Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое замкнутый цикл двигателя

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

На автомобилях устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу их действия положено свойство газов расширяться при нагревании.

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Принцип работы ДВС (для просмотра нажмите на кнопку иллюстрации)
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). Подробнее в статье как устроен двигатель внутреннего сгорания.

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 о С.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте ‘впуск’ в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта ‘сжатие’ воздух нагревается до 600 о С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900 о С.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700 о С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Более подробно про работу дизеля в статье Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3
Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

Читать еще:  Что является навесным оборудованием двигателя

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Идеализированная термодинамика цикла Стирлинга
  • 2 Варианты движения поршня
  • 3 Вариации громкости
  • 4 График зависимости давления от объема
  • 5 Движение частиц / массы
  • 6 Падение давления в теплообменнике
  • 7 Давление в зависимости от угла поворота коленчатого вала
  • 8 Температура в зависимости от угла поворота коленчатого вала
  • 9 Суммарное тепло и рабочая энергия
  • 10 См. Также
  • 11 Источники
  • 12 Внешние ссылки

Сравнение с другими схемами

В отличие от двигателей открытой схемы, в двигателе замкнутой схемы генераторный газ после срабатывания на турбине не выбрасывается в окружающую среду, а подаётся в камеру сгорания, участвуя таким образом в создании тяги и повышая эффективность двигателя (удельный импульс).

В двигателе закрытой схемы расход рабочего тела через турбину ТНА существенно выше, чем в двигателе открытой схемы, что делает возможным достижение более высоких давлений в камере сгорания. При этом размеры камеры сгорания уменьшаются, а степень расширения сопла увеличивается, что делает его более эффективным при работе в атмосфере.

Недостатком этой схемы являются тяжёлые условия работы турбины, более сложная система трубопроводов из-за необходимости транспортировки горячего генераторного газа к основной камере сгорания, что имеет большое влияние на общую конструкцию двигателя и усложняет управление его работой.

Замкнутая схема с полной газификацией компонентов [ | ]

Замкнутая схема с полной газификацией компонентов топлива представляет собой разновидность замкнутой схемы, в которой осуществляется газификация всего топлива в двух газогенераторах: в одном небольшая часть горючего сжигается с почти полным расходом окислителя, а в другом — почти полный расход горючего сжигается с оставшейся частью окислителя. Получившиеся генераторные газы используются для привода турбонасосных агрегатов (ТНА).

Большой расход рабочего тела через турбины турбонасосов позволяет получать очень высокие давления в камере сгорания двигателя. При использовании данной схемы турбины могут иметь ме́ньшую рабочую температуру, так как через них проходит бо́льшая масса, что должно привести к более продолжительному функционированию двигателя и его бо́льшей надёжности. Наличие двух газогенераторов позволяет устанавливать топливные и окислительные насосы отдельно друг от друга, что снижает пожароопасность.

Полная газификация компонентов приводит также к более быстрым химическим реакциям сгорания в основной камере, что увеличивает удельный импульс ЖРД данной схемы на 10—20 сек — по сравнению с двигателями других схем. Например, двигатели РД-270 и РД-0244 (маршевый двигатель ДУ 3Д37 [en] БРПЛ Р-29РМ) имеют близкое давление в камере сгорания (26,1/27,5 МПа), но за счет газификации компонентов топлива достигается увеличение эффективности до 7—8 % (302/325 сек).

Сдерживающими факторами развития двигателей этого типа является их бо́льшая стоимость по сравнению с ЖРД других схем, а также допустимые температуры, при которых могут находиться химические компоненты до их сжигания в камере сгорания.

Проекты двигателей с полной газификацией [ | ]

В СССР данная схема работы двигателя с полной газификацией компонентов была реализована в ЖРД РД-270 для окислительного и топливного независимых контуров в 1969 году.

Компания SpaceX разрабатывает и проводит испытания двигателя Раптор, который использует метан и кислород.

Принципы экономики замкнутого цикла

Концепция экономики замкнутого цикла основана на трех принципах:

  1. Сохранение и улучшение природных богатств;
  2. Оптимизация использования ресурсов;
  3. Увеличение эффективности экономической системы.

Экономика замкнутого цикла

Сохранение и улучшение природных богатств

Повышение эффективности использования запасов природных ресурсов.

Использование возобновляемых источников энергии.

Восстановление окружающей среды.

Информатизация и виртуализация услуг.

Оптимизация использования ресурсов

Вовлечение отходов во вторичное использование.

Переработка всего, что можно переработать, в сырьё для производства.

Разделение отходов биологического и технологического цикла.

Безотходность органического производства.

Развитие моделей совместного потребления.

Продление жизненного цикла продуктов и товаров за счет техобслуживания, модернизации или ремонта.

Переработка изделий для повторного или вторичного использования.

Развитие моделей арендного использования.

Увеличение эффективности экономической системы

Устранение негативных внешних эффектов от производственных процессов.

Снижение антропогенного воздействия на окружающую среду.

Снижение ресурсоёмкости производств.

Оптимизация затрат на производственные процессы.

Снижение себестоимости за счет ограничения количества используемых ресурсов.

Оптимизация технологических циклов.

Снижение уровня загрязнения почвы, воды и т.д.

Экономика замкнутого цикла при реализации данных принципов обеспечивает значительные выгоды:

  1. Экономический рост – появление новых отраслей переработки, снижение себестоимости производств, увеличение располагаемого дохода на уровне домохозяйства, рост прибыли на уровне отдельных предприятий и повышение ВВП.
  2. Создание новых рабочих мест – за счет появления новых отраслей, увеличения реальных располагаемых доходов и формирования моделей экономичного поведения.
  3. Внедрение инноваций – формирование кластера для создания новых инновационных предприятий, ориентированных на работу в условиях экономики замкнутого цикла, производство энергоэффективных материалов, товаров и продуктов, рост производительности труда.
  4. Сокращение вредного воздействия на окружающую среду – снижение выбросов углекислого газа, сохранение экосистем, плодородных почв, компостирование органических отходов, синтез процессов распада, предотвращение деградации почв.

Что означает циркулярная экономика и ее характеристики

Циркулярная (циклическая) экономика — явление, при котором потребление и производство происходят по замкнутому циклу с 3 условиями:

  • ресурсы используются максимально;
  • не накапливаются отходы;
  • нет негативного влияния на природу.

Противопоставляется классической линейной экономике, действующей по принципу «создать, использовать, уничтожить отходы» (от англ. «take, make, dispose»).

Концепция затрагивает одновременно 2 направления науки — экономику и экологию. Предполагается, что альтернативные методы производства компенсируют отрицательное воздействие на окружающую среду.

Понятие впервые появилось в 60-х гг. прошлого века в тексте экономиста из США Кеннета Боулдинга. В 70-х гг. об этом заговорили в Европе, предлагая циркулярную модель вместо индустриальной зависимости от сырья.

Экономику замкнутого цикла характеризуют следующие принципы:

  • природные ресурсы циркулируют по двум непересекающимся направлениям — биологическому и техническому;
  • безотходность органического производства (нетоксичные отходы возвращаются в природную среду, где компостируются и превращаются в расходный материал для сельского хозяйства, фермерства);
  • срок эксплуатации технических изделий увеличивается за счет техобслуживания, модернизации, повторного использования или ремонта;
  • снижается себестоимость производства из-за необходимости управлять ограниченным количеством ресурсов и контролировать их потоки;
  • при изменении внешних условий тактика циклической системы меняется, применяются другие бизнес-модели.

Уникальные свойства стали.

Замкнутый круг поставок как фактор циркулярной экономики предполагает обратную логистику. Продукция возвращается на вторичное производство после потребления.

Производитель обеспечивает восстановление или разбор на составляющие для повторного использования. Таким образом, сырье и энергия не растрачиваются, переработанные материалы не наносят вреда экологии, а готовая продукция стоит меньше.

Какие задачи преследует циркулярная система:

  • оптимизировать хозяйствующие субъекты, найти рациональные методы применения ресурсов;
  • обеспечить устойчивый цикл производства продукции, чтобы эффективно использовать имеющиеся мощности;
  • поддерживать темпы экономического роста;
  • развивать другие ветви экономики (восполнение природных запасов, объем ВВП, наполнение рынка труда).

Основой перехода к циркулярной экономике называют Четвертую промышленную революцию (индустрию 4.0). С распространением в мире роботизации, цифровых данных, интернета, искусственного интеллекта меняются все стороны жизни человека.

По мнению немецкого экономиста Клауса Шваба, президента ВЭФ в Давосе, развитие экономики ускорится, но станет более предсказуемым. Из-за массового внедрения информационных технологий повысится осознанность потребления, сырье и энергия будут использоваться рационально, уменьшится техногенное воздействие на экологию.

Экономическая правда

Э кономика замкнутого цикла (или циркулярная) приходит на смену традиционной линейной концепции экономики. В линейной модели продукты производят, используют и утилизируют (take-make-dispose). А циркулярный подход основан на принципе 3-R:

— Reduce: сокращают использование ресурсов и отдают приоритет возобновляемым материалам

— Reuse: максимально эффективно используют продукты

— Recycle: восстанавливают побочные продукты и отходы для дальнейшего использования в экономике

Путь к циркулярной экономике уже начали многие страны мира. Так, в Европейском Союзе принят План действий по циркулярной экономике.

А в рамках Соглашения об ассоциации между Украиной и ЕС наша страна взяла обязательства по гармонизации национального законодательства с европейским.

Это способствовало тому, что в 2017 году была принята Национальная стратегия управления отходами, которая предусматривает, в частности, внедрение принципов циркулярной экономики.

В циркулярной модели использованные материалы и отходы снова становятся сырьем для экономики. Это решает проблемы дефицита природных ресурсов, высоких цен на сырье и снижает зависимость от импортируемых материалов.

Последний пункт стал особенно актуальным в эпоху карантина и закрытых границ. Традиционные цепочки поставок оказались под угрозой и для многих бизнесов это стало серьезным испытанием или даже причиной остановки.

Стратегии циркулярной экономики могут помочь избежать негативного влияния изоляции, так как в рамках этой концепции цепочки поставок и каналы сбыта зачастую географически ближе к месту производства.

Преимущества циркулярной модели

На практике переход к циркулярной экономике длительный и трудоемкий процесс. По данным отчета The Circularity Gap , который ежегодно презентуют на Всемирном экономическом форуме в Давосе, всего 9% материалов в мировой экономике используется повторно.

Однако, многие бизнесы уже включились в трансформацию экономической модели. Так, из первой сотни списка Fortune Global 44% компаний выбрали стратегию циркулярной экономики.

Хозяйствование по-новому, или Как климатический кризис меняет экономику

Лидерами в этом являются сектор FMCG, а также автопром, в то время как нефтяная индустрия, финансовые услуги и здравоохранение пока не так широко практикуют замкнутый цикл.

При переходе к циркулярной модели экономики сокращаются расходы на сырье, появляются новые рынки сбыта, улучшается диалог с покупателями, повышается их лояльность, разрабатываются новые продукты, создается конкурентная бизнес-модель, улучшается репутация бренда, компания готовится к вызовам, которые принесут ей тенденции будущего.

7 ключевых инструментов циркулярной экономики

Компании воплощают общие принципы циркулярной экономики с помощью различных стратегий и инструментов.

1. Дизайн будущего – это создание продуктов, в которых традиционные материалы можно заменить возобновляемыми или переработанными.

Это оптимизирует использование ресурсов и уменьшает количество отходов в производственном процессе. Например, компания Adidas разработала беговые кроссовки из 100% переработанных материалов. В производстве используют один вид материала и не применяют клей.

Таким образом после использования обувь можно переработать для производства новой пары. А компания General Electric использует 3D печать при изготовлении запчастей, чтоб экономить количество материала.

2. Совместное пользование и виртуализация – уже привычные для многих бизнес-модели. Uber, BlaBlaCar, Airbnb, музыкальные стриминговые сервисы используют такой подход. Из украинских примеров бренд Oh My Look!, который трансформируется из сервиса аренды платьев в предложение виртуального гардероба по подписке.

Подобные сервисы успешно работают во многих странах мира. Среди примеров: американский Rent the Runway (его даже называют Netflix-ом платьев) и китайский YCloset .

3. Стратегия «товар как услуга» стремится заменить традиционные модели продажи товара продажей услуг. Классический пример здесь – концерн Rolls Royce, который предложил рынку подобный подход почти 60 лет назад.

С услугой «Power-by-the-Hour» компания предлагает клиентам из авиа индустрии вместо того, чтоб покупать авиационные двигатели – оплачивать их использование на основе фиксированной ставки за 1 час работы. За счет сервисного подхода на 25% увеличивается жизненный цикл двигателя.

Еще один пример – успешный запуск подписки на автомобили компанией Volvo. Клиент может выбрать модель через сайт и оформить подписку с фиксированным ежемесячным платежом. Такая модель является альтернативой лизингу или покупке авто.

4. Повторное использование в производстве , когда бывшие в употреблении продукты или компоненты становятся частью новых товаров. Так, компания Canon принимает обратно продукцию в конце жизненного цикла и использует компоненты в новых устройствах, без снижения функциональных характеристик материалов.

Такой же подход воплощает и корпорация Dell, используя б/у продукты для производства запчастей. А группа Michelin ежегодно возвращает в производственный процесс 17 млн тонн использованных автомобильных шин. Благодаря R&D разработкам они вновь становятся ценным материалом.

5. Повторное использование в потреблении , когда с помощью оптимизации обслуживания компании могут увеличить жизненный цикл продукта. Например, маркетплейс eBay предлагает восстановленные после повреждений или брака, но полностью функциональные девайсы, на специальном сайте по сниженным ценам.

Стратегия повторного использования также предлагает продавать и покупать бывшие в употреблении продукты. В Швеции работает целый супермаркет Retuna, ассортимент которого, от мебели до книг, состоит из секонд-хэнд вещей. А многие киевляне знают о проекте «Кураж базар», который популяризирует повторное использование.

6. Индустриальный симбиоз и переработка отходов производства могут значительно повысить эффективность бизнеса.

Первым примером симбиоза в концепции циркулярной экономики считают проект в городе Калундборг, Дания. Там компаний-участниц объединил принцип взаимодействия, когда отходы производства одного бизнеса становятся ресурсом для другого. И при этом сокращаются экономические затраты и выбросы СО2.

В состав консорциума входят крупнейшая нефтеперерабатывающая компания Дании, которая принадлежит энергетическому гиганту Equinor, фармацевтическая компания Novo Nordisk, муниципальная компания по водо- и теплоснабжению жителям города, оператор по управлению отходами и другие участники.

В Украине также встречаются примеры эффективного использования ресурсов в производственном процессе. Так, компания «Мироновский хлебопробукт» строит биогазовые комплексы для переработки отходов птицефабрик и получения энергии.

Концерн «Оболонь» реализует агрокомпаниям побочные продукты пивного производства, которые становятся кормом для животных. А в сети супермаркетов «Сильпо» устанавливают специальные баки рекуперации тепла от холодильного оборудования для обеспечения потребности в горячем водоснабжении.

7. Привычный термин «переработка» также является стратегией циркулярной экономики . После окончания жизненного цикла продукта материалы перерабатывают безопасным способом.

Например, производитель спортивной обуви Nike почти 30 лет назад запустил инициативу Nike Grind. Старые кроссовки, собранные по всему миру, использовали как материал для изготовления покрытия для спортивных площадок. С момента запуска около 28 млн пар обуви были переработаны в поверхности для спортплощадок.

В Украине тема переработки стоит на повестке дня многих производителей в контексте принятия в первом чтении закона 2207-1д «Об управлении отходами». Закон является важным шагом на пути к функционированию систем расширенной ответственности производителей (РОП).

Механизм РОП позволит стимулировать развитие отрасли переработки в стране. Как и во всем мире, в Украине актуальна проблема переработки пластика и частный бизнес включается в ее решение. Так, например, бренд «Моршинская» обновил дизайн упаковки, уменьшив количество используемого пластика на 15%.

Фирма PwC разработала решение для компаний, производящих продукты в упаковке, по контролю показателей использования пластика. Интерактивные дашборды интегрируют внутренние и внешние данные для оценки стратегических KPI по снижению использования пластика.

В начале пути трансформации

С чего же начать путь к циркулярности в масштабах компании без значительных инвестиций на старте? Задайте себе такие вопросы.

Начните практическую трансформацию бизнеса со следующих инициатив:

  • Анализ функций продукта и того, что действительно ценят клиенты. Часто материалы можно заменить на возобновляемые без потери качества.
  • Логистика может работать в двустороннем режиме. Ценные материалы можно вернуть обратно в производство после того, как клиенты используют продукт.
  • Совместная с другими компаниями работа над инновациями может стать взаимовыгодной.
  • Поиск рынков вторичного использования. Новые рынки за пределами традиционного сектора деятельности могут существенно увеличить базу клиентов компании и обеспечить рост прибыли.
  • Постоянное общение с клиентами о продукте и меняющихся потребностях. Циркулярная экономика построена на непрерывной связи с потребителем и поиске новых возможностей.

Помните, что сегодня мир меняется, как никогда быстро. Успешная в условиях линейной экономики компания может оказаться аутсайдером в циркулярной парадигме завтра. Когда изменения на пороге, важно не упустить момент адаптироваться к новым условиям и в числе первых использовать возможности для роста, которые дает экономика замкнутого цикла. Э

то требует нового подхода к разработке стратегии, запуска процесса трансформации и построения эффективной системы менеджмента и отчетности.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector