Единственное их условие – это своевременное проведение плановых технических обслуживаний через каждые 15 тысяч километров пробега. Подавляющее большинство водителей проезжают это расстояние в течение года. Машины такси в расчет не берем – они проезжают гораздо больше.

Если в объявлении указывается пробег 25–30 тысяч км при возрасте автомобиля в 5 лет или у 10-летней машины пишется пробег в 85–90 тысяч км, то это повод насторожиться. Возможно, продавцы «подправили» показания одометра и сделали их более привлекательными для покупки. На обман может указывать «утрата» сервисной книжки. Выяснить реальные данные трудно, но можно. Для этого необходимо обратиться в мастерские, где обслуживалась машина, и сделать выписку по всем регламентным работам, осуществлявшимся во время плановых ТО, которые в базах данных обязательно сопоставляются с количеством пройденных километров.

Машина должна ездить

Минимальный пробег по 1–2 тысячи километров в год означает, что транспортное средство большую часть времени простаивало. Любая техника без движения переживает стресс. Масло скапливается в картерах двигателя и коробки, рассыхаются уплотнители, на рабочих поверхностях деталей возникает конденсат, который приводит к образованию очагов коррозии. Без движения снижается ресурс амортизаторов и тормозной системы. Неприятности могут возникнуть с дисками сцепления, с шинами, а также с климатической установкой, которой долгие простои противопоказаны из-за застаивания хладагента. Редкие поездки вредят аккумулятору, который из-за недостатка энергии пребывает в полуразряженном состоянии, что приводит к сульфатизации пластин.

Кроме того, если водитель выезжал на машине только по выходным, это значит, что двигатель и коробка во время запусков испытывали повышенные нагрузки, так как за несколько недель простоя масло успевало стечь в картер, и, чтобы доставить его к трущимся поверхностям, насосу требовалось несколько секунд. В первые мгновения после старта поршень, вал и газораспределительный механизм (ГРМ) работают при дефиците масла, из-за чего растет износ деталей.

Читать еще:  Что находиться в клапане двигателя

В общем, ездить на автомобиле необходимо постоянно, чтобы держать в тонусе все узлы и агрегаты. Поэтому годовой пробег в 20–30 тысяч километров лучше, чем 1–2 тысячи.

Лучше много по трассе, чем мало в городах

В городах водители проезжают за день в среднем по 30–70 километров в дорожных заторах, с частыми остановками и на малых скоростях. Такой режим самый вредный для транспортного средства, и, чтобы получить картину реального износа и определить остаточный ресурс техники, малые пробеги в городах необходимо умножать на 2.

Дело в том, что при поездках в городах учитываются не километры, а моточасы. В среднем производители рассчитывают мотор на работу в течение 5000 моточасов. В целом при обычной езде со скоростью 60 км/ч без заторов, с хорошим охлаждением мотора и без серьезных нагрузок интервал между ТО в 15 тысяч км пробега равен 250 моточасам. Современное синтетическое масло может работать до 300 моточасов. Но частые циклы стартов и торможений вырабатывают моточасы в два раза больше, чем движение по автодорогам с постоянной скоростью. Уже при 7 тысячах километров пробега в городских заторах мотор может выработать 300 моточасов. Как правило, водители не обращают на это внимания и не торопятся с визитом в сервис. В итоге к 15 тысячам км пробега мотор достигает 500–600 моточасов, масло теряет свои свойства, превращаясь в отработку, и всю вторую половину года мотор работает на износ. Такие режимы эксплуатации гораздо опаснее, чем частые поездки по автострадам и загородным шоссе.

Таким образом, лучше покупать автомобили не из больших городов, а те, что часто выезжали за город и курсировали по междугородним трассам.

Распространенные вопросы

Какие машины старше 10 лет признаны самыми надежными?

Если же выделять лучшие автомобили, возраст которых перевалил за десятку, то трудно найти более оптимальный вариант, чем Porsche Cayenne, Audi A3, A4 и Q5, Ford Kuga, BMW Z4, Mercedes-Benz GLK, Mazda 3 и Toyota Avensis.

Однако даже с таким сроком эксплуатации стоят такие авто немалых денег, и если их нет, то имеет смысл присмотреться к более доступным Ford Focus, Hyundai Solaris, Renault Logan и Ладе Калине, которые считаются оптимальными для российских дорог.

Какой подержанный автомобиль не стоит покупать?

Утверждать, что та или иная марка автомобиля является плохой, как минимум некорректно, и при выборе все-таки стоит обращать внимание на совершенно другие нюансы.

И в первую очередь речь идет о состоянии авто, которое должно быть небитым, некрашеным, нестарым, а также иметь небольшой пробег, целую обивку салона и полный пакет документов с одним хозяином, вписанным в ПТС, иначе в дальнейшем могут возникнуть боле серьезные проблемы, чем несоответствие условному рейтингу.

В идеале же, стоит приобретать бывшее в употреблении транспортное средство у хороших знакомых, ведь только тогда можно спрогнозировать, насколько долго оно прослужит, поскольку покупатель будет иметь четкое понимание того, в каком режиме эксплуатировалась эта машина ранее.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector