Особенности бензоэлектрического агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности бензоэлектрического агрегата

Электростанция - установка из ДВС и генератора тока. Бытовые электростанции отличаются от профессиональных мощностью и расходом топлива. Домашние электростанции имеют компактные размеры корпуса в стальной раме. Чаще всего используются в качестве резервного источника питания.

Передвижные электростанции способны генерировать электроэнергию для деятельности в «полевых» условиях. Передвижная электростанция является безопасным и продуктивным устройством генерации энергии, в том числе для сварочных работ в большом объеме. Автономные электростанции часто применяются в качестве аварийного источника питания на объектах повышенного значения контейнерные электростанции - безопасная установка для продолжительной работы в качестве основного источника электроэнергии для небольшого числа потребителей. Электростанции стационарные устанавливаются для выработки тока там, где ЛЭП недоступны.

Бензиновые электростанции отличаются от дизельных несколькими существенными параметрами. Бензиновая электростанция - компактное устройство из бензинового ДВС и генератора тока. Электростанции бензиновые имеют относительно небольшую мощность и время работы до отказа двигателя; бензиновые мини электростанции очень часто приобретаются для загородных домов и дач - работу такого генератора практически не заметно, она не мешает в жилом доме.

При работе двигателя внутреннего сгорания из каждых десяти литров использованного топлива, к сожалению, только около двух идет на полезную работу, а все остальные - на «согревание» окружающей среды. Коэффициент полезного действия ныне выпускаемых двигателей составляет всего около 20%. Но мир пока не придумал более совершенного устройства, которое могло бы долго и надежно работать при более высоком КПД.

Вначале рассмотрим устройство и принцип действия четырёхтактного одноцилиндрового карбюратоного ДВС.

К основным механизмам и системам карбюраторного поршневого двигателя относятся:

кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, система питания, система выпуска отработавших газов, система зажигания, система охлаждения, система смазки. Рассмотрим протекающие в нем процессы, и выясним, откуда берется крутящий момент, который в конечном итоге приходит на ведущие колеса автомобиля.

Основной частью одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 1), является цилиндр с укрепленной на нем съемной головкой. Внутри цилиндра помещен еще один «стакан», также вверх дном, это - поршень. На поршне в специальных канавках находятся поршневые кольца. Именно они скользят по зеркалу внутренней поверхности цилиндра, и они же не дают возможности газам, образующимся в процессе работы двигателя, прорваться вниз. В тоже время кольца препятствуют попаданию вверх масла, которым смазывается внутренняя поверхность цилиндра.

Рис. 1. Одноцилиндровый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания а) «стакан» в «стакане»; б) поперечный разрез

1 - головка цилиндра; 2 - цилиндр; 3 - поршень; 4 - поршневые кольца; 5 - поршневой палец; 6 - шатун; 7 - коленчатый вал; 8 - маховик; 9 - кривошип; 10 - распределительный вал; 11 - кулачок распределительного вала; 12 - рычаг; 13 - клапан; 14 - свеча зажигания

С помощью пальца и шатуна, поршень соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается в подшипниках, установленных в картере двигателя. На конце коленчатого вала крепится массивный маховик.

Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (смесь воздуха с бензином), а через выпускной клапан выходят отработавшие газы. Клапаны открываются при набегании кулачков вращающегося распределительного вала на рычаги. При сбегании же кулачков с рычагов, клапаны надежно закрываются под воздействием мощных пружин. В резьбовое отверстие головки цилиндра ввернута свеча зажигания, которая электрической искрой, проскакивающей между ее электродами, воспламеняет рабочую смесь (это горючая смесь, перемешанная с остатками выхлопных газов).

Возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре переходит во вращательное движение коленчатого вала с помощью шатунно-поршневой группы.

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Ходом поршня называется путь, пройденный от одной «мертвой» точки до другой - S. Объемом камеры сгорания называется объем, расположенный над поршнем, находящимся в ВМТ - Vс.

Рабочим объемом цилиндра называется объем, освобождаемый поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ - Vр.

Рис. 2 Ход поршня и объемы цилиндра двигателя

а) поршень в нижней мертвой точке

б) поршень в верхней мертвой точке. На рисунке 2 показаны некоторые параметры цилиндра и поршня, которые используются для оценки того или иного двигателя (объемы цилиндра и ход поршня).

Полным объемом цилиндра является сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема:

Vп = Vр + Vс.

Рабочий объем двигателя, это сумма рабочих объемов всех цилиндров и измеряется он в литрах. Пока мы с вами рассматриваем только одноцилиндровый двигатель, а вообще двигатели современных легковых автомобилей имеют, как правило - 4, 6, 8 и даже 12 цилиндров. Соответственно, чем больше рабочий объем - тем более мощным будет двигатель. Измеряется мощность в киловаттах или в лошадиных силах (кВт или л.с.). Например, рабочий объем двигателя ВАЗ 2105 - 1,3 литра, его мощность 46,8 кВт (63,7 л.с.). А рабочий объем двигателя ВАЗ 21083 - 1,5 литра и его мощность 51,5 кВт (70 л.с.).

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают.

Рабочий цикл - это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

четырехтактные - в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

двухтактные - в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях отечественного производства применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках - двухтактные.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов: впуск горючей смеси, сжатие рабочей смеси, рабочий ход, выпуск отработавших газов.

Первый такт - впуск горючей смеси (рис. 3а).

Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор (соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения).

Рис. 3. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

двигатель электростанция внутренний сгорание

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается за счёт разряжения, создаваемого в цилиндре под поршнем при его движении в первом такте, до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется - рабочая.

Второй такт - сжатие рабочей смеси (рис. 3,б).

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. При сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 - 10 кг/см2 (бар), а температура 300 - 400 0С.

Степень сжатия показывает во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vп/Vс - см. рис.2). У карбюраторных двигателей в конце такта сжатия, объем над поршнем уменьшается в 8 - 10 раз. В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. А в сумме, от начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт - рабочий ход (рис. 3в).

Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход - давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления, достигающего 40 кг/см2, начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила 2000 кг и более, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент. При такте рабочего хода, температура в цилиндре достигает 2000 градусов и выше.

Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.

Процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени (примерно 0,01 с).

Четвертый такт - выпуск отработавших газов (рис.3г)

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя (без глушителя при этом будет слышен сильный грохот). Коленчатый вал двигателя - при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск - сжатие - рабочий ход - выпуск... и так далее.

Итак, полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта - рабочего хода! Остальные три такта называются подготовительными (выпуск, впуск и сжатие) и совершаются они за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции.

Маховик (рис. 4) - это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода, поршень, через шатун и кривошип, раскручивает коленчатый вал двигателя, который и передает запас инерции (кинетической энергии) маховику. Запасенная в массе маховика кинетическая энергия (инерция) позволяет ему, в обратном порядке, через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. То есть, поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска), именно за счет отдаваемой маховиком энергии. Если же двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик конечно тоже помогает.

В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.

Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру.

Рис. 4. Коленчатый вал двигателя с маховиком

1 - коленчатый вал двигателя; 2 - маховик с зубчатым венцом; 3 - шатунная шейка; 4 - коренная (опорная) шейка; 5 - противовес.

При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора.

Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработанные газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх часть свежей смеси, вытолкнутой из выпускного коллектора засасывается назад в кривошипную камеру.

Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность:

Ni= (2/T) · Li ·n ·10-3 (кВт) = (2/T) ·Pi ·Vц ·n ·10-3 (кВт) (1),

При числе тактов Т=2 при всех прочих одинаковых параметрах индикаторная мощность двухтактного ДВС в два раза выше, чем у 4-х тактного (Т=4).

Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 - 1,8 раза.

Преимущества четырёхтактных двигателей

Больший ресурс; бомльшая экономичность; более чистый выхлоп; не требуется сложная выхлопная система; меньший шум; не требуется добавление масла к топливу.

Преимущества двухтактных двигателей

Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения у двухтактных вариантов; бомльшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма; проще и дешевле в изготовлении; отсутствие блока клапанов и распределительного вала.

Литература

1. Теплотехника - Баскаков А.П. 1991г.

2. Теплотехника - Крутов В.И. 1986г.

3. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция - Тихомиров К.В. 1981г.57.

4. Теплотехнические измерения и приборы - Преображенский В.П.1978г.

Размещено на Allbest.ru