Versión de la Universidad de Pekín sobre los principios del motor de automóvil
Explicación de símbolos
Parte 1: Conceptos básicos de la ingeniería térmica
Capítulo 1 La primera ley de la termodinámica
1.1 Conceptos básicos de la ingeniería termodinámica
1.1.1 Fluido de trabajo y sistema térmico
1.1.2 Estado y parámetros de estado
1.1.3 Diagrama de coordenadas de parámetros de estado
1.1.4 Procesos y ciclos termodinámicos
1.1.5 Trabajo y calor
1.2 La primera ley de la termodinámica
1.2.1 Expresión de la primera ley de la termodinámica
1.2.2 Ecuación energética de un sistema cerrado
1.2.3 Ecuación energética de flujo estable de un sistema abierto
1.3 Propiedades térmicas de los gases ideales
1.3.1 Gases reales y gases ideales
1.3.2 Ecuación de estado de los gases ideales
1.3.3 Capacidad calorífica específica, energía termodinámica y entalpía de los gases ideales
1.3.4 Entropía de los gases ideales
1.3.5 Gases mixtos ideales
1.3.6 Aire húmedo
1.4 Proceso térmico del gas ideal
1.4.1 Proceso polimórfico y proceso térmico básico
1.4.2 Proceso polimórfico
1.4.3 Cuatro procesos termodinámicos básicos
1.4.4 p-z, diagrama y T-s del proceso polimórfico Figura
Preguntas para pensar
Ejercicios
Capítulo 2 La segunda ley de la termodinámica
2.1 Motor térmico Ciclo
2.1.1 Condiciones y límites de los procesos termodinámicos
2.1.2 Ciclo del motor térmico
2.1.3 La segunda ley de la termodinámica
2.1.4 Ciclo de Carnot y eficiencia térmica
2.2 Ciclo teórico del motor de cuatro tiempos
2.2.1 Simplificación del proceso de trabajo real del motor
2.2.2 Cálculo de la eficiencia térmica y presión media indicada del ciclo teórico
2.2.3 Factores que influyen en la eficiencia térmica y presión media indicada del ciclo ideal
2.2. Comparación de eficiencias térmicas de varios ciclos ideales
Preguntas para pensar
Preguntas de ejercicio
Capítulo 3 Conceptos básicos de la combustión
3.1 Combustible del motor
p>
3.1.1 Gasolina
3.1.2 Diésel
3.1.3 Combustibles alternativos
3.1 .4 Diferencias en los modos de funcionamiento del motor provocadas por el combustible Propiedades físicas y químicas
3.2 Termoquímica de combustión
3.2.1 Cantidad teórica de aire necesaria para la combustión completa de 1kg de combustible
p>
3.2. 2 Velocidad de reacción química
3.2.3 Ley de acción de masas
3.2.4 Constantes de equilibrio químico y su cálculo
3.2.5 Principio de colisión de la velocidad de reacción
3.2.6 Reacción en cadena
3.3 Efecto térmico de la reacción química
3 ．3.1 La aplicación de la primera ley de la termodinámica a las reacciones químicas
3.3.2 Efectos térmicos
3.3.3 Entalpía de formación
3.3.4 Efectos térmicos y cálculo de la temperatura de combustión teórica adiabática
3.3.5 Adiabática temperatura de combustión teórica
3.4 Pila de combustible
3.4.1 Estructura de la batería de combustible
3.4.2 Principio de funcionamiento de la pila de combustible
Preguntas para pensar
Ejercicios
Capítulo 4 Proceso de Transferencia de Calor
4.1 Descripción general del proceso de transferencia de calor
4.1.1 El concepto de transferencia de calor
4.1.2 Tres formas básicas de transferencia de calor
p>
4.2 Proceso de conducción térmica
4.2.1 Análisis de los fenómenos de conducción térmica
4.2.2 Mecanismo de conducción térmica
4.2
． 3 Proceso de análisis del problema de conducción de calor
4.2.4 Problema de conducción de calor unidimensional en estado estacionario
4.3 Transferencia de calor por convección
4.3.1 Transferencia de calor por convección Cálculo de calor
4.3.2 Diversas correlaciones y ejemplos de aplicación del coeficiente de transferencia de calor por convección
4.4 Transferencia de calor por radiación
4.4 ．1 Conocimientos básicos de transferencia de calor por radiación
4.4.2 Cálculo de la transferencia de calor por radiación entre dos objetos
4.4.3 Radiación de gas
4.4.4 Radiación de llama
4.5 Análisis de transferencia de calor en motores
4.5.1 Método para resolver problemas de conducción de calor en motores
4.2 Transferencia de calor por radiación entre gas y pared
4.5.3 Instantánea coeficiente integral de transferencia de calor entre el gas y la pared
Ejercicios
Segundo capítulo Producción de potencia y utilización de energía
Capítulo 5 Ciclo real del motor e índice de evaluación
5.1 Ciclo real del motor de cuatro tiempos
5.1.1 El ciclo real del motor
5.1.2 Comparación del ciclo real y el ciclo teórico del motor
p>5.2 Indicadores del motor
5.2.1 Diagrama de indicadores de potencia del motor
5.2.2 Indicadores indicativos de rendimiento del motor
5.3 Indicadores efectivos del motor
5.3.1 Indicadores de rendimiento energético
5.3.2 Indicadores económicos
5.3.3 Indicadores de fortalecimiento
5.4 Pérdidas mecánicas y eficiencia mecánica
5.4.1 Eficiencia mecánica
5.4.2 Determinación de pérdidas mecánicas
5.4.3 Principales factores que afectan la eficiencia mecánica
5.4.4 Balance térmico del motor
Preguntas para pensar
Capítulo 6 Proceso de ventilación y carga del ciclo
6.1 Ventilación del proceso del motor de cuatro tiempos
6.1.1 Proceso de ventilación
6.1.2 Pérdida de ventilación
6.2 Coeficiente de carga del motor de cuatro tiempos
p>
6.2.1 Coeficiente de carga
6.2.2 Relación entre el coeficiente de carga y la potencia y el par del motor
6.2.3 Influencia en los factores de carga del coeficiente de cantidad
6.2.4 Medidas para mejorar el coeficiente de carga del motor
6.3 Proceso de respiración del motor de dos tiempos
6.3 1 El proceso de ventilación de los motores de dos tiempos
6.3.2 Características del proceso de ventilación de motores de dos tiempos
6.3.3 El esquema de evacuación de motores de dos tiempos
6.3.4 Evaluación del efecto de la ventilación
6.3.5 Factores que afectan la eficiencia de eliminación
Preguntas para pensar
No. 7 Capítulo Turbocompresor de gases de escape del motor
7.1 Métodos y principios básicos de sobrealimentación del motor
7.1 .1 Concepto de sobrealimentación
7.1 .2 Características de los motores sobrealimentados
7.1.3 Métricas de los motores sobrealimentados
7.1.4 Formas estructurales y clasificaciones de los motores sobrealimentados
7.2 Estructura básica y principio de funcionamiento del turbocompresor de gases de escape
7.2.1 Principio de funcionamiento de la turbina radial
7.2.2 Principio de funcionamiento del compresor centrífugo Principios y características
7.3 Tipos de turbocompresor de gases de escape y utilización de la energía de los gases de escape
7.3.1 Tipos de turbocompresor de gases de escape
7 ．3.2 Utilización de la energía de los gases de escape
7.3.3 Comparación y selección del sistema de presión constante y del sistema de impulsos
7.4 Efecto de la turbocompresión de los gases de escape en el rendimiento del motor
7.4.1 El impacto de los gases de escape turbocompresor sobre la potencia y la economía del motor
7.4.2 Formas de mejorar las características de par de los motores turboalimentados con gases de escape
7.4.3 Turbocompresor con gases de escape
Influencia de otras prestaciones del motor
7.5 Sobrealimentación de motores de gasolina
7.5.1 Características de la sobrealimentación de motores de gasolina
7.5.2 Turboalimentación de motores de gasolina Las principales medidas técnicas de presión
7.5.3 Disposición del turbocompresor de gases de escape de un motor de gasolina
Preguntas para pensar
Tercer Capítulo Combustión y Emisiones
Capítulo 8 Formación y combustión de la mezcla de motores de gasolina
8.1 Proceso de combustión del motor de gasolina
8.1.1 Proceso de combustión normal
8.1.2 Combustión irregular
8.1.3 Combustión anormal
8.1.4 Influencia de los factores de funcionamiento en la combustión
8.2 Principios de preparación de mezclas para motores de gasolina
8.2. 1 Características ideales de la mezcla de motores de gasolina
8.2.2 Mezcla del sistema de suministro de combustible tipo carburador Principio de formación
8.2.3 Formación de la mezcla en el sistema de suministro de combustible por inyección de combustible controlado electrónicamente
8.3 Cámara de combustión del motor de gasolina
8.3.1 Requisitos para las cámaras de combustión de los motores de gasolina
8.3.2 Cámaras de combustión de los motores de gasolina tradicionales
8.3.3 Sistema de combustión pobre de motores de gasolina
Preguntas para pensar
Capítulo 9 Formación y combustión de la mezcla de motores diésel
9.1 Combustión y liberación de calor en motores diésel
p>
9.1.1 Proceso de combustión del motor diésel
9.1.2 Reglas de liberación de calor de la combustión del motor diésel
9.2 Principio de formación de la mezcla del motor diésel
9.2 .1 Inyección y atomización de combustible
p>9.2.2 Cámara de combustión y formación de mezcla
9.2.3 Combustión premezclada de motor diésel
9.3 Optimización del proceso de combustión
9.3.1 Principios básicos de optimización del proceso de combustión
9.3.2 Optimización del proceso de inyección de combustible
9.3.3 Comparación y selección de tipos de cámaras de combustión
Preguntas para pensar
Capítulo 10 Emisiones del motor y control de ruido
10.1 La generación y los peligros de las emisiones nocivas del motor
10.1.1 La situación actual de la contaminación por emisiones de motores
10.1.2 El daño de los contaminantes por emisiones de motores
10.1.3 El mecanismo de generación de contaminantes por emisiones de motores
p>10.2 Principales factores que afectan la generación y el control de emisiones nocivas de los motores de gasolina
10.2.1 Factores que influyen
10.2.2 Tecnología de purificación en la máquina
10.2.3 Fuera de la máquina tecnología de depuración
10.3 Principales factores que afectan la generación y control de emisiones nocivas de los motores diésel
10.3.1 Emisiones nocivas de los motores diésel Características de la generación de emisiones
10.3 .2 Factores que influyen
10.3.3 Tecnología de purificación en la máquina
10.3.4 Tecnología de purificación externa
10.4 Pruebas y estándares de emisiones del motor
10.4.1 Estándares de emisión
10.4.2 Medición de emisiones
10.5 Fuentes y control del ruido del motor
10.5.1 Fuentes de ruido del motor
10.5.2 Medidas de control de ruido
Preguntas para pensar
Parte 4 Características operativas y control del rendimiento
Capítulo 11 Características operativas del motor y tecnología correspondiente
p>
11.1 Características del motor
11.1.1 Condiciones de trabajo, plano de condiciones de trabajo y calibración de potencia
11.1.2 Características de funcionamiento del motor y métodos de análisis
11.2 Prueba de rendimiento del motor
11.2.1 Equipo de prueba en banco
11.2.2 Medición de potencia y consumo de combustible
11.2.3 Método de prueba y procesamiento de datos
11.3 Características de funcionamiento del motor y del automóvil.
Coincidencia de vehículos
11.3.1 Coincidencia de las características de velocidad del motor y la dinámica del vehículo
11.3.2 Características de regulación de velocidad de los motores diésel de vehículos
11 ．3.3 Coincidencia de las características de carga del motor y las características universales con la economía del vehículo
11.3.4 Tecnología de propulsión híbrida
Preguntas para pensar
Capítulo 12 Tecnología de control de parámetros y rendimiento del motor<. /p>
12.1 Desarrollo de la tecnología de control del motor
12.1.1 Dispositivo tradicional de control de líquido entre máquinas
12 ．1.2 Aplicación del sistema de control electrónico en el motor
12.1.3 Centro de gestión del motor (automóvil)
12.2 Sistema de gestión informática del motor de gasolina
12.2.1 Función de control
12.2.2 Control de inyección de combustible
12.2.3 Estrategia de control integral
12.3 Aplicación de la tecnología de control electrónico en motores diésel
12.3.1 Tipos de sistemas de inyección de combustible controlados electrónicamente
12.3.2 Parámetros de control y estrategias de control
Preguntas para pensar
Referencias El combustible utilizado en los motores de combustión interna de pistón alternativo es principalmente gasolina (gasolina) o diésel (diésel). Dado que la gasolina y el diésel tienen propiedades diferentes, existen diferencias en el principio de funcionamiento y la estructura del motor.
El principio de funcionamiento del motor de gasolina de cuatro tiempos
El motor de gasolina mezcla aire y gasolina en una determinada proporción para formar una buena mezcla. Durante la carrera de succión, es aspirado. El cilindro, y la mezcla se comprime, enciende y quema. Para generar energía térmica, el gas a alta temperatura y alta presión actúa sobre la parte superior del pistón, empujando el pistón para que realice un movimiento alternativo y emita energía mecánica. el exterior a través de la biela y el mecanismo del volante del cigüeñal. El motor de gasolina de cuatro tiempos completa un ciclo de trabajo en la carrera de admisión, la carrera de compresión, la carrera de potencia y la carrera de escape.
(1) Carrera de admisión
El pistón se desplaza desde el punto muerto superior al punto muerto inferior impulsado por el cigüeñal. En este momento, la válvula de admisión se abre, la válvula de escape se cierra y el cigüeñal gira 180°. Durante el movimiento del pistón, el volumen del cilindro aumenta gradualmente, la presión del gas en el cilindro disminuye gradualmente de pr a pa y se forma un cierto grado de vacío en el cilindro. La mezcla de aire y gasolina es aspirada hacia el interior del cilindro. la válvula de admisión y luego circula en el cilindro para formar una mezcla inflamable. Debido a la resistencia en el sistema de admisión, la presión del gas en el cilindro en el punto final de admisión (punto a en la figura) es menor que la presión atmosférica 0 p, es decir, pa= (0,80~0,90) 0 p. La temperatura de la mezcla combustible que ingresa al cilindro aumenta a 340-400 K debido al calentamiento de piezas de alta temperatura como el tubo de admisión, la pared del cilindro, la parte superior del pistón, la válvula y la pared de la cámara de combustión, y la mezcla con los gases de escape residuales.
(2) Carrera de compresión
Durante la carrera de compresión, las válvulas de admisión y de escape se cierran al mismo tiempo. El pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior y el cigüeñal gira 180°. Cuando el pistón se mueve hacia arriba, el volumen de trabajo se reduce gradualmente y la presión y la temperatura de la mezcla en el cilindro continúan aumentando después de comprimirse. Cuando llega al final de la compresión, la presión pc puede alcanzar 800 ~ 2000 kPa y la temperatura alcanza. 600~750K. En el diagrama del dinamómetro, la carrera de compresión se curva a~c.
(3) Carrera de potencia
Cuando el pistón se acerca al punto muerto superior, la bujía enciende la mezcla combustible. La combustión de la mezcla libera una gran cantidad de energía térmica, provocando la combustión de la mezcla. cilindro a La presión y la temperatura del gas aumentan rápidamente. La presión máxima de combustión pZ alcanza 3 000 ~ 6 000 kPa, y la temperatura TZ alcanza 2 200 ~ 2 800 K. El gas a alta temperatura y alta presión empuja el pistón para que se mueva desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior y emite energía mecánica a través del mecanismo de manivela y biela. A medida que el pistón se mueve hacia abajo, el volumen del cilindro aumenta y la presión y la temperatura del gas disminuyen gradualmente. Al llegar al punto b, la presión cae a 300 ~ 500 kPa y la temperatura cae a 1200 ~ 1500 K. Durante la carrera de potencia, la válvula de admisión y la válvula de escape están cerradas y el cigüeñal gira 180°.
En el diagrama del indicador de potencia, la carrera de potencia es la curva c-Z-b.
(4) Carrera de escape
Durante la carrera de escape, la válvula de escape se abre, la válvula de admisión permanece cerrada y el pistón se mueve desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior. gira 180°. Cuando se abre la válvula de escape, los gases de escape quemados se descargan del cilindro bajo la diferencia de presión entre el interior y el exterior del cilindro y, por otro lado, se descargan del cilindro mediante el desplazamiento del pistón. Debido a la resistencia del sistema de escape, la presión en el punto final de escape r es ligeramente mayor que la presión atmosférica, es decir, pr = (1,05 ~ 1,20) p0. Temperatura final del escape Tr=900~1100K. Cuando el pistón se mueve hasta el punto muerto superior, todavía queda un cierto volumen de gases de escape en la cámara de combustión que no se puede descargar. Esta parte de los gases de escape se denomina gas de escape residual.
Principio de funcionamiento del motor diésel de cuatro tiempos
El motor diésel de cuatro tiempos es el mismo que el motor de gasolina. Cada ciclo de trabajo también consta de la carrera de admisión, la carrera de compresión y la potencia. carrera y carrera de escape. Dado que los motores diésel utilizan diésel como combustible, en comparación con la gasolina, el diésel tiene una temperatura de autoignición más baja, una mayor viscosidad y es menos probable que se evapore. Por lo tanto, los motores diésel utilizan encendido por compresión de punto final para el encendido, también llamado encendido por compresión. El proceso y la estructura del sistema son diferentes a los de los motores de gasolina.
(1) Carrera de admisión
El fluido de trabajo que ingresa al cilindro es aire puro. Dado que la resistencia del sistema de admisión del motor diésel es pequeña, la presión final de admisión pa= (0,85~0,95)p0 es mayor que la del motor de gasolina. La temperatura final de admisión Ta=300~340K, que es más baja que la de los motores de gasolina.
(2) Carrera de compresión
Dado que el fluido de trabajo comprimido es aire puro, la relación de compresión del motor diésel es mayor que la del motor de gasolina (generalmente ε=16~22 ). La presión al final de la compresión es de 3 000 ~ 5 000 kPa, y la temperatura al final de la compresión es de 750 ~ 1 000 K, lo que supera con creces la temperatura de autoignición del diésel (aproximadamente 520 K).
(3) Carrera de potencia
Cuando la carrera de compresión está cerca del final, bajo la acción de la bomba de aceite de alta presión, el diésel se inyecta en la cámara de combustión del cilindro a través del Inyector a alta presión de aproximadamente 10MPa. Se enciende y arde inmediatamente después de mezclarlo con aire en un período de tiempo muy corto. La presión del gas en el cilindro aumenta rápidamente, alcanzando un máximo de 5000~9000kPa, y la temperatura máxima alcanza 1800~2000K. Debido a que el motor diesel se enciende y quema por sí solo mediante compresión, se le llama motor de encendido por compresión.
(4) Carrera de escape
El escape de un motor diésel es básicamente el mismo que el de un motor de gasolina, excepto que la temperatura del escape es más baja que la de un motor de gasolina. Generalmente Tr=700~900K. Para un motor monocilíndrico, su velocidad de rotación es desigual, el funcionamiento del motor es inestable y la vibración es grande. Esto se debe a que sólo uno de los cuatro golpes funciona y los otros tres consumen energía en preparación para realizar el trabajo. Para resolver este problema, el volante debe tener un momento de inercia lo suficientemente grande, lo que a su vez da como resultado un aumento en la masa y el tamaño de todo el motor. El uso de motores multicilíndricos puede compensar las deficiencias anteriores. Los automóviles modernos utilizan principalmente motores de cuatro, seis y ocho cilindros.