La temperatura del motor desciende durante la conducción. Motor térmico basado en un nuevo principio termodinámico Determinación de la cantidad permitida de sustancias nocivas

SI EL MOTOR SE HA SOBRECALENTADO...

La primavera siempre trae problemas para los propietarios de automóviles. Ocurren no solo entre quienes han tenido el auto en el garaje o en el estacionamiento todo el invierno, luego de lo cual el auto, que ha estado inactivo por mucho tiempo, presenta sorpresas en forma de fallas de sistemas y ensambles. Pero también para los que viajan todo el año. Algunos defectos, "dormidos" por el momento, se hacen sentir tan pronto como el termómetro supera constantemente la región de temperaturas positivas. Y una de estas sorpresas peligrosas es el sobrecalentamiento del motor.

El sobrecalentamiento, en principio, es posible en cualquier época del año, tanto en invierno como en verano. Pero, como muestra la práctica, la mayor cantidad de estos casos ocurre en la primavera. Se explica de forma sencilla. En invierno, todos los sistemas del vehículo, incluido el sistema de refrigeración del motor, funcionan de forma muy condiciones difíciles. Las grandes fluctuaciones de temperatura, desde "menos" por la noche hasta temperaturas muy altas después de un breve movimiento, tienen un efecto negativo en muchas unidades y sistemas.

¿Cómo detectar el sobrecalentamiento?

La respuesta parece obvia: mire el indicador de temperatura del refrigerante. De hecho, todo es mucho más complicado. Cuando hay mucho tráfico en la carretera, el conductor no se da cuenta inmediatamente de que la flecha indicadora se ha movido mucho hacia la zona roja de la escala. Sin embargo, hay un número signos indirectos, sabiendo que se puede captar el momento del sobrecalentamiento y sin mirar los instrumentos.

Por lo tanto, si se produce un sobrecalentamiento debido a una pequeña cantidad de anticongelante en el sistema de refrigeración, el calentador ubicado en el punto más alto del sistema será el primero en reaccionar: el anticongelante caliente dejará de fluir allí. Lo mismo sucederá cuando hierva el anticongelante, porque. comienza en el lugar más caliente, en la culata cerca de las paredes de la cámara de combustión, y los bloqueos de vapor formados bloquean el paso del refrigerante al calentador. Como resultado, se detiene el suministro de aire caliente al habitáculo.

El hecho de que la temperatura en el sistema haya alcanzado un valor crítico se indica con mayor precisión mediante una detonación repentina. Dado que la temperatura de las paredes de la cámara de combustión durante el sobrecalentamiento es mucho más alta de lo normal, esto seguramente provocará la aparición de una combustión anormal. Como resultado, un motor sobrecalentado, cuando presiona el pedal del acelerador, le recordará un mal funcionamiento con un sonido característico.

Desafortunadamente, estos signos a menudo pueden pasar desapercibidos: a temperaturas elevadas del aire, el calentador se apaga y la detonación con un buen aislamiento acústico de la cabina simplemente no se puede escuchar. Luego, cuando el vehículo se aleja más de motor sobrecalentado la potencia comenzará a disminuir y aparecerá un golpe, más fuerte y más uniforme que durante la detonación. La expansión térmica de los pistones en el cilindro provocará un aumento de su presión sobre las paredes y un aumento significativo de las fuerzas de fricción. Si el conductor no nota esta señal, durante la operación adicional, el motor recibirá daños sustanciales y, desafortunadamente, no será posible prescindir de reparaciones serias.

¿Qué causa el sobrecalentamiento?

Eche un vistazo de cerca al diagrama del sistema de refrigeración. Casi todos sus elementos, bajo ciertas circunstancias, pueden convertirse en el punto de partida de un sobrecalentamiento. Y sus causas fundamentales en la mayoría de los casos son: enfriamiento deficiente del anticongelante en el radiador; violación del sello de la cámara de combustión; cantidad insuficiente de refrigerante, así como fugas en el sistema y, como resultado, una disminución del exceso de presión en él.

El primer grupo, además de la contaminación externa obvia del radiador con polvo, pelusa de álamo, follaje, también incluye mal funcionamiento del termostato, sensor, motor eléctrico o embrague del ventilador. También hay contaminación interna del radiador, pero no por incrustaciones, como sucedió hace muchos años después de operación a largo plazo motor en el agua. El mismo efecto, ya veces mucho más fuerte, da el uso de varios selladores para el radiador. Y si este último está realmente obstruido con una herramienta de este tipo, basta con limpiar sus delgados tubos. problema serio. Por lo general, las fallas de funcionamiento de este grupo se detectan fácilmente y, para llegar al estacionamiento o estación de servicio, basta con reponer el nivel de líquido en el sistema y encender el calentador.

La violación del sello de la cámara de combustión también es una causa bastante común de sobrecalentamiento. Los productos de la combustión del combustible, al estar bajo alta presión en el cilindro, penetran a través de las fugas en la camisa de enfriamiento y desplazan el refrigerante de las paredes de la cámara de combustión. Se forma un "cojín" de gas caliente, que además calienta la pared. Un cuadro similar ocurre debido al desgaste de la junta de la cabeza, grietas en la cabeza y la camisa del cilindro, deformación del plano de contacto de la cabeza o bloque, la mayoría de las veces debido a un sobrecalentamiento anterior. Puede determinar que tal fuga se está produciendo por el olfato. gases de escape V Tanque de expansión, fuga de anticongelante del depósito cuando el motor está en marcha, aumento rápido de la presión en el sistema de refrigeración inmediatamente después del arranque, así como una característica emulsión de agua y aceite en el cárter. Pero, por regla general, es posible establecer específicamente con qué está conectada la fuga solo después del desmontaje parcial del motor.

Las fugas obvias en el sistema de enfriamiento ocurren con mayor frecuencia debido a grietas en las mangueras, aflojamiento de las abrazaderas, desgaste del sello de la bomba, mal funcionamiento de la válvula del calentador, radiador y otras razones. Tenga en cuenta que a menudo aparece una fuga en el radiador después de que los tubos están "corroídos" por el llamado "Tosol" de origen desconocido, y la fuga en el sello de la bomba, después de una operación prolongada en el agua. Determinar que hay poco refrigerante en el sistema es visualmente tan simple como determinar la ubicación de la fuga.

La fuga del sistema de refrigeración en su parte superior, incluso debido a un mal funcionamiento de la válvula de tapón del radiador, provoca una caída de presión en el sistema a la presión atmosférica. Como saben, cuanto menor es la presión, menor es el punto de ebullición del líquido. Si la temperatura de funcionamiento en el sistema está cerca de los 100 grados C, entonces el líquido puede hervir. A menudo, la ebullición en un sistema con fugas no ocurre ni siquiera cuando el motor está en marcha, sino después de que se apaga. Para determinar que el sistema realmente tiene fugas, puede verificar la ausencia de presión en la manguera superior del radiador en un motor caliente.

¿Qué sucede cuando se sobrecalienta?

Como se indicó anteriormente, cuando el motor se sobrecalienta, el líquido comienza a hervir en la camisa de enfriamiento de la culata. El bloqueo de vapor resultante (o cojín) evita el contacto directo del refrigerante con las paredes metálicas. Debido a esto, su eficiencia de enfriamiento disminuye drásticamente y la temperatura aumenta significativamente.

Este fenómeno suele ser de naturaleza local: cerca del área de ebullición, la temperatura de la pared puede ser notablemente más alta que en el puntero (y todo porque el sensor está instalado en la pared exterior de la cabeza). Como resultado, pueden aparecer defectos en la cabeza del bloque, principalmente grietas. EN motores de gasolina- generalmente entre los asientos de las válvulas, y en motores diesel - entre el asiento de la válvula de escape y la tapa de la antecámara. En las cabezas de hierro fundido, a veces se encuentran grietas en el asiento de la válvula de escape. También se producen grietas en la camisa de refrigeración, por ejemplo, a lo largo de los lechos árbol de levas o a través de los orificios de los pernos de cabeza de bloque. Dichos defectos se eliminan mejor reemplazando la cabeza, y no soldando, lo que aún no se puede realizar con alta fiabilidad.

Cuando se sobrecalienta, incluso si no se han producido grietas, la cabeza del bloque a menudo sufre deformaciones significativas. Dado que la cabeza se presiona contra el bloque mediante pernos a lo largo de los bordes y su parte central se sobrecalienta, ocurre lo siguiente. Mayoría motores modernos La cabeza está hecha de una aleación de aluminio que se expande más cuando se calienta que el acero de los pernos de montaje. Con altas temperaturas, la expansión de la cabeza conduce a un fuerte aumento en las fuerzas de compresión de la junta en los bordes donde se encuentran los pernos, mientras que la expansión de la parte central sobrecalentada de la cabeza no está restringida por los pernos. Debido a esto, por un lado, se produce una deformación (falla del plano) de la parte media de la cabeza y, por otro lado, una compresión y deformación adicionales de la junta por fuerzas que superan significativamente las operativas.

Obviamente, después de enfriar el motor en algunos lugares, especialmente en los bordes de los cilindros, la junta ya no estará bien sujeta, lo que puede causar una fuga. Con la operación adicional de dicho motor, el borde metálico de la junta, habiendo perdido el contacto térmico con los planos de la cabeza y el bloque, se sobrecalienta y luego se quema. Esto es especialmente cierto para los motores con manguitos "húmedos" enchufables o si los puentes entre los cilindros son demasiado estrechos.

Por si fuera poco, la deformación de la culata conduce, por regla general, a una curvatura del eje de las bancadas del árbol de levas situadas en su parte superior. Y sin reparaciones serias, estas consecuencias del sobrecalentamiento ya no pueden eliminarse.

El sobrecalentamiento no es menos peligroso para el grupo cilindro-pistón. Dado que la ebullición del refrigerante se extiende gradualmente desde la culata hasta una parte cada vez mayor de la camisa de refrigeración, la eficiencia de refrigeración de los cilindros también se reduce drásticamente. Y esto significa que la eliminación de calor del pistón calentado por gases calientes se está deteriorando (el calor se elimina principalmente a través de anillos de pistón en la pared del cilindro). La temperatura del pistón aumenta y, al mismo tiempo, se produce su expansión térmica. Dado que el pistón es de aluminio y el cilindro suele ser de hierro fundido, la diferencia en la expansión térmica de los materiales conduce a una disminución del juego de trabajo en el cilindro.

Se conoce el destino posterior de dicho motor: revisión con mandrinado en bloque y reemplazo de pistones y anillos por los de reparación. La lista de trabajo en la cabeza del bloque es generalmente impredecible. Es mejor no llevar el motor a esto. Al abrir periódicamente el capó y verificar el nivel de líquido, puede protegerse hasta cierto punto. Poder. Pero no al 100 por ciento.

Si el motor aún se sobrecalienta

Obviamente, debe detenerse inmediatamente al costado de la carretera o en la acera, apagar el motor y abrir el capó; de esta manera, el motor se enfriará más rápido. Por cierto, en esta etapa en tales situaciones, todos los conductores hacen esto. Pero luego cometen graves errores, de los que queremos advertir.

Bajo ninguna circunstancia se debe abrir la tapa del radiador. No en vano escriben "Nunca abra caliente" en los atascos de automóviles extranjeros: ¡nunca abra si el radiador está caliente! Después de todo, esto es muy comprensible: con una válvula de macho reparable, el sistema de refrigeración está bajo presión. El punto de ebullición está ubicado en el motor y el tapón está en el radiador o tanque de expansión. Al abrir el corcho, provocamos la liberación de una cantidad significativa de refrigerante caliente: el vapor lo expulsará, como de un cañón. Al mismo tiempo, una quemadura de manos y cara es casi inevitable: un chorro de agua hirviendo golpea el capó y rebota, ¡hacia el conductor!

Desafortunadamente, por ignorancia o por desesperación, todos (o casi todos) los conductores hacen esto, aparentemente creyendo que así están calmando la situación. De hecho, al desechar los restos de anticongelante del sistema, se crean problemas adicionales. El hecho es que el líquido que hierve "dentro" del motor aún iguala la temperatura de las piezas, reduciéndola así en los lugares más sobrecalentados.

El sobrecalentamiento del motor es solo el caso cuando, sin saber qué hacer, es mejor no hacer nada. Diez o quince minutos, por lo menos. Durante este tiempo, la ebullición se detendrá, la presión en el sistema caerá. Y entonces puedes empezar a tomar acción.

Después de asegurarse de que la manguera superior del radiador ha perdido su antigua elasticidad (lo que significa que no hay presión en el sistema), abra con cuidado la tapa del radiador. Ahora puedes agregar líquido hervido.

Lo hacemos con cuidado y despacio, porque. el líquido frío, que cae sobre las paredes calientes de la chaqueta de la cabeza, hace que se enfríen rápidamente, lo que puede provocar la formación de grietas.

Después de cerrar el enchufe, arrancamos el motor. Mirando el indicador de temperatura, comprobamos cómo se calientan las mangueras superior e inferior del radiador, si el ventilador se enciende después de calentarse y si hay fugas de líquido.

Lo más desagradable, quizás, es la falla del termostato. Al mismo tiempo, si su válvula "colgaba" en la posición abierta, no hay problema. Es solo que el motor se calentará más lentamente, ya que todo el flujo de refrigerante se dirigirá a lo largo de un circuito grande, a través del radiador.

Si el termostato permanece cerrado (la aguja indicadora, que alcanza lentamente la mitad de la escala, se precipita rápidamente a la zona roja y las mangueras del radiador, especialmente la inferior, permanecen frías), el movimiento es imposible incluso en invierno: el motor se apagará de inmediato. sobrecalentarse de nuevo. En este caso, debe desmontar el termostato, o al menos su válvula.

Si se detecta una fuga de refrigerante, es deseable eliminarla o al menos reducirla a límites razonables. Por lo general, el radiador "fluye" debido a la corrosión de los tubos en las aletas o en los puntos de soldadura. A veces, estos tubos se pueden ahogar mordiéndolos y doblando los bordes con unos alicates.

En los casos en que no sea posible eliminar por completo un mal funcionamiento grave en el sistema de enfriamiento en el sitio, al menos debe conducir a la estación de servicio o asentamiento más cercano.

Si el ventilador está averiado, puedes seguir conduciendo con la calefacción encendida al "máximo", que asume una parte importante de la carga térmica. Hará "un poco" de calor en la cabina, no importa. Como saben, "el vapor no rompe huesos".

Peor aún, si el termostato falla. Ya hemos considerado una opción arriba. Pero si no puede manejar este dispositivo (no quiere, no tiene herramientas, etc.), puede intentarlo de otra manera. Comience a conducir, pero tan pronto como la flecha del puntero se acerque a la zona roja, apague el motor y descienda. Cuando la velocidad baje, encienda el encendido (es fácil asegurarse de que después de solo 10-15 segundos la temperatura ya será más baja), arranque el motor nuevamente y repita todo desde el principio, siguiendo continuamente la flecha del indicador de temperatura .

Con algo de cuidado y adecuado condiciones del camino(sin subidas pronunciadas) puede conducir decenas de kilómetros de esta manera, incluso cuando queda muy poco refrigerante en el sistema. En un momento, el autor logró superar unos 30 km de esta manera, sin causar daños notables al motor.

Durante el funcionamiento del motor eléctrico, parte de la energía eléctrica se convierte en calor. Esto se debe a pérdidas de energía por fricción en los rodamientos, y remagnetización en el acero del estator y rotor, así como en los devanados del estator y rotor. Las pérdidas de energía en los devanados del estator y del rotor son proporcionales al cuadrado de sus corrientes. La corriente del estator y del rotor es proporcional
carga del eje Las pérdidas restantes en el motor son casi independientes de la carga.

Con una carga constante en el eje, se libera una cierta cantidad de calor en el motor por unidad de tiempo.

El aumento de la temperatura del motor es desigual. Al principio, aumenta rápidamente: casi todo el calor se destina a elevar la temperatura, y solo una pequeña cantidad pasa al medio ambiente. La diferencia de temperatura (diferencia entre la temperatura del motor y la temperatura ambiente) sigue siendo pequeña. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura del motor, aumenta la diferencia y aumenta la transferencia de calor al medio ambiente. El aumento de la temperatura del motor se ralentiza.

Esquema para medir la temperatura del motor eléctrico: a - según el esquema con un interruptor; b - según el esquema con un enchufe.

La temperatura del motor deja de aumentar cuando todo el calor recién generado se disipa por completo en el ambiente. Esta temperatura del motor se denomina estado estacionario. El valor de la temperatura constante del motor depende de la carga sobre su eje. En carga pesada se libera una gran cantidad de calor por unidad de tiempo, lo que significa que la temperatura de estado estable del motor es más alta.

Después de apagar, el motor se enfría. Su temperatura primero disminuye rápidamente, ya que su diferencia es grande, y luego, a medida que la diferencia disminuye, lentamente.

El valor de la temperatura de régimen permanente admisible del motor está determinado por las propiedades del aislamiento de los devanados.

En la mayoría de los motores de uso general, se utilizan esmaltes, películas sintéticas, cartón impregnado e hilo de algodón para aislar el devanado. La temperatura de calentamiento máxima permitida de estos materiales es de 105 °C. La temperatura del devanado del motor a carga nominal debe estar 20...25 °C por debajo del valor máximo permitido.

Una temperatura del motor significativamente más baja corresponde a su funcionamiento con una pequeña carga en el eje. Al mismo tiempo, el coeficiente acción útil motor y su factor de potencia son bajos.

Modos de funcionamiento de los motores eléctricos.

Hay tres modos principales de funcionamiento de los motores: a largo plazo, intermitente y a corto plazo.

A largo plazo es el funcionamiento del motor a una carga constante durante un tiempo no inferior al necesario para lograr una temperatura constante a una temperatura ambiente constante.

El funcionamiento intermitente es un modo de funcionamiento en el que una carga constante a corto plazo se alterna con paradas del motor, y durante la carga la temperatura del motor no alcanza un valor constante, y durante la pausa el motor no tiene tiempo para enfriarse hasta el nivel temperatura ambiente.

Un modo a corto plazo es un modo en el que, durante la carga del motor, su temperatura no alcanza un valor de estado estable, y durante la pausa tiene tiempo para enfriarse hasta la temperatura ambiente.

Figura 1. Esquema de motores de calefacción y refrigeración: a - operación a largo plazo, b - intermitente, c - a corto plazo

En la fig. 1 muestra las curvas de calefacción y refrigeración del motor y la potencia de entrada P para tres modos de funcionamiento. Para un modo de funcionamiento continuo, se muestran tres curvas de calefacción y refrigeración 1, 2, 3 (Fig. 1, a), correspondientes a tres cargas diferentes en su eje. La curva 3 corresponde a la carga más alta sobre el eje; mientras que la potencia de entrada es P3>P2>Pi. En el modo intermitente del motor (Fig. 1, b), su temperatura no alcanza el estado estable durante la carga. La temperatura del motor aumentaría en una curva punteada si el tiempo de carga fuera mayor. La duración del encendido del motor está limitada al 15, 25, 40 y 60% del tiempo del ciclo. La duración de un ciclo tc se toma igual a 10 minutos y se determina por la suma del tiempo de carga N y el tiempo de pausa R, es decir

Para funcionamiento intermitente, los motores se fabrican con un ciclo de trabajo de 15, 25, 40 y 60 %: ciclo de trabajo = N: (N + R) * 100 %

En la fig. 1c muestra las curvas de calentamiento y enfriamiento del motor durante la operación a corto plazo. Para este modo, los motores se fabrican con una duración de un período de carga nominal constante de 15, 30, 60, 90 minutos.

La capacidad calorífica del motor es un valor significativo, por lo que puede llevar varias horas calentarlo hasta una temperatura constante. El motor de corta duración no tiene tiempo para calentarse a la temperatura constante durante la carga, por lo que opera con una mayor carga en el eje y más potencia de entrada que el mismo motor de servicio continuo. Un motor de servicio intermitente también funciona con una carga de eje mayor que el mismo motor de servicio continuo. Cuanto más corto sea el tiempo de arranque del motor, más carga admisible en su eje.

Para la mayoría de las máquinas (compresores, ventiladores, peladoras de patatas, etc.) se utilizan motores asíncronos de uso general para funcionamiento continuo. Los motores de servicio intermitente se utilizan para ascensores, grúas, cajas registradoras. Los motores de servicio intermitente se utilizan para máquinas utilizadas durante trabajos de mantenimiento, como polipastos eléctricos y grúas.

un poco de líquido funcionará en el cilindro. Y del movimiento del pistón, así como en máquina de vapor, Con ayuda cigüeñal tanto el volante como la polea comenzarán a girar. Así, mecánica

Por lo tanto, solo necesita calentar y enfriar alternativamente algún tipo de fluido de trabajo. Para ello, se utilizaron contrastes árticos: alternativamente, agua de debajo de la hielo marino luego aire frío; la temperatura del líquido en el cilindro cambia rápidamente y dicho motor comienza a funcionar. No importa si las temperaturas están por encima o por debajo de cero, siempre que haya una diferencia entre ellas. Al mismo tiempo, por supuesto, trabajando fluidamente para el motor, se debe tomar uno que no se congele a la temperatura más baja.

Ya en 1937, se diseñó un motor que funcionaba con una diferencia de temperatura. El diseño de este motor era algo diferente del esquema descrito. Se diseñaron dos sistemas de tuberías, uno de los cuales debería estar en el aire y el otro en el agua. El fluido de trabajo en el cilindro se pone automáticamente en contacto con uno u otro sistema de tuberías. El fluido dentro de las tuberías y el cilindro no se detiene: es impulsado constantemente por bombas. El motor tiene varios cilindros, y están conectados a su vez a las tuberías. Todos estos dispositivos permiten acelerar el proceso de calentamiento y enfriamiento del líquido y, por lo tanto, la rotación del eje al que se unen los vástagos. Como resultado se obtienen velocidades tales que pueden ser transmitidas a través de una caja de cambios al eje de un generador eléctrico y así convertir la energía térmica recibida por la diferencia de temperatura en energía eléctrica.

El primer motor que funcionaba con una diferencia de temperatura solo podía diseñarse para diferencias de temperatura relativamente grandes, del orden de 50°. Era una pequeña estación con una capacidad de 100 kilovatios, trabajando

en la diferencia de temperatura entre el aire y el agua de las fuentes termales, que están disponibles aquí y allá en el norte.

En esta instalación fue posible comprobar el diseño del motor de diferencia de temperatura y, lo más importante, fue posible acumular material experimental. Luego, se construyó un motor utilizando diferencias de temperatura más pequeñas, entre el agua de mar y el aire frío del Ártico. La construcción de estaciones de temperatura diferencial se hizo posible en todas partes.

Algo más tarde, se diseñó otra fuente de energía eléctrica de diferencia de temperatura. Pero ya no estaba motor mecanico, sino una instalación que actúa como una enorme celda galvánica.

Como saben, en las celdas galvánicas se produce una reacción química, como resultado de lo cual se obtiene energía eléctrica. Muchos reacciones químicas asociado con la liberación o absorción de calor. Es posible elegir tales electrodos y electrolitos que no habrá reacción mientras la temperatura de los elementos permanezca sin cambios. Pero tan pronto como se calientan, comenzarán a dar corriente. Y aquí la temperatura absoluta no importa; solo es importante que la temperatura del electrolito comience a subir en relación con la temperatura del aire que rodea la instalación.

Por lo tanto, también en este caso, si una instalación de este tipo se coloca en el aire ártico frío y se le suministra agua de mar "caliente", se obtendrá energía eléctrica.

Las instalaciones de diferencia de temperatura ya eran bastante comunes en el Ártico en la década de 1950. Eran estaciones bastante potentes.

Estas estaciones se instalaron en un muelle en forma de T, que sobresale profundamente en la bahía del mar. Tal disposición de la estación acorta las tuberías que conectan el fluido de trabajo de la instalación de diferencia de temperatura con agua de mar. Para una buena instalación se requiere una profundidad importante de la bahía, debe haber grandes masas de agua cerca de la estación para que cuando se enfríe, por transferencia de calor al motor, no se produzca la congelación.

Planta de energía de temperatura de diferencia

La planta de energía, que aprovecha la diferencia de temperatura entre el agua y el aire, está instalada en una iola que se adentra profundamente en la bahía. Los radiadores de aire cilíndricos son visibles en el techo del edificio de la planta de energía. De los radiadores de aire hay tuberías a través de las cuales se suministra el fluido de trabajo a cada motor. Las tuberías también bajan del motor a un radiador de agua sumergido en el mar (no se muestra en la figura). Los motores están conectados a generadores eléctricos "a través de cajas de cambios (en la figura son visibles en la parte descubierta del edificio, en el medio entre el motor y el generador), en el que, con la ayuda de engranaje de tornillo el número de revoluciones aumenta. Desde el generador, la energía eléctrica va a los transformadores que aumentan el voltaje (la transformación / los poros están en el lado izquierdo

edificio, no expuesto en la figura), sino de los transformadores a los cuadros (planta alta en primer plano) y luego a la línea de transmisión. Parte de la electricidad se destina a enormes elementos calefactores sumergidos en el mar (no se ven en la imagen). Estos crean un puerto sin hielo.

En el cilindro del motor, los ciclos termodinámicos se llevan a cabo con cierta periodicidad, que van acompañados de un cambio continuo en los parámetros termodinámicos del fluido de trabajo: presión, volumen, temperatura. La energía de la combustión del combustible con un cambio de volumen se convierte en trabajo mecánico. La condición para la transformación del calor en trabajo mecánico es la secuencia de ciclos. A estos golpes en el motor Combustión interna incluyen la admisión (llenado) de cilindros con una mezcla combustible o aire, compresión, combustión, expansión y escape. El volumen variable es el volumen de un cilindro que aumenta (disminuye) a medida que el pistón avanza. Se produce un aumento de volumen debido a la expansión de los productos durante la combustión de una mezcla combustible, una disminución, debido a la compresión de una nueva carga de una mezcla combustible o aire. Las fuerzas de la presión del gas sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón durante la carrera de expansión se convierten en trabajo mecánico.

La energía acumulada en el combustible se convierte en energía térmica cuando se realizan ciclos termodinámicos, se transfiere a las paredes del cilindro por radiación térmica y lumínica, radiación y desde las paredes del cilindro, al refrigerante y la masa del motor por conducción térmica y al espacio circundante desde las superficies del motor libres y forzadas

convección. Todos los tipos de transferencia de calor están presentes en el motor, lo que indica la complejidad de los procesos en curso.

El uso del calor en el motor se caracteriza por la eficiencia, cuanto menos calor de combustión del combustible se entrega al sistema de refrigeración ya la masa del motor, más trabajo se realiza y mayor es la eficiencia.

El ciclo de trabajo del motor se realiza en dos o cuatro ciclos. Los principales procesos de cada ciclo de trabajo son las carreras de admisión, compresión, carrera y escape. La introducción de una carrera de compresión en el proceso de trabajo de los motores permitió minimizar la superficie de enfriamiento y, al mismo tiempo, aumentar la presión de combustión del combustible. Los productos de combustión se expanden de acuerdo con la compresión de la mezcla combustible. Este proceso permite reducir las pérdidas de calor en las paredes de los cilindros y con los gases de escape, aumentar la presión del gas sobre el pistón, lo que aumenta significativamente la potencia y el rendimiento económico del motor.

Los procesos térmicos reales en el motor difieren significativamente de los teóricos basados ​​en las leyes de la termodinámica. El ciclo termodinámico teórico está cerrado, y una condición obligatoria para su implementación es la transferencia de calor a un cuerpo frío. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica y en una máquina térmica teórica, es imposible convertir completamente la energía térmica en energía mecánica. En los motores diesel, cuyos cilindros se llenan con una carga de aire fresco y tienen altas relaciones de compresión, la temperatura de la mezcla combustible al final de la carrera de admisión es de 310... .400 K. El balance de calor de la mezcla combustible durante la carrera de admisión se puede representar como

¿dónde?) p t - la cantidad de calor del fluido de trabajo al comienzo de la carrera de admisión; Os.ts: la cantidad de calor que ingresó al fluido de trabajo en contacto con las superficies calentadas del tracto de admisión y el cilindro; Qo g - la cantidad de calor en los gases residuales.

A partir de la ecuación de balance de calor, se puede determinar la temperatura al final de la carrera de admisión. Tomamos el valor de masa de la cantidad de carga fresca. t con z, gases residuales - a g Con una capacidad calorífica conocida de una carga fresca con R, gases residuales s"r y mezcla de trabajo Con p la ecuación (2.34) se representa como

Dónde Ts h - temperatura de carga fresca antes de la entrada; A Talla T- calentamiento de una carga nueva cuando entra en el cilindro; Tg es la temperatura de los gases residuales al final de la salida. Es posible suponer con suficiente precisión que s"r = Con p Y s "r - s, sp, donde s; - factor de corrección en función de Talla T y composición de la mezcla. Con a = 1.8 y combustible diesel

Al resolver la ecuación (2.35) con respecto a Ta denota la relación

La fórmula para determinar la temperatura en el cilindro a la entrada es

Esta fórmula es válida tanto para cuatro tiempos como para motores de dos tiempos, para motores turboalimentados, la temperatura al final de la admisión se calcula mediante la fórmula (2.36), siempre que q = 1. La condición aceptada no introduce grandes errores en el cálculo. Los valores de los parámetros al final de la carrera de admisión, determinados experimentalmente en el modo nominal, se presentan en la Tabla. 2.2.

Cuadro 2.2

Durante la carrera de admisión, la válvula de entrada en el motor diesel se abre 20...30° antes de que el pistón alcance el TDC y se cierra después de pasar el BDC 40...60°. La duración de la apertura de la válvula de admisión es de 240...290°. La temperatura en el cilindro al final de la carrera anterior - escape es igual a Tg\u003d 600 ... 900 K. La carga de aire, que tiene una temperatura mucho más baja, se mezcla con los gases residuales en el cilindro, lo que reduce la temperatura en el cilindro al final de la admisión a Ta = 310 ... 350 K. La diferencia de temperatura en el cilindro entre las carreras de escape y admisión es en un g \u003d Ta - T g. Porque el Ta en un t = 290...550°.

La tasa de cambio de temperatura en el cilindro por unidad de tiempo por ciclo es:

Para un motor diesel, la tasa de cambio de temperatura durante la carrera de admisión en Educación física\u003d 2400 min -1 y fa \u003d 260 ° es tan d \u003d (2.9 ... 3.9) 10 4 grados / s. Así, la temperatura al final de la carrera de admisión en el cilindro está determinada por la masa y la temperatura de los gases residuales después de la carrera de escape y el calentamiento de la carga fresca de las partes del motor. Gráficas de la función co rt = / (D e) carrera de admisión para motores diesel y gasolina, presentadas en el par fig. 2.13 y 2.14 indican una tasa de cambio de temperatura significativamente más alta en el cilindro de un motor de gasolina en comparación con un motor diesel y, en consecuencia, una mayor intensidad del flujo de calor del fluido de trabajo y su crecimiento al aumentar la velocidad del cigüeñal. El valor promedio calculado de la tasa de cambio de temperatura en la carrera de admisión de diesel dentro de la velocidad del cigüeñal de 1500 ... 2500 min -1 es = 2.3 10 4 ± 0.18 grados / s, y para gasolina

motor dentro del rango de velocidad de 2000...6000 min -1 - co i = = 4.38 10 4 ± 0.16 grados/s. Durante la carrera de admisión, la temperatura del fluido de trabajo es aproximadamente igual a la temperatura de operación del refrigerante,

Arroz. 2.13.

Arroz. 2.14.

el calor de las paredes del cilindro se gasta en calentar el fluido de trabajo y no afecta significativamente la temperatura del refrigerante del sistema de enfriamiento.

En carrera de compresión procesos de transferencia de calor bastante complejos ocurren dentro del cilindro. Al comienzo de la carrera de compresión, la temperatura de carga de la mezcla combustible es menor que la temperatura de las superficies de las paredes del cilindro y la carga se calienta, continuando tomando calor de las paredes del cilindro. El trabajo mecánico de compresión va acompañado de la absorción de calor del medio exterior. En un cierto período de tiempo (infinitamente pequeño), las temperaturas de la superficie del cilindro y la carga de la mezcla se igualan, como resultado de lo cual se detiene el intercambio de calor entre ellos. Con mayor compresión, la temperatura de carga de la mezcla combustible excede la temperatura de las superficies de las paredes del cilindro y el flujo de calor cambia de dirección, es decir, el calor se transfiere a las paredes del cilindro. La transferencia de calor total de la carga de la mezcla combustible es insignificante, es aproximadamente 1.0 ... 1.5% de la cantidad de calor suministrada con el combustible.

La temperatura del fluido de trabajo al final de la admisión y su temperatura al final de la compresión están interconectadas por la ecuación del politropo de compresión:

donde 8 - relación de compresión; pag-índice politrópico.

Temperatura al final de la carrera de compresión regla general calculado a partir de la constante media para todo el valor del proceso del índice politrópico sch. En un caso particular, el índice politrópico se calcula a partir del balance de calor en el proceso de compresión en la forma

Dónde y con Y Y" - energía interna de 1 kmol de carga fresca; y un Y Y" - energía interna de 1 kmol de gases residuales.

Solución conjunta de las ecuaciones (2.37) y (2.39) para una temperatura conocida Ta le permite determinar el índice politrópico sch. El índice politrópico se ve afectado por la intensidad de enfriamiento del cilindro. A bajas temperaturas del refrigerante, la temperatura de la superficie del cilindro es menor y, por lo tanto, pag l será menos.

Los valores de los parámetros del final de la carrera de compresión se dan en la Tabla. 2.3.

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En la carrera de compresión, las válvulas de admisión y escape se cierran y el pistón se mueve a TDC. El tiempo de carrera de compresión para motores diesel a una velocidad de 1500 ... 2400 min -1 es 1.49 1SG 2 ... 9.31 KG 3 s, que corresponde a la rotación del cigüeñal en un ángulo φ (. = 134 ° , para motores de gasolina a una velocidad de 2400 ... 5600 min -1 y cp g \u003d 116 ° - (3.45 ... 8.06) 1 (G 4 s. La diferencia de temperatura del fluido de trabajo en el cilindro entre la compresión y trazos de admisión en con _ un = T s - T un para motores diesel está en el rango de 390 ... 550 ° C, para motores de gasolina - 280 ... 370 ° C.

La tasa de cambio de temperatura en el cilindro por carrera de compresión es:

y para motores diesel a una velocidad de 1500...2500 min -1 la tasa de cambio de temperatura es (3.3...5.5) 10 4 grados/s, para motores de gasolina a una velocidad de 2000...6000 min -1 - ( 3.2...9.5) x x 10 4 grados/s. El flujo de calor durante la carrera de compresión se dirige desde el fluido de trabajo en el cilindro hacia las paredes y hacia el refrigerante. Gráficas de la función co = f(n e) para motores diesel y gasolina se presentan en la fig. 2.13 y 2.14. De ellos se deduce que la tasa de cambio en la temperatura del fluido de trabajo en los motores diesel es mayor que en los motores de gasolina a una velocidad.

Los procesos de transferencia de calor durante la carrera de compresión están determinados por la diferencia de temperatura entre la superficie del cilindro y la carga de la mezcla combustible, la superficie relativamente pequeña del cilindro al final de la carrera, la masa de la mezcla combustible y la limitada corto período de tiempo durante el cual se transfiere calor de la mezcla combustible a la superficie del cilindro. Se supone que la carrera de compresión no afecta significativamente el régimen de temperatura del sistema de enfriamiento.

Carrera de extensión es la única carrera del ciclo del motor durante la cual se realiza un trabajo mecánico útil. Este paso es precedido por el proceso de combustión de la mezcla combustible. El resultado de la combustión es un aumento de la energía interna del fluido de trabajo, que se convierte en trabajo de expansión.

El proceso de combustión es un complejo de fenómenos físicos y químicos de oxidación de combustibles con liberación intensiva

calor. Para combustibles de hidrocarburos líquidos (gasolina, combustible diesel) el proceso de combustión es una reacción química de la combinación de carbono e hidrógeno con oxígeno atmosférico. El calor de combustión de la carga de la mezcla combustible se gasta en calentar el fluido de trabajo, haciendo Trabajo mecánico. Parte del calor del fluido de trabajo a través de las paredes de los cilindros y la cabeza calienta el cárter y otras partes del motor, así como el refrigerante. El proceso termodinámico de un proceso de trabajo real, teniendo en cuenta la pérdida de calor de combustión del combustible, teniendo en cuenta la combustión incompleta, la transferencia de calor a las paredes del cilindro, etc., es extremadamente complejo. En los motores diésel y gasolina, el proceso de combustión es diferente y tiene sus propias características. En los motores diésel, la combustión se produce con diferente intensidad según la carrera del pistón: al principio intensamente y luego lentamente. En los motores de gasolina, la combustión ocurre instantáneamente, generalmente se acepta que ocurre a un volumen constante.

Para tener en cuenta los componentes de pérdida de calor, incluida la transferencia de calor a las paredes del cilindro, se introduce el coeficiente de utilización del calor de combustión. El coeficiente de utilización del calor se determina experimentalmente, para motores diésel. = 0,70... 0,85 y motores de gasolina?, = 0,85... 0,90 de la ecuación de estado de los gases al principio y al final de la expansión:

donde es el grado de pre-expansión.

para diesel

Entonces

Para motores de gasolina Entonces

Valores de parámetros durante la combustión y al final de la carrera de expansión para motores)