Механические действия в двигателе внутреннего сгорания

1.

Механические
действия в двигателе
внутреннего сгорания.
В этой презентации мы рассмотрим основные физические
принципы, лежащие в основе этого процесса. Рассмотрим
термодинамические циклы и компоненты ДВС.

2.

Основной принцип работы
ДВС
Двигатель внутреннего сгорания преобразует топливно-воздушную смесь в механическую работу. Это
происходит за счет термодинамических процессов. При сгорании топлива выделяется энергия которая приводит
поршни и вращает коленчатый вал. Это называется крутящим моментом
Преобразование
Механическая
энергии
работа
Химическая энергия топлива преобразуется в
тепловую. Тепловая энергия преобразуется в
механическую.
Перемещение поршней приводит к вращению
коленчатого вала. Вращение передается на
трансмиссию. А из трансмиссии на диски, а диски на
резину (колеса)

3.

Термодинамические
циклы: Отто и Дизель
ДВС работают на основе термодинамических циклов. Наиболее
распространены циклы Отто (бензиновые двигатели) и Дизеля
(дизельные двигатели). Они отличаются процессами
воспламенения и сжатия.
Цикл Отто
Четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Воспламенение от искры.
Цикл Дизеля
Сжатие воздуха до высокой температуры.
Самовоспламенение топлива.

4.

Механические
компоненты и их
взаимодействие
Ключевые компоненты: поршень, шатун, коленчатый вал. Они
преобразуют возвратно-поступательное движение во
вращательное. Газораспределительный механизм управляет
клапанами. С помощью клапанов происходит вход смеси и
выход газов.
Поршень
Шатун
Коленвал
Возвратно-
Соединяет
Передает
поступательное
поршень и
крутящий момент.
движение.
коленвал.

5.

Основные формулы
теории ДВС
Формула расчета мощности двигателя: P = Mкр х N/К
где Р — мощность, Mкр — крутящий момент, N — обороты
мотора, а К — это постоянный коэффициент. Для расчёта
мощности в лошадиных силах К=7025, а в киловаттах — 9555
Удельный
эффективн
ый расход
топлива
Эффективна
я мощность
(на валу)

6.

Современные
технологии
ДВС
Турбонаддув
Гибридный Двигатель
это система повышения мощности и
это комбинация двигателя внутреннего
эффективности двигателя внутреннего
сгорания (ДВС) и электрической системы
сгорания (ДВС) за счёт увеличения подачи
(электродвигатель + аккумулятор),
воздуха в цилиндры. Она использует
которые совместно обеспечивают
энергию выхлопных газов для
движение транспортного средства. Цель
принудительного нагнетания воздуха, что
гибридной технологии — повысить
позволяет сжигать больше топлива и
эффективность использования топлива,
улучшать характеристики двигателя без
снизить выбросы и расширить
увеличения его рабочего объёма
функциональность автомобиля

7.

Как работает водородный двигатель и
какие у него перспективы
На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым
водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть
мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом.
В первую поступает водород, а во вторую — кислород из
воздухозаборника.
Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора
(чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает
терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это
время через мембрану к катоду проходят протоны —
положительно заряженные частицы. Они соединяются с
электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.
По сути, это — тот же электромобиль, только с другим
аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз
больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода
заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

8.

Плюсы и минусы
водородного двигателя
Плюсы водородного двигателя
Минусы водородного двигателя
Экологичность при использовании. Водородный
транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид
углерода;
Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
он составляет около 35%, а у водородного — от 45%.
Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг
водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном
ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
Бесшумная работа двигателя;
Более быстрая заправка — особенно в сравнении с
электрокарами;
Сокращение зависимости от углеводородов.
Водородным двигателям не нужна нефть, запасы
которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в
нескольких странах. Это позволяет нефтяным
государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно
для развитых экономик.
Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1, а
эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат
платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры
безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные
системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны
специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного
топлива получают из ископаемых. Кроме того, при создании топлива
используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды.
Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз,
из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой
температурой это повышает риск самовоспламенения.
Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели
и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон
автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019
года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила
ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После
этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

9.

Заключение
Кратко подведём итоги:
● для государства производство водорода убыточно и
экономически, и энергетически;
● водородная энергетика всё равно требует наличия
ископаемого топлива или традиционных источников энергии;
● водород — очень проблемное вещество с точки зрения
безопасности, хранения и транспортировки;
● при массовом производстве и использовании водорода
неизбежны выбросы в атмосферу и другие вредные факторы.