Курсовая работа Физико-химический подход к увеличению коэфициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Физико-химический подход к увеличению коэфициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Выполнил: ученик 8 Д кл
Хасенханов А.М.
Руководитель: Антощук Л. Г

Караганда - 2011Содержание

Введение................................................................................................................3
1. Принципы работы двигателя внутреннего сгорания5
2.Химический подход к увеличению мощности ДВС......................................9
2.1. Топливо и его химические реакции при сгорании10
2.2.Что такое октановое число? Как влияет октановое число бензина на качество работы двигателя......12
2.3. Оксид азота – N2O......15
3. Дополнительные детали для увеличения мощности двигателя с физической точки зрения..15
Заключение............................................................................................................26
Список использованной литературы..28

Введение
Двигатель внутреннего сгорания, его создание изменило наш мир. Появились машины, самолеты и другие средства передвижения. Если не было бы ДВС, то сейчас мы ездили бы на повозках или на чем-то другом. Одно ясно, если не было бы ДВС, мир был бы другим.
Проект первого двигателя внутреннего сгорания ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]) принадлежит известному изобретателю часового анкера [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и предложен ещё в XVII веке. Интересно, что в качестве топлива предполагалось использовать порох, а сама идея была подсказана артиллерийским орудием. Все попытки [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (создатель первой паровой машины) построить машину на таком принципе, успехом не увенчались. Первый надёжно работавший ДВС сконструировал в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] французский инженер Эжен Ленуар. Двигатель Ленуара работал на газовом топливе. Спустя 16 лет немецкий конструктор Николас Отто создал более совершенный 4-тактный газовый двигатель. В этом же [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] шотландский инженер Дугальд Кларк испытал первый удачный 2-тактный двигатель. Совершенствованием ДВС занимались многие инженеры и механики. Так, в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] немецкий инженер [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] изготовил использованный им в дальнейшем 2-тактный [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. В [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] его соотечественник и тоже инженер [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, названный впоследствии [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
В [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ДВС стал основным двигателем в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] транспорте. В 70-х годах почти 80 % суммарной мощности всех существовавших ДВС приходилось на транспортные машины (автомобили, трактора и пр.). Параллельно шло совершенствование гидротурбин, применявшихся на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Их мощность в 70-х годах XX века превысила 600 МВт. В первой половине [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] создали новые типы первичных двигателей: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], а в 50-х и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Процесс совершенствования и изобретения первичных двигателей продолжается.
Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п.
Целью моей курсовой работы является анализ работы ДВС и влияние химических и физических факторов его мощность.
Отсюда вытекают следующие задачи:
Изучение принципов работы ДВС.
Химические факторы и их влияние на его мощность ДВС.
Физические факторы и их влияние на его мощность ДВС.
Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

1. Принципы работы двигателя внутреннего сгорания
Дви
·гатель вну
·треннего сгора
·ния (сокращённо ДВС) это тип [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], в которой [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], преобразуется в механическую [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Несмотря на то, что ДВС относятся к относительно несовершенному типу [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и т.д.), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), ДВС очень широко распространены, например, на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Рассмотрим основные виды двигателей.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] камерой сгорания является [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движе-ния [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] превращается во вращатель-ную с помощью [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
ДВС классифицируют:
а) По назначению - делятся на транспортные, стационарные и специальные.
б) По роду применяемого топлива - легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо).
в) По способу образования горючей смеси - внешнее (карбюратор) и внутреннее у дизельного ДВС.
г) По способу воспламенения: либо искра, либо сжатие.
д) По числу и расположению цилиндров разделяют рядные, горизонтальные, вертикальные, V-образные, оппозитные.
Бензиновые двигатели. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] готовится в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и далее во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае – её [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Также, существует способ смесеобразования путем непосредственного впрыска бензина в цилиндр при помощи распыляющих [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]). [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - в этом случае - образуется уже непосредственно в цилиндре.
Циклы работы поршневых ДВС
Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. В двигателе рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме:
1. В процессе впуска поршень перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), а освобождающееся надпоршневое пространство цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом. Из-за разности давлений во впускном коллекторе и внутри цилиндра двигателя при открытии впускного клапана смесь поступает (всасывается) в цилиндр в момент времени, называемый углом открытия впускного клапана
·.
Воздушно-топливная смесь и продукты сгорания (всегда остающиеся в объеме пространства сжатия от предыдущего цикла), смешиваясь между собой, образуют рабочую смесь. Тщательно приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому ее подготовке уделяется большое внимание во всех типах поршневых двигателей.
Количество воздушно-топливной смеси, поступающее в цилиндр за один рабочий цикл, называется свежим зарядом, а продукты сгорания, остающиеся в цилиндре к моменту поступления в него свежего заряда остаточными газами.
Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его весовую долю в рабочей смеси.
Схема работы четырехтактного двигателя, ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ])
1. впуск 2. сжатие 3. рабочий ход 4. выпуск
2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь
от н.м.т. к в.м.т. и уменьшая объем надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело). Сжатие рабочего тела ускоряет процесс сгорания и этим предопределяет возможную полноту использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива в цилиндре.
Двигатели внутреннего сгорания строятся с возможно большей степенью сжатия, которая в случаях принудительного зажигания смеси достигает значения 1012, а при использовании принципа самовоспламенения топлива выбирается в пределах 1422.
3. В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает.
В рассматриваемой схеме рабочая смесь в нужный момент вблизи в.м.т. поджигается от постороннего источника с помощью электрической искры высокого напряжения (порядка 15 кв). Для подачи искры в цилиндр служит свеча зажигания, которая ввертывается в головку цилиндра.
Для двигателей с воспламенением топлива от тепла, выделяющегося от предварительно сжатого воздуха, запальная свеча не нужна. Такие двигатели снабжаются специальной форсункой, через которую в нужный момент в цилиндр впрыскивается топливо под давлением в 100 ч 300 кГ/смІ (
· 1030 Мн/мІ) и более.
4. В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и проворачивает его.
5. В процессе выпуска поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через второй открывающийся к этому времени клапан, выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объеме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.
Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгорания, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счет энергии маховика, которую он накапливает в процессе рабочего хода.
В многоцилиндровых двигателях вспомогательные ходы каждого из цилиндров выполняются за счет работы других (соседних) цилиндров. Поэтому эти двигатели в принципе могут работать без маховика.
Для удобства изучения рабочий цикл различных двигателей расчленяют на процессы или, наоборот, группируют процессы рабочего цикла с учетом положения поршня относительно мертвых точек в цилиндре. Это позволяет все процессы в поршневых двигателях рассматривать в зависимости от перемещения поршня, что более удобно.
Часть рабочего цикла, осуществляемая в интервале перемещения поршня между двумя смежными мертвыми точками, называется тактом.
Такту, а следовательно, и соответствующему ходу поршня присваивается название процесса, который является основным при данном перемещении поршня между двумя его мертвыми точками (положениями).
В двигателе каждому такту (ходу поршня) соответствуют, например, вполне определенные основные для них процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Поэтому в таких двигателях различают такты: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Каждое из этих четырех названий соответственно присваивается ходам поршня.
В любых поршневых двигателях внутреннего сгорания рабочий цикл складывается из рассмотренных выше пяти процессов по разобранной выше схеме за четыре хода поршня или всего за два хода поршня. В соответствии с этим поршневые двигатели подразделяют на двух- и четырехтактные.
Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС
Недостатком ДВС является то, что он производит высокую [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Лишь в отдельных случаях (например, в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.
Также ДВС нужны [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (для подачи топливной смеси) и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (для отвода выхлопных газов).
2.Химический подход к увеличению мощности ДВС
2.1. Топливо и его химические реакции при сгорании
В ДВС очень большое значение имеет топливо и его химические реакции при сгорании.
В ДВС тепловая энергия, необходимая для совершения механической работы, получается в результате химических реакций между вводимым в цилиндр топливом и кислородом воздуха. Время протекания реакции – сотые и тысячные доли секунды. Длительность процесса подготовки смеси топлива с воздухом к химической реакции зависит от типа смесеобразования и тактности двигателя.
Требования к топливу:
1) обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя независимо от температуры окружающей среды;
2) осуществление процесса сгорания так, чтобы не образовывался нагар и не откладывался кокс на поверхностях камеры сгорания;
3) отсутствие чрезмерных износов и коррозии зеркала цилиндра, поршневых колец и поршня;
4) протекание сгорания так, чтобы в процессе повышения Р и t не происходило чрезмерное увеличение силовых нагрузок и тепловых напряжений в основных деталях двигателя;
5) обеспечение условий полного и своевременного сгорания и безвредности продуктов сгорания.
Эти же требования относятся и к ДВС, так как их конструкция и регулировка может привести у тому, что при хорошем топливе возникнут все указанные недостатки.
Энергетический состав топлива
Энергетический состав топлива – массовое или объемное содержание отдельных элементов в топливе. Элементарный состав жидкого топлива принято выражать в единицах массы.
Для одного килограмма жидкого топлива, состоящего из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (От) при отсутствии серы можно написать
С + Н + От = 1 кг.
Химические реакции при сгорании топлива (полном)
Предполагается, что в результате реакции С, Н, с О воздуха образуется СО2 и Н2О
С + О2 = СО2 и 2Н2 + О2 = 2Н2О.
При расчете исходных и конечных продуктов реакции в массовых единицах получим:
12 КГ /С/ = 32 КГ /О2/ = 44 КГ /2Н2О/;
4 КГ / Н2/ + 32 КГ / О2/ = 32 КГ /Н2О/.
Соответственно
(1)   Скг /С/ + 8/3Скг /О2/ = 11/3Скг /СО2/
и для Нкг /Н2/
(2)   Нкг /Н2/ + 8Нкг /О2/ = 9Нкг /Н2О/.
Наименьшее количество кислорода О0, которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления, называется теоретически необходимым количеством кислорода. Из уравнений (1) и (2) следует, что для полного сгорания 1 кг топлива необходимо кислорода
О0 = 8/3С + 8Н – От кг.
Кислород содержится в воздухе, где его 23% по массе, а по объему 21%, воздуха необходимо
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] кг
или
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] к/моль.
Теоретически необходимое количество воздуха может быть найдено через характеристику топлива [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ].
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] к/моль.
Кажущаяся молекулярная масса воздуха [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ], следовательно
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] кг.
В ДВС количество действительно потребляемого воздуха может быть меньше, больше или равно [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ], что оценивается [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
При стехиометрической смеси [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]; если [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]<1, смесь богатая, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]>1, смесь бедная. В бензиновых ДВС при полной открытой дроссельной заслонке небольшая экономичность достигается при [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]= 1,1-1,3. Максимальная мощность достигается при [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]= 0,85-0,9.

Рис. 1 – карбюраторный двигатель, 2 – дизель
В дизелях, в которых применяется качественное регулирование, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] от 5 при малых нагрузках до [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]= 1,4-1,25 при полной нагрузке.
2.2.Что такое октановое число? Как влияет октановое число бензина на качество работы двигателя
На сегодняшний день основная часть современных автомобилей имеют 4-тактные моторы, т.е. работают по принципу впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск. Второй такт, т. е. сжатие, это работа поршня, который сжимает воздух с топливом в камере сгорания, пока свеча не даст возгорание. То, до какого состояния сжимается воздух с топливом (степень сжатия) в автомобильном мире называют коэффициентом сжатия мотора. У 4-тактного бензинового мотора коэффициент сжатия может составлять 8:1.
Что, же такое октановое число? Октановое число - это показатель [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Октановое число характеризует то, насколько топливо может сжаться до того, как само воспламенится. Октановое число бензина - это явный показатель качества бензина. Т. е., чем выше октановое число бензина, тем качественней бензин, а значит тем выше его стоимость. А вы сами понимаете, что качество бензина, это все равно, что качество [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] - чем лучше закрепишь, тем дальше поедешь.
То есть высокое октановое число бензина может обеспечить возгорание топлива не при помощи искры от свечи зажигания, а при помощи сильного сжатия топлива с воздухом. Во время большого сжатия бензина и воздуха происходит детонация. Именно она может привести к повреждениям в моторе, октановое число этот момент предотвращает. Своего рода октановое число бензина – это характеристика бензина к устойчивости на детонацию.
Как правило, октановое число может быть от 0 до 100 единиц. «0» означает, что детонационная стойкость н-гептана, число «100», то, что детонационная стойкость изооктана. Короче то, что чем выше октановое число бензина, тем более он устойчив к детонации, все понятно. Но как увеличить октановое число бензина? Ведь качественное топливо - это в первую очередь мощность двигателя и его бесперебойная работа.
Еще в начале прошлого века октановое число бензина увеличивали за счет добавления TEL - тетраэтилсвинца. То есть при использовании дешевого бензина благодаря TEL можно было увеличить мощность двигателя. Но такой бензин имеет слишком токсичные выхлопы, потому сегодня данный метод не применяют в производстве бензина, из-за чего мы видим большую стоимость на бензин с высоким октановым числом. Топливо с TEL используется только для самолетов, да и то, сегодня ведутся разработки получения высококачественного топлива без свинцовой добавки.
Октановое число бензина имеет влияние на работу ДВС мощностью 300 и больше л.с. Мощность может повыситься на 10-15 л.с. На маломощных ДВС октановое число не имеет значения в плане мощности . Мощность какой была, такой и останется.
Тип топлива. Марка потребляемого бензина или дизельного топлива (ДТ). В современных автомобилях возможно использование любых марок, но при снижении октанового числа падают ресурсная прочность и мощность, а при повышении сверх нормы повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер. Расход масла. Измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель 1л/1000км для исправной машины.
2.3. Оксид азота – N2O
NОS, он же нитрос, он же оксид азота - это бесцветный газ, молекула которого состоит из двух атомов азота и одного атома кислорода и где доля кислорода значительно больше, чем в воздухе. Это позволяет смеси гореть с выделением большего количества тепла, иными словами, быстрее и "жарче". Процесс этот, в свою очередь, увеличивает давление в цилиндре, и как результат - повышается мощность.
Устанавливаются баллончики с нитросом в основном стритрейсерами. Попадание такого нестандартного топлива, как смесь оксида азота, в камеру сгорания двигателя приводит к моментальной прибавке мощности в 100 л.с. и выше. Однако с повышением мощности, разумеется, значительно увеличивается и износ двигателя, который, выдержав несколько гонок, вскоре будет требовать капитального ремонта.

3. Дополнительные детали для увеличения мощности двигателя с физической точки зрения
Турбонаддув один из методов агрегатного [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], основанный на утилизации энергии отработавших [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Основной элемент системы [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], иногда турбонагнетатель ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Turbocharger).
Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.
Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], г/(кВт·ч)), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.
Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Поэтому, конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Находит применение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], в зависимости от режима работы двигателя.
Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает 7000 л.с. (двигатели Бурмайстер и Вайн).
Турбокомпрессоры. Плюсы: просты, недороги, обладают высоким КПДМинусы: турбояма из-за большой инертности. Чтобы устранить её проявление иногда применяют малую турбину небольшого размера с малой инертностью, которая работает на малых оборотах, затем вступает в работу большая турбина. Второй способ борьбы с ямой - компрессоры с изменяемой геометрией, обеспечивающие работу турбины на оптимальных оборотах. Особенности: чем больше обороты коленвала, тем сильнее раскручивается турбина, тем больше давление создаёт компрессор, поэтому рост давления ограничивают перепускным клапаном.
Приводные нагнетатели: Плюсы: производительность наддува прямо пропорциональна частоте Вращения коленвала минусы: малый КПД, шумная работа, сильный нагрев, большие размеры, отбор дополнительной мощности от двигателя, что проявляется в увеличении расхода топлива.
Будущее за гибридами: на малых оборотах работает приводной нагнетатель, затем отключается и в работу вступает турбина, вращающая лопатки компрессора.
Наддув увеличение количества свежего заряда [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], подаваемой в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], за счёт повышения давления при [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Наддув обычно применяют с целью повышения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (на 20-45%) без увеличения массы и габаритов двигателя, а также для компенсации падения мощности в условиях [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Наддув с «качественным регулированием» может применяться для снижения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Агрегатный наддув осуществляется с помощью [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] или комбинировано. Наибольшее распространение получил [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], для привода которого используется [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] отработавших газов.
Компрессор (от [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Compressio сжатие) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] для сжатия и подачи [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] под [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], паров [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и т. д.). Компрессорный агрегат Corcen для перекачки паровой фазы [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Компрессорная установка совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и т. д.).
Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа, приведённого к [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. При этом различают производительность по входу и по выходу. Эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом. При большой разнице у, скажем, поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом.
Компоновка системы воздухоснабжения. Под системой воздухоснабжения понимается совокупность компрессорного оборудования, машин и технических устройств, предназначенных для выработки сжатого воздуха и доставки его потребителям. Сжатый воздух как энергоноситель или компонент технологического процесса используется во многих отраслях промышленности. На его получение приходится до 20% всех энергетических затрат на промышленных предприятиях. А это значит, что воздух – не такая дешевая вещь, как кажется. В состав системы воздухоснабжения входят: - компрессорная станция (КС) или отдельный компрессор; - трубопроводы, обеспечивающее коммуникационную связь с потребителем; - вспомогательные системы (осушки и очистки); - система распределения у потребителя. На КС имеются устройства для забора воздуха, очистки его от пыли, компрессоры и приводные двигатели, теплообменники, системы маслоснабжения и вспомогательное оборудование для дополнительной обработки воздуха (очистка, осушка, изменение давления, аккумуляция).
Нагнетатель  [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] для предварительного сжатия воздуха или смеси воздуха с [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], поступающих в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. В итоге из-за более высокой суммарной калорийности поступающей в цилиндры топливо-воздушной смеси, повышается [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] двигателя.
Нагнетатель впервые был установлен на автомобиль немецким инженером [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в 1885 году. В 1902 году [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] запатентовал свою конструкцию нагнетателя. Нагнетатели нашли широкое применение в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] двигателях внутреннего сгорания для ситуаций, где требуется повышенная[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в гоночных автомобильных и авиационных двигателях.
Суперчарджер (компрессор Рутса) механический нагнетатель, который имеет привод от коленчатого вала через ремень. В этом состоит их главное отличие от турбонагнетателя, который использует энергию выхлопных газов. С помощью механического нагнетателя можно получить прибавку в мощности до 50 %, несмотря на то, что некое количество лошадиных сил идёт на сам привод нагнетателя. Преимущество суперчарджеров перед турбонаддувом в том, что они начинают работать при холостых оборотах, а турбина начинает нагнетать воздух после того как поднимется давление выхлопных газов.
Впуск. Выбор наилучшей конструкции впускного трубопровода и формы каналов, подводящих смесь к цилиндрам, является трудной задачей. Она усложняется тем, что иногда приходится удовлетворять самые противоречивые требования, решение которых возможно только опытным путем. Однако форсировка серийного двигателя за счет изменения системы или схемы питания для улучшения наполнения является наиболее доступной спортсменам областью работы. Основными требованиями к впускному трубопроводу являются:
а) длина впускного клапана от карбюратора до поршня для каждого цилиндра должна быть одинаковой и по возможности короткой или специально подобранной для использования инерции входящего потока Длина тракта измеряется от н. м. т. поршня в цилиндре до открытого конца карбюратора;
б) форма трубопровода: диаметр, изгибы, углы и внутренняя поверхность каналов должны оказывать наименьшее сопротивление потоку смеси, обеспечивать одинаковое качество по составу и равное распределение смеси по цилиндрам, т. е. исключающее местное обеднение или обогащение; в) перемены в направлении движения горючей смеси и встречные токи должны быть минимальными, чтобы не вызывать инерционных потерь и отсасывания смеси от клапанов;
г) пульсация потока, вызываемая насосным действием поршней, должна быть по возможности с равномерными интервалами. Полезно, чтобы начало очередного всасывания было в момент инерционного подпора;
д) температура смеси в отдельных отводах трубопровода должна быть одинаковой.
Впускные трубопроводы могут быть с пологими и с прямоугольными изгибами. Пологие изгибы создают меньшие сопротивления течению потока, но на поворотах вызывают смещение неиспарившихся частиц топлива в смеси к крайним цилиндрам, что приводит к обеднению смеси в ближе расположенных цилиндрах. Кроме того, при пологих изгибах нераспыленная часть топлива может подтекать в ближайшие каналы, что также может вызывать неравномерное питание. Прямоугольные повороты в трубопроводах с карманами устраняют эти явления, но создают большие сопротивления течению смеси. Поэтому конструкция трубопровода по большей части является результатом компромиссного решения. Последнее время у некоторых двигателей, в целях увеличения наполнения цилиндров, стали применяться насадки, удлиняющие смесительную трубу (наиболее простое средство изменения длины) для создания перед карбюратором инерционного подпора за счет сформированного потока воздуха. Сечение впускных трубопроводов может быть круглым или квадратным. Квадратное сечение применяется для увеличения поверхности испарения осаждающегося топлива, а также для уменьшения склонности потока смеси к завихрениям по спирали (при длинном трубопроводе). Внутренние поверхности трубопровода и впускного капала блока должны быть гладкими, желательно полированными. Диаметр впускного трубопровода выбирается в зависимости от диаметра цилиндров и скорости поршня с таким расчетом, чтобы скорость потока горючей смеси, при работе двигателя на полном дросселе, при максимальной мощности, не превышала 50 м/сек. Чтобы увеличить плотность заряда, воздух, подводимый к впускным патрубкам карбюраторов, должен быть достаточно холодным.
Выпуск. Конструкция выпускного трубопровода, влияя на степень очистки цилиндров от отработавших газов, также оказывается связанной с наполнением цилиндров горючей смесью. Конструкция выпускного трубопровода должна отвечать следующим требованиям:
а) скорость отработавших газов в выпускной трубе не должна быть выше 3035 м/сек, для чего диаметр трубы делают равным 0,50,6 диаметра цилиндра или 1,5 сечения впускного трубопровода
б) выходящие отработавшие газы одного цилиндра не должны создавать противодавления для газа другого (соседнего) по работе цилиндра, что может иметь место у многоцилиндровых двигателей, имеющих такты большой продолжительности.
Наиболее приемлемым для многооборотных двигателей скоростных автомобилей является выпускной трубопровод с отдельными трубами для каждого цилиндра. При этом желательно, чтобы непосредственно у блока цилиндров трубы имели прямое направление и изгибались для соединения в общую трубу на некотором отдалении от блока. Расположение выпускного трубопровода на двигателе должно исключать возможность подогрева стенки блока. Свой вклад в уменьшение сопротивления на впуске-выпуске, а значит, и в улучшение газообмена, вносят специальные воздушные фильтры и глушители. Хорошо зарекомендовали себя комбинированные (поролон+бумажный элемент+тканевая шторка) фильтры K&N и поролоновые со специальной пропиткой - Twin Air. Последние хороши еще и тем, что помимо снижения сопротивления обладают большей степенью фильтрации, в результате чего увеличивается срок службы мотора. Да и срок службы такого фильтра больше, чем бумажного: засорился - снял, промыл бензином, заново полил маслом - и вперед! К сожалению, улучшение газообмена приводит к повышению нагрузок на двигатель, как механических, так и тепловых. Снизить последние можно улучшением теплообмена. Самый простой способ - использование более густого масла - может помочь лишь в том случае, если мотор прошел не самую глубокую доработку или если его работа в предельных режимах будет крайне редка. В прочих же случаях приходится заменять радиаторы (масляный и водяной) на узлы с большей теплорассеивающей способностью.
Выхлопная система
Следующий способ - установка спортивной выхлопной системы, а именно прямоточного глушителя, который выполнен из обычной либо нержавеющей стали (во втором случае глушитель, безусловно, служить будет дольше). Если внутри обычного глушителя находятся угольные перегородки, то спортивный изготовлен с применением перфорированных алюминиевых трубок в сочетании со специальным материалом, который несёт на себе шумоизолирующую нагрузку. Иными словами, чтобы не слишком гремело, а лишь издавало приятный спортивный звук низкого тона. Эффективно работать такие глушители начинают, как правило, после 2,5-3 тыс. оборотов и дают прибавку мощности от 3 до 6 л.с. Для достижения большего эффекта, спортивная выхлопная система устанавливается в совокупности с фильтром, что на различных моторах прибавляет порядка 15 л.с. Спортивные фильтры, так же как и глушители, разрабатываются солидными тюнинговыми компаниями специально под конкретный автомобиль и конкретный мотор. Существуют в продаже и универсальные детали. Однако если Вам необходим больший эффект и меньшие затраты, лучше заказывать детали под родной движок.
Выпускная система и воздушный фильтр.
Чем проще осуществляется поток газов, тем быстрее раскручивается двигатель и на тем более высоких оборотах мотор может держать нагрузки. Прямоточный глушитель плюс воздушный фильтр, не ограничивающий доступ воздуха, вполне могут поднять мощность мотора на 12 л.с.
Имеются два варианта выпускных систем. Первая предполагает глушитель диаметром 2.5", но если вы планируете и другие изменения в ДВС, лучше выбрать диаметр 3" (Remus либо Powerful).
Многие автовладельцы меняют стандартный воздушный фильтр на спортивный. Здесь нужно быть особенно осторожным и внимательным. Горячий воздух, который впускается из двигательного отсека новоприобретенного фильтра, может не дать требуемого эффекта и даже снизить мощность двигателя. Если вы решили-таки пойти на замену, постарайтесь установить дополнительное оборудование, которое обеспечивало бы охлаждение впускаемого воздуха.
Патрубки выпускной системы плюс катализатор.
Кроме глушителя есть смысл заменить и патрубки выпускной системы и катализатор (конечно, если в этом есть необходимость). Если мотор с турбонаддувом, лучше заменить катализатор и патрубки с резонатором. Это позволит поддерживать более высокий уровень температур и быстрее раскручиваться турбине. Как минимум, мощность двигателя после такой замены увеличится на 12-15 л.с.
Twin Turbo и BiTurbo
Мы говорим «Turbo» - подразумеваем мощь и скорость, а также ураганную динамику в в придачу. Турбина накачивает воздух во впускной коллектор, мы подбираем необходимое количество топлива, уменьшаем степень сжатия... Вуаля, вы обладатель мотора, в полтора-два раза более мощного, чем простой «атмосферник» с сопоставимым объемом! Причем в отличие от компрессоров с механическим приводом, которые, как ни крути, но, кроме прибавления, еще и отбирают часть мощности от двигателя, турбокомпрессор приводится во вращение выхлопными газами, поэтому лошадиные силы берутся в буквальном смысле «из воздуха» Однако здесь и зарыт основной недостаток турбины - инерционность. Для увеличения мощности необходимо больше воздуха, а его можно получить, только раскрутив турбину посильнее, для чего требуется достаточный напор выхлопных газов. Бремя для раскрутки турбины напрямую зависит от ее размеров и веса турбинного и насосного колес. Вспомните маховик: больше вес -сложнее раскрутить, но выше стабильность, алегкость означает быструю реакцию, но с небольшой отдачей. Между этими крайностямии разрываются конструкторы турбомоторов: либо маленькая турбина с быстрым откликом, но небольшой эффективностью, либо крупная турбина, но с неизбежной «турбоямой». А ведь для высоких оборотов маленькая турбина -что спрей от огня против большого пожара: давление высокое, а вот подаваемого воздуха- мало. В таком случае надо использовать «пожарный гидрант» - пусть давление воздуха невысоко, но его количество достаточно.
Желание решить вышеперечисленные проблемы и привело к появлению системы турбонаддува Twin Turbo: выпускной коллектор мотора имеет два выходных отверстия для двух турбин, разных по величине. Между ними - клапан управления потоком выхлопных газов. При небольших оборотах он направляет выхлоп на маленькую турбину, которая быстро раскручивается и качает воздух чуть ли не с холостых оборотов мотора. А когда требуется больше мощности - нажмите акселератор посильнее, и клапан направит поток выхлопных газов на большую турбину, которая и обеспечит стабильную работу до самой отсечки. Такую конструкцию в 1990-х годах использовала Nissan в модели Skyline GT-R на моторе RB26DETT,а сначала2000-х она применялась в OpelVectraV6OPC (там две турбины в некоторых режимах могли даже работать вместе). По схожему пути пошел и VW с мотором 1.4 TSI, вот только вместо маленькой турбины был установлен механический компрессор. Шильдик BiTurbo также подразумевает наличие двух турбин, но от Twin Turbo эта схема отличается тем, что турбины одинаковы по размеру, а выхлопной коллектор мотора разделен на две независимые части. Такая конструкция применяется в основном на моторах с большим объемом - ведь надо, чтобы они и тянули с «низов» (требуется маленькая турбина), и не скисали на «верхах» (требуется большая турбина). Если же мы разделили мотор, то каждая турбина теперь должна обслуживать только свою часть, с объемом в два раза меньшим. Примеры -Audi V62.7BiTurbo, BMW (335) 3.0 Bi-Turbo. В этих машинах каждой турбине отводилось уже не шесть цилиндров, а всего три с объемом 1,3-1,5 л. Аналогичным образом построен и мотор Mercedes V12 Bi-Turbo -на каждую турбину приходится шесть цилиндров вместо 12, а в 16-цилиндровом моторе Вugatti W16 четыре турбины, и каждая работает со своей «четверкой» цилиндров.

Заключение
Двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества. Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Одной из важных характеристик ДВС является мощность. Целью моей курсовой работы был анализ работы и установление степени влияния химических и физических факторов на мощность ДВС.
В курсовой работе были изучены принципы работы ДВС, проведен анализ влияния физико-химических факторов на его мощность.
На мощность ДВС влияет немало факторов. Для работы ДВС очень большое значение имеет вид топлива и его химические реакции при сгорании. Большое влияние на работу ДВС имеет октановое число бензина. Увеличение октанового числа топлива приводит к увеличению мощности. Кроме того, использование смеси оксида азота в камере сгорания двигателя приводит к моментальной прибавке мощности в 100 л.с. и выше. С физической стороны влияние на мощность двигателя оказывает установка дополнительных устройств таких как турбонаддув, наддув, компрессоры, нагнетатели и др.
Если учесть хотя бы что-то из выше перечисленных деталей, можно эффективно увеличить мощность ДВС.

Абстракт
Фамилия: Хасенханов
Имя: Алимхан
Руководитель: Антощук Л. Г.
Тема: Физико-химический подход к увеличению мощности ДВС.
Цель: анализ работы ДВС и влияние химических и физических факторов на его мощность.
Задачи:
1. Изучение принципов работы ДВС.
2. Химические факторы и их влияние на его мощность ДВС.
3. Физические факторы и их влияние на его мощность ДВС.
Ожидаемый результат: Установление влияния физико-химических факторов на мощность ДВС. Узнав степень влияния физико-химических факторов, мы сможем воздействовать на них с целью увеличения мощности ДВС.

Abstract
Surname: Khasenkhanov
Name: Alimkhan
The head: Antoshuk L. G.
Theme: The Physical and chemical approach to increase in capacity engine.
Purpose: the analysis of work engine and influence of chemical and physicalfactors on its capacity Problems:

· 1. Studying of principles of work engine.

· 2. Chemical factors and their influence on its capacity engine.

· 3. Physical factors and their influence on its capacity engine.
Expected result: Having learnt degree of influence of physical and chemical factors, we can influence them for the purpose of increase in capacity engine.

Список использованной литературы
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
www.Wikipedia .org
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

13PAGE 15

13PAGE 14315