Что такое рабочая точка в двигателях внутреннего сгорания

Расчет коэффициента сопротивления регулировочного крана

Определим коэффициент сопротивления крана , при котором расход жидкости в системе уменьшается на 20 %.

Расход жидкости должен быть равен: 84×10 -3 ×0,8 =67,2×10 -3 м 3 /с.

Решение задачи заключается в вычислении коэффициента сопротивления крана. Затем из приложения 5 можно определить степень его открытия.

Последовательность решения задачи.

1). Определяем необходимый расход жидкости в системе и отмечаем на характеристике насоса новую рабочую точку при расходе = 67,2×10 -3 м 3 /с .

Войдите в Excel Лист 5, исправьте диаграмму по своему варианту. Далее скопируйте её в документ вместо Рис. 18.


Рис. 18. Определение потерь напора в кране.

2. Определяем по графику величину дополнительных потерь напора в кране при его закрытии: hкр= 23м при Q = 67,2×10 -3 .

3). Определяем коэффициент сопротивления крана при его закрытии из формулы Вейсбаха:

xкр.=hкр.×w2 2 ×2g/Q 2 =23×2×9,8×(3,14 2 ×0,18 4 /16)/(67,2×10 -3 ) 2 =26

5). Используя приложение 5, определяем степень открытия n крана, при которой в данной сети будет проходить расход Q2 . Для этого строим график зависимости xкр=f(n). Из Рис.19 следует, что при xкр =26 степень открытия n =0,23

Рис.19. Определение степени открытия крана.

Регулирование подачи

Путем изменения частоты вращения вала насоса

Изменение частоты вращения вала насоса вызывает изменение его характеристики и, следовательно, изменение рабочего режима. Для осуществления регулирования изменением частоты вращения для привода насоса необходимо использовать двигатели с переменным числом оборотов. Такими двигателями являются двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины и электродвигатели постоянного тока. Наиболее распространенные в технике электродвигатели с коротко замкнутым ротором практически не допускают изменения частоты вращения.

Регулирование работы насоса изменением частоты вращения более экономично, чем регулирование с помощью задвижки (крана). Даже применение сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя, связанное с дополнительной потерей мощности, экономичнее, чем регулирование с помощью крана.

Постановка задачи

Исходная рабочая точка насоса (рис.16) характеризуется следующими параметрами :

Q = 84× 10 -3 м 3 /с, H = 52м, h =0,61

Определить:

Обороты вала насоса, при которых его подача уменьшится на 20 %.

Последовательность решения задачи

1). Определяем необходимую подачу насоса:

Q= Q2 =84×10 -3 × 0,8 =67,2×10 -3 м 3 /с.

Поскольку характеристика сети не меняется, получаем на характеристике сети новую рабочую точку насоса. Через эту точку должна пройти характеристика насоса. Координаты новой рабочей точки : Q2 =67,2×10 -3 м 3 /с, H2 =40м, h2=0,72 (напор и к.п.д. можно определить по рис. 16).

2). Строим кривую подобных режимов по уравнению:

H = H2 × Q 2 /Q 2 2 =40× Q 2 / (67,2×10 -3 ) 2

Войдите в Excel Лист2, введите свои исходные данные и скопируйте таблицу и график в документ.


Рис.19. Определение числа оборотов при уменьшении подачи

3. Определяем по графику абсциссу точки пересечения параболы подобных режимов и старой характеристики насоса : Q1 = 79×10 -3 м 3 /с.

4. Определяем расчётное число оборотов вала насоса:

n2 = n1×Q2/Q1= 2950×67/79=2501 об/мин.

Сравнение способов регулирования

1.При регулировании степенью открытия крана (рабочая точка располагается на исходной характеристике насоса):

Q =67×10 -3 м 3 /с, H=65м, h=0,72 .

2. При регулировании оборотами (рабочая точка располагается на исходной характеристике сети):

Q =67×10 -3 м 3 /с, H=40м, h=0,72 .

Определяем мощность приводного двигателя.

· При регулировании степенью открытия крана:

N = 884×9,8×65×67×10 -3 /0,72 = 48кВт

· При регулировании оборотами:

N = 884×9,8×40×72×10 -3 /0,72 = 32кВт

При регулировании оборотами снижение мощности составляет:

DN/N =(48 — 32)/ 48=0,26 = 33%.

ВЫВОДЫ

1. Определена рабочая точка насоса D-320 при его работе в заданную гидравлическую сеть. Её параметры: Q=76×10 -3 м 3 /с, H=59м, h = 0,68.

2. Определен минимальный диаметр всасывающего трубопровода из условия бескавитационной работы. Он равен 160×10 -3 м. Поскольку этот диаметр больше заданного (140мм), диаметр всасывающего трубопровода увеличен до 180мм (ближайший больший по ГОСТу).

3. Определена рабочая точка насоса при условии отсутствия кавитации. Её параметры: Q=84×10 -3 м 3 /с, H=52м, h = 0,61.

4. Определена степень открытия крана, равная 0,23, при которой расход в системе будет равен 0,8Q.

5. Определены обороты двигателя, равные 2501 об/мин., при которых расход в системе будет равен 0,8Q .

6. Сравнение показало, что при регулировании оборотами выигрыш в мощности составляет 33 %.

Понятие рабочей точки (РТ)

Анализ работы любого усилительного устройства удобно начинать с изучения его вольт-амперных характеристик. Основной характеристикой, используемой при таком анализе, является выходная характеристика, представляющая собой зависимость выходного тока от выходного напряжения:

Рис. 3.1. Семейство выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ

На рис. 3.1 приведено семейство выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ. В них в качестве выходного тока выступает ток коллектора (I_К), а в качестве выходного напряжения — напряжение между коллектором и эмиттером (U_<КЭ>). Заметим, что приблизительно так же будут выглядеть и выходные характеристики при включении с ОБ и ОК (рис. 3.12,б), а также выходные характеристики схем с полевыми транзисторами. Разница будет лишь в названиях электродов транзистора, выступающих в качестве выходных.

Очевидно, что при работе усилительного прибора величины входного напряжения и тока не остаются неизменными, а претерпевают некоторые колебания по закону изменения усиливаемого сигнала в определенном, задаваемом внешними цепями, диапазоне значений. При этом в каждый момент времени на семействе выходных характеристик можно указать единственную точку, соответствующую текущему состоянию усилительного прибора.

Если рассмотреть и другие характеристики усилителя (характеристики управления, входные характеристики, характеристики передачи), то окажется, что и на них эта точка всегда однозначно определена, если известны токи и напряжения на входных и выходных электродах.

Читать еще:  Что такое электродвигатель шаговый двигатель

Точка на плоскости выходных (или других) характеристик усилительного прибора, связывающая текущие значения напряжений и токов в нем, называется рабочей точкой. Заметим, что даже при отсутствии входного полезного сигнала усилительный каскад продолжает находиться в некотором вполне конкретном состоянии, которому соответствует некоторая вполне конкретная рабочая точка, ее обычно называют исходной рабочей точкой или рабочей точкой по постоянному току, если речь идет о транзисторном усилителе, предназначенном для усиления малых по амплитуде переменных токов и напряжений.

В дальнейшем все постоянные составляющие токов и напряжений на электродах усилительного прибора будем отмечать дополнительным индексом «0», а их переменные составляющие — дополнительным индексом «

» в соответствии с описанными в разделе 2.3 правилами. Т.е., например, значение коллекторного тока транзистора, соответствующее исходной рабочей точке (рабочей точке по постоянному току), будет обозначаться (I_<К_0>), при этом полный ток коллектора в каждый момент времени будет равен (I_К = I_ <К_0>+ I_<К_>), где в случае гармонического входного воздействия (I_<К_> = I_<К_m>sinleft(right)).

Взаимосвязь изменений выходного тока и напряжения и изменений входного сигнала должна быть не только причинно-следственной, но и по возможности линейной. Только при линейной (пропорциональной) функциональной зависимости возможно неискаженное воспроизведение усиливаемого сигнала на выходе каскада при работе на линейную резистивную нагрузку. Косвенным признаком возможности неискажающей работы усилительного прибора является эквидистантность (равномерная плотность) графиков выходных характеристик, представленных на рис. 3.1. Очевидно, что условие эквидистантности выполняется лишь в ограниченной области значений токов и напряжений. Область выходных характеристик усилительного прибора, где указанное условие выполняется с приемлемой для практики точностью, называется усилительной областью (областью линейного усиления). На выходных характеристиках биполярных транзисторов (рис. 3.1) эта область ограничивается с одной стороны так называемой линией насыщения (переход за эту линию означает переход транзистора в режим насыщения), а с другой — линией отсечки (переход в режим отсечки). При выходе рабочей точки транзистора за указанные пределы не только нарушается пропорциональная зависимость изменений выходного сигнала от изменений входного сигнала, но вообще прекращается управляющее воздействие входного сигнала на выходной ток и напряжение, т.е. транзистор полностью теряет усилительную функцию. Считается, что транзистор работает в усилительном режиме (класс усиления А), если в процессе усиления рабочая точка не соприкасается с линиями насыщения и отсечки.

Напряжения и токи, а также внешние по отношению к усилительному прибору электрические цепи, обеспечивающие заданное положение рабочей точки по постоянному току, называются соответственно напряжениями, токами и цепями смещения. Напряжения и токи смещения также часто называют начальными.

Какая рабочая температура должна быть в двигателе?

Главным фактором правильной эксплуатации любого автомобиля, является контроль температуры двигателя. Во избежание поломок ДВС, ведущих за собой дорогостоящий ремонт, стоит уделять внимание температуре силовой установки, и знать все нюансы, связанные с ней.

В данной статье подробно описано, какая рабочая температура у двигателя, что следует делать при повышенной температуре. Как проверить и как посмотреть температуру двигателя, при какой температуре двигателя следует принимать соответствующие меры, и многое другое, обеспечивающее работу мотора в правильном режиме!

Цель слежения за температурой

В каждом двигателе внутреннего сгорания находятся поршни, при направлении поршня в нижнюю мертвую точку затрачивается очень много энергии, которая, в свою очередь, отдает большое количество тепла, имеющее высокую температуру. Как все знают, двигатель состоит из металлического материала, а металл считается очень чувствительным к температуре, материалом.

При высоких температурах металл имеет свойство расширения, что влечет за собой деформацию участков, для которых необходимо иметь точные размеры, обеспечивающие идеальную работу мотора. В каждом автомобиле находится специальная система охлаждения двигателя, обеспечивающая оптимальную температуру для работы, избегая деформации необходимых частей.

Как проверить температуру двигателя

Как узнать температуру двигателя? Температура бензинового двигателя определяется по датчику, который находится на панели приборов. На датчике находится шкала с отметками, обозначающими значение градусов, а также цветовая шкала, показывающая степень нагрева — чем ближе к красному, тем температура выше.

Если имеются неполадки в его работе, лучше сразу обратиться к специалистам, потому как проверить и отремонтировать у них устройство получится быстрее и качественнее.

Если проверенный ранее датчик температуры по какой-то причине перестал функционировать, то можно воспользоваться специальным тестером, имеющим датчик температуры. Такой инструмент легко найти в магазине электротоваров.

Для определения температуры двигателя тестером, необходимо прикрепить датчик тестера силиконом к датчику, установленному на двигателе, и подождать несколько минут, дисплей тестера выявит и покажет температуру. Так и происходит измерение температуры двигателя.

А как проверить температуру тосола? Для определения температуры охлаждающей жидкости, датчик тестера прикрепляем к шлангу системы охлаждения, также используя силикон.

Рабочая температура

Рабочая температура двигателя зависит от охлаждающей системы. Целью системы является — обеспечение благотворных условий работы двигателя, и их поддерживания. Во время сгорания топливной смеси достигается температура ближе к 2000 градусов.

Система охлаждения максимально снижает данный показатель, поддерживая температуру в районе 80 — 90 градусов. Такая температура и является оптимально рабочей.

Чем опасна высокая температура

Повышенная температура в двигателе приводит к кипению и испарению тосола. После выхода жидкости из системы, температура резко вырастает, что приводит к перегреву и деформации двигателя, детали ДВС начинают расширяться и изменяться. В конечном итоге происходит заклинивание двигателя, что чревато выходом его из строя. В таком случае двигатель сложно оживить и стоить это будет дорого.

Допустимая температура в автомобиле зависит от свойств охлаждающей жидкости. При заливании воды, предельная температура 100 градусов. Тосол выдерживает в районе 110 — 140 градусов по Цельсию, следовательно, эксплуатация разрешена не более чем при 110 градусах.

Читать еще:  Mail что такое контрактный двигатель

Как восстановить нормальную температуру ДВС

Как же восстанавливается рабочая температура двигателя? В первую очередь, при высокой температуре стоит проверить количество тосола в системе, если же ее там мало или нет совсем, необходимо залить. При отсутствии бачка для охлаждающей жидкости, ее стоит заливать в радиатор.

При заливке напрямую в радиатор, необходимо соблюдать осторожность, во избежание ожогов тела, из-за попадания горячей жидкости. Следующим шагом стоит проверить систему на наличие протечек. Не станет лишним и проверка радиатора. Если произошел сильный перегрев двигателя, то необходимо провести его диагностику.

Для соблюдения постоянной температуры, стоит контролировать уровень жидкости в бачке, вовремя ее доливая, а также проверять датчик температуры на исправность.

При какой температуре стоит начать движение

Рабочая температура двигателя составляет 80 −90 градусов зимой. При положительной температуре окружающей среды, можно начинать движение при температуре 70 — 80 градусов. Так как летом двигатель не подвергается внешнему охлаждению, его работоспособность увеличивается, и поэтому до начала движения не стоит его прогревать до высоких температур.

Нормальная температура двигателя зимой

Оптимальная температура двигателя в зимнее время должна достигать 80 — 90 градусов, что обеспечит нормальную работоспособность механизмам. При какой температуре замерзает вода в моторе? Обычно это случается при температуре ниже −3 градусов. Прогревать автомобиль стоит не более семи минут на высоких оборотах, и не более пяти минут на низких.

Прогрев ДВС

Процесс прогрева двигателя очень прост и не требует потери времени. После запуска двигателя, ему необходимо работать на холостом ходу около пяти — семи минут, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет +40 — +50 градусов. Время прогрева зависит от уличной температуры.

В большинстве случаев этого вполне достаточно для нормальной работы двигателя. При очень низких температурах прогрев ДВС осуществляют с помощью специальных приборов, которые сначала прогреют картер, для согрева масла, а затем уже заводят мотор, держа его на высоких оборотах.

Утепление двигателя

Для ускоренного прогрева двигателя в зимнее время и для поддержания оптимальной температуры стоит его утеплить. Существует несколько способ утепления:

  • Авто одеяло — представляет собой покрывало, с наполнением из специальной ваты, используемой в огнеупорных щитах и в утеплении газо- и нефтепровода. Такое одеяло можно купить, или при наличии материала, сделать самим. Польза одеяла заключается в том, что его состав выдерживает высокую температуру и обладает маленькой теплопроводностью.
  • Электропрогреватель — считается продвинутым вариантом прогрева. Минус такого способа заключается в том, что для его использования требуется питание в 220 вольт, что заставляет владельца, держать авто рядом с розеткой. Также для электропрогрева требуется 20-30 минут, чтобы полностью прогреть двигатель.
  • Автономный прогреватель — самый лучший способ прогрева перед запуском, но и самый дорогой. Такой прогреватель представляет собой систему запуска двигателя, когда он остыл, и отключать его, при достижении определенной температуры. Как правило, автономный прогреватель настраивается по времени, или по определенной температуре.

Замерзание двигателя

Если в системе охлаждения отсутствует тосол или антифриз, но вместо них используется вода, это не страшно, если вовремя поддерживать уровень. Но не страшно это только в теплое время года. Зимой, вода, вместо антифриза может навредить двигателю максимально серьезно.

Вода может замерзнуть при температуре ноль градусов, что при любом похолодании плохо скажется не только на системе охлаждения, но и на самом двигателе.

Максимально, двигатель останется целым, с залитой водой, при температуре −3 градуса. При наличии воды в радиаторе и системе охлаждения, при очень низкой температуре, присутствует шанс раскола двигателя, восстановление которого, в данном случае считается нереальным.

цикл аткинсона

Главная Как это работает Двигатель Бензиновый двигатель Основные виды моторов Цикл Аткинсона: как это работает
Цикл Аткинсона: как это работает
3246
26
Цикл Аткинсона: как это работаетВ автомобильном строении легковых автомобилей уже более века стандартно используются двигатели внутреннего сгорания. У них есть некоторые минусы, над которыми годами бьются ученые и конструкторы. В результате этих исследований получаются довольно интересные и странные «движки». Об одном из них и пойдет речь в этой статье.

История создания цикла Аткинсона
Принцип работы цикла Аткинсона
Отличие от традиционных двигателей
Преимущества и недостатки цикла Аткинсона
Применение цикла Аткинсона в автомобилестроении
История создания цикла Аткинсона

История создания мотора с циклом Аткинсона корнями уходит в далекую историю. Начнем с того, что первый классический четырехтактный двигатель был изобретен немцем Николаусом Отто в 1876. Цикл такого мотора довольно прост: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Всего через 10 лет после изобретения двигателя Отто, англичанин Джеймс Аткинсон предложил модифицировать немецкий мотор. По сути, двигатель остается четырехтактным. Но Аткинсон немного изменил продолжительность двух из них: первые 2 такта короче, остальные 2 длиннее. Сэр Джеймс реализовал эту схему, с помощью изменения длинны ходов поршней. Но в 1887 году такая модификация двигателя Отто не нашла применения. Несмотря на то, что производительность мотора увеличилась на 10%, сложность механизма не позволяла массово применять цикл Аткинсона для автомобилей.

Но инженеры продолжали работать над циклом сэра Джеймса. Американец Ральф Миллер в 1947 немного усовершенствовал цикл Аткинсона, упростив его. Это позволило применять двигатель в автомобилестроении. Казалось бы, правильнее называть цикл Аткинсона циклом Миллера. Но инженерное сообщество оставило за Аткинсоном право называть мотор по его имени по принципу первооткрывателя. К тому же, с применением новых технологий стало возможным применять более сложный Аткинсоновский цикл, поэтому от цикла Миллера со временем отказались. Например, в новых Тойотах стоит мотор Аткинсона, а не Миллера.

Читать еще:  Учебники по работе двигателя

В наше время двигатель, работающий по принципу цикла Аткинсона, ставят на гибриды. Особенно преуспели в этом японцы, которые всегда заботятся об экологичности своих авто. Гибридные Prius от Toyota активно заполняют мировой рынок.Цикл Аткинсона: как это работает

Принцип работы цикла Аткинсона
Как говорилось ранее, цикл Аткинсона повторяет те же такты, что и цикл Отто. Но при использовании одинаковых принципов, Аткинсон создал совершенно новый двигатель.

Мотор сконструирован так, что поршень совершает все четыре такта за один поворот коленвала. Кроме того, такты имеют разную длину: ходы поршня во время сжатия и расширения короче, чем во время впуска и выпуска. То есть, в цикле Отто впускной клапан закрывается почти сразу. В цикле Аткинсона этот клапан закрывается на половине пути к верхней мертвой точке. В обычном ДВС в этот момент уже происходит сжатие.

Двигатель модифицирован особым коленвалом, в котором смещены точки крепления. Благодаря этому, степень сжатия мотора возросла, а потери на трении минимизировались.

Отличие от традиционных двигателей
Напомним, что цикл Аткинсона является четырехтактным (впуск, сжатие, расширение, выброс). Обычный четырехтактный двигатель работает по циклу Отто. Вкратце, напомним его работу. В начале рабочего хода в цилиндре поршень идет вверх, до верхней рабочей точки. Смесь из топлива и воздуха сгорает, газ расширяется, давление на максимуме. Под влиянием этого газа поршень едет вниз, приходит в нижнюю мертвую точку. Рабочий ход окончен, открывается выпускной клапан, через который выходит отработанный газ. В этом месте происходят потери выпуска, т.к. отработанный газ все же имеет остаточное давление, использовать которое невозможно.

Аткинсон уменьшил потерю выпуска. В его двигателе объем камеры сгорания меньше при прежнем рабочем объеме. Это значит, что степень сжатия выше, а ход поршня больше. К тому же, длительность такта сжатия по сравнению с рабочим ходом уменьшается, двигатель работает по циклу с увеличенной степенью расширения (степень сжатия ниже степени расширения). Эти условия позволили уменьшить потерю выпуска, используя энергию отработанных газов.

Цикл Аткинсона: как это работаетВернемся к циклу Отто. При всасывании рабочей смеси дроссельная заслонка закрыта и создает сопротивление на впуске. Происходит это при неполном нажатии на педаль газа. Из-за закрытой заслонки двигатель тратит энергию впустую, создавая насосные потери.

Аткинсон поработал и с тактом впуска. Продлив его, сэр Джеймс добился уменьшения насосных потерь. Для этого поршень доходит до нижней мертвой точки, затем поднимается, оставляя впускной клапан открытым примерно до половины поршневого хода. Часть топливной смеси возвращается во впускной коллектор. В нем повышается давление, что дает возможность приоткрывать дроссельную заслонку на малых и средних оборотах.

Но в серию аткинсоновский мотор не выпускали по причине перебоев в работе. Дело в том, что, в отличие от ДВС, мотор работает только на повышенных оборотах. На холостом ходу он может заглохнуть. Но эта проблема решилась в производстве гибридов. На малых скоростях такие машины едут на электоротяге, а на бензиновый движок переходят только в случае разгона или при нагрузках. Подобная модель как убирает недостатки двигателя Аткинсона, так и подчеркивает его достоинства перед другими ДВС.

Преимущества и недостатки цикла Аткинсона
Двигатель Аткинсона имеет несколько преимуществ, выделяющих его перед остальными ДВС: 1. Снижение топливных потерь. Как говорилось ранее, благодаря изменению длительности тактов, стало возможным сохранять топливо, используя отработанные газы и снижая насосные потери. 2. Маленькая вероятность детонационного сгорания. Степень сжатия топлива уменьшается с 10 до 8. Это позволяет не повышать обороты мотора переключением на пониженную передачу в связи с увеличением нагрузки. Так же вероятность детонационного сгорания меньше из-за выхода тепла из камеры сгорания во впускной коллектор. 3. Маленький расход бензина. В новых гибридных моделях расход бензина равен 4 литра на 100 км. 4. Экономичность, экологичность, высокий КПД. Цикл Аткинсона: как это работает

Но у двигателя Аткинсона есть один существенный недостаток, который не позволял применять его в массовом производстве машин. Из-за невысоких показателей мощности, на маленьких оборотах двигатель может заглохнуть. Поэтому двигатель Аткинсона очень хорошо прижился на гибридах.

Применение цикла Аткинсона в автомобилестроении
Цикл Аткинсона: как это работаетКстати, о машинах, на которые ставят аткинсоновские двигатели. В массовом выпуске эта модификация ДВС появилась не так давно. Как было сказано ранее, первыми пользователями цикла Аткинсона были японские фирмы Mazda и Toyota. Одна из самых известных машин – MazdaXedos 9/Eunos800, которая выпускалась в 1993-2002 годы.

Затем, ДВС Аткинсона взяли на вооружение производители гибридных моделей. Одной из самых известных компаний, использующих этот мотор, является Toyota, выпускающая Prius, Camry, Highlander Hybrid и Harrier Hybrid. Такие же двигатели используются в Lexus RX400h, GS 450h и LS600h, а «Форд» и «Ниссан» разработали Escape Hybrid и Altima Hybrid. Цикл Аткинсона: как это работает

Стоит сказать, что в автомобилестроении наблюдается мода на экологию. Поэтому гибриды, работающие на цикле Аткинсона, полностью удовлетворяют потребностям клиентов и экологическим нормам. К тому же прогресс не стоит на месте, новые модификации аткинсоновского мотора улучшают его плюсы и уничтожают минусы. Поэтому с уверенностью можно сказать, что двигатель на основе цикла Аткинсона имеет продуктивное будущее и надежду на долгое существование.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector