Меню Закрыть

Устройство и принцип действия двс: Принцип работы и устройство двигателя

Содержание

Как работает двс. Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Основные причины неполадок и перебоев в машине и двигателе

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.

Внизу страницы смотрите видео, на котором наглядно показано устройство и принцип работы бензинового ДВС.

В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:


Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск), сжимается (такт второй – сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом , в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

  1. Такт первый — ВПУСК . Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.
  2. Такт второй – СЖАТИЕ . Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС).
  3. Такт третий – РАСШИРЕНИЕ . При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа.
  4. Такт четвертый – ВЫПУСК . Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.


После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.


Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.

Устройство КШМ
Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.


В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Для настоящего автолюбителя машина — это непросто средство передвижения, а ещё и инструмент свободы. При помощи автомобиля можно достаться в любую точку города, страны или континента. Но наличия прав для настоящего путешественника недостаточно. Ведь до сих пор есть множество мест, где не ловит мобильный, и куда не могут добраться эвакуаторы. В таких случаях при поломке вся ответственность ложится на плечи автомобилиста.

Поэтому каждый водитель должен хоть немного разбираться в устройстве своего автомобиля , и начать нужно именно с двигателя. Безусловно, современные автомобильные компании выпускают множество автомобилей с разными типами моторов, но чаще всего производителями в конструкциях используются двигатели внутреннего сгорания. Они обладают высоким КПД и при этом обеспечивают высокую надёжность работы всей системы.

Внимание! В большинстве научных статей двигатели внутреннего сгорания сокращённо называются ДВС.

Какими бывают ДВС

Перед тем как приступить к подробному изучению устройства ДВС и их принципа работы, рассмотрим, какими бывают двигатели внутреннего сгорания. Сразу нужно сделать одно важное замечание. За более чем 100 лет эволюции учёными было придумано множество разновидностей конструкций, у каждой из которых есть свои преимущества. Поэтому для начала выделим основные критерии, по которым можно различить данные механизмы:

  1. В зависимости от способа создания горючей смеси все ДВС делятся на карбюраторные, газовые и инжекторные устройства. Причём это класс с внешним смесеобразованием. Если же говорить о внутреннем, то — это дизели.
  2. В зависимости от типа топлива ДВС можно разделить на бензиновые, газовые и дизельные.
  3. Охлаждение устройства двигателей может быть двух типов: жидкостным и воздушным.
  4. Цилиндры могут располагаться как друг напротив друга, так и в форме буквы V.
  5. Смесь внутри цилиндров может воспламеняться посредством искры. Так происходит в карбюраторных и инжекторных ДВС или за счёт самовоспламенения.

В большинстве автомобильных журналов и среди профессиональных автоэкспортов принято классифицировать ДВС, на такие типы:

  1. Бензиновый двигатель. Это устройство работает за счёт бензина. Зажигание происходит принудительно при помощи искры, которую генерирует свеча. За дозировку топливно-воздушной смеси отвечают карбюраторные и инжекторные системы. Воспламенение происходит при сжатии.
  2. Дизельные . Двигатели с устройством такого типа работают за счёт сгорания дизельного топлива. Главная разница в сравнении с бензиновыми агрегатами заключается в том, что горючее взрывается благодаря повышению температуры воздуха. Последнее становится возможным из-за роста давления внутри цилиндра.
  3. Газовые системы функционируют при помощи пропан-бутана. Зажигание происходит принудительным образом. Газ с воздухом подаётся в цилиндр. В остальном устройство подобного ДВС аналогично бензиновому мотору.

Именно такая классификация используется чаще всего, указывая на конкретные особенности системы.

Устройство и принцип работы

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Лучше всего рассмотреть устройство ДВС на примере одноцилиндрового двигателя. Главной деталью в механизме является цилиндр. В нём находится поршень, который двигается вверх-вниз. При этом есть две контрольные точки его передвижения: верхняя и нижняя. В профессиональной литературе они именуются как ВМТ и НМТ. Расшифровка следующая: верхняя и нижняя мёртвые точки.

Внимание! Поршень также соединяется с валом. Соединительным звеном служит шатун.

Главная задачу шатуна — это преобразование энергии, которая образовывается в результате движения поршня вверх-вниз во вращательное. Результатом подобного преобразования является движение автомобиля в нужное вам направление. Именно за это отвечает устройство ДВС. Также не стоит забывать про бортовую сеть, работа которой становится возможной благодаря энергии, выработанной двигателем.

Маховик крепится к концу вала ДВС. Он обеспечивает стабильность вращения коленчатого вала. Впускной и выпускной клапаны находятся вверху цилиндра, который, в свою очередь, накрывается специальной головкой.

Внимание! Клапаны открывают и закрывают соответствующие каналы в нужное время.

Чтобы клапаны ДВС открылись, на них воздействуют кулачки распредвала. Происходит это посредством передаточных деталей. Сам вал двигается при помощи шестерней коленчатого вала.

Внимание! Поршень свободно движется внутри цилиндра, застывая на миг то в верхней мёртвой точке, то в нижней.

Чтобы устройство ДВС функционировало в нормальном режиме, горючая смесь должна подаваться в чётко выверенной пропорции. В противном случае возгорание может не произойти. Огромную роль также играет момент, в который происходит подача.

Масло необходимо для того, чтобы предотвратить преждевременный износ деталей в устройстве ДВС. В общем, всё устройство двигателя внутреннего сгорания состоит из таких основных элементов:

  • свечей зажигания,
  • клапанов,
  • поршней,
  • поршневых колец,
  • шатунов,
  • коленвала,
  • картера.

Взаимодействие этих системных элементов позволяет устройству ДВС вырабатывать нужную для передвижения автомобиля энергию.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает четырёхтактный ДВС. Чтобы понять принцип его работы, вы должны знать значение понятия такт. Это определённый промежуток времени, за который внутри цилиндра осуществляется нужное для работы устройства действие. Это может быть сжатие или воспламенение.

Такты ДВС образуют рабочий цикл, который, в свою очередь, обеспечивает работу всей системы. В процессе этого цикла тепловая энергия преобразуется в механическую. За счёт этого происходит движение коленчатого вала.

Внимание! Рабочий цикл считается завершённым после того, как коленчатый вал сделает один оборот. Но такое утверждение работает только для двухтактного двигателя.

Здесь нужно сделать одно важное объяснение. Сейчас в автомобилях преимущественно используется устройство четырёхтактного двигателя. Такие системы отличаются большей надёжностью и улучшенной производительностью.

Для совершения четырёхтактного цикла нужно два оборота коленчатого вала. Это четыре движения поршня вверх-вниз. Каждый такт выполняет действия в точной последовательности:

  • впуск,
  • сжатие,
  • расширение,
  • выпуск.

Предпоследний такт также называется рабочим ходом. Про верхнюю и нижнюю мертвые точки вы уже знаете. Но расстояние между ними обозначает ещё один важный параметр. А именно, объём ДВС. Он может колебаться в среднем от 1,5 до 2,5 литра. Измеряется показатель посредством плюсования данных каждого цилиндра.

Во время первого полуоборота поршень с ВМТ перемещается в НМТ. При этом впускной клапан остаётся открытым, в свою очередь, выпускной плотно закрыт. В результате данного процесса в цилиндре образуется разряжение.

Горючая смесь из бензина и воздуха попадает в газопровод ДВС. Там она смешивается с отработанными газами. В результате образуется идеальное для воспламенения вещество, которое поддаётся сжатию на втором акте.

Сжатие происходит тогда, когда цилиндр полностью заполнен рабочей смесью. Коленчатый вал продолжает свой оборот, и поршень перемещается из нижней мёртвой точки в верхнюю.

Внимание! С уменьшением объёма температура смеси внутри цилиндра ДВС растёт.

На третьем такте происходит расширение. Когда сжатия подходит к своему логическому завершению свеча генерирует искру и происходит воспламенение. В дизельном двигателе всё происходит немного по-другому.

Во-первых, вместо свечи установлена специальная форсунка, которая на третьем такте впрыскивает топливо в систему. Во-вторых, внутрь цилиндра закачивается воздух, а не смесь газов.

Принцип работы дизельного ДВС интересен тем, что в нём топливо воспламеняется самостоятельно. Происходит это за счёт повышения температуры воздуха внутри цилиндра. Подобного результата удаётся добиться за счёт сжатия, в результате которого растёт давление и повышается температура.

Когда топливо через форсунку попадает внутрь цилиндра ДВС, температура внутри настолько высока, что возгорание происходит само собой. При использовании бензина подобного результата добиться нельзя. Всё потому что он воспламеняется при гораздо более высокой температуре.

Внимание! В процессе движения поршня от произошедшего внутри микровзрыва деталь ДВС совершает обратный рывок, и коленчатый вал прокручивается.

Последний такт в четырёхтактном ДВС носит название впуск. Он происходит на четвёртом полуобороте. Принцип его действия довольно прост. Выпускной клапан открывается, и все продукты сгорания попадают в него, откуда в выпускной газопровод.

Перед тем как попасть в атмосферу отработанные газы из обычно проходят систему фильтров. Это позволяет минимизировать вред, наносимый экологии. Тем не менее устройство дизельных двигателей всё равно намного более экологично, чем бензиновых.

Устройства, позволяющие увеличить производительность ДВС

С момента изобретения первого ДВС система постоянно совершенствуется. Если вспоминать первые двигатели серийных автомобилей, то они могли разгоняться максимум до 50 миль в час. Современные суперкары без труда преодолевают отметку в 390 километров. Таких результатов учёным удалось добиться за счёт интеграции в устройство двигателя дополнительных систем и некоторых конструкционных изменений.

Большой прирост мощности в своё время дал клапанный механизм, внедрённый в ДВС. Ещё одной ступенью эволюции стало расположение распределительного вала вверху конструкции. Это позволило уменьшить число движущихся элементов и увеличить производительность.

Также нельзя отрицать полезность современной системы зажигания ДВС. Она обеспечивает максимально возможную стабильность работы. Вначале генерируется заряд, который поступает на распределитель, а с него на одну из свечей.

Внимание! Конечно же, нельзя забыть про систему охлаждения, состоящую из радиатора и насоса. Благодаря ей удаётся предотвратить своевременный перегрев устройства ДВС.

Итоги

Как видите, устройство двигателя внутреннего сгорания не представляет особенной сложности. Для того чтобы его понять не нужно каких-либо специальных знаний — достаточно простого желания. Тем не менее знание принципов работы ДВС точно не будет лишними для каждого водителя.

Двигатель внутреннего сгорания, или ДВС – это наиболее распространённый тип двигателя, который можно встретить на автомобилях. Невзирая на тот факт, что двигатель внутреннего сгорания в современных автомобилях состоит из множества частей, его принцип работы предельно прост. Давайте подробнее рассмотрим, что же такое ДВС, и как он функционирует в автомобиле.

ДВС что это?

Двигатель внутреннего сгорания – это вид теплового двигателя, в котором преобразовывается часть химической энергии, получаемой при сгорании топлива, в механическую, приводящую механизмы в движение.

ДВС разделяются на категории по рабочим циклам: двух- и четырёхтактные. Также их различают по способу приготовления топливно-воздушной смеси: с внешним (инжекторы и карбюраторы) и внутренним (дизельные агрегаты) смесеобразованием. В зависимости от того, как в двигателях преобразовывается энергия, их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные и комбинированные.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания состоит из огромного количества элементов. Но есть основные, которые характеризуют его производительность. Давайте рассмотрим строение ДВС и основных его механизмов.

1. Цилиндр – это самая важная часть силового агрегата. Автомобильные двигатели, как правило, имеют четыре и более цилиндров, вплоть до шестнадцати на серийных суперкарах. Расположение цилиндров в таких двигателях может находиться в одном из трёх порядков: линейно, V-образно и оппозитно.


2. Свеча зажигания генерирует искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Благодаря этому и происходит процесс сгорания. Чтобы двигатель работал «как часы», искра должна подаваться точно в положенное время.

3. Клапаны впуска и выпуска также функционируют только в определённые моменты. Один открывается, когда нужно впустить очередную порцию топлива, другой, когда нужно выпустить отработанные газы. Оба клапана крепко закрыты, когда в двигателе происходят такты сжатия и сгорания. Это обеспечивает необходимую полную герметичность.

4. Поршень представляет собой металлическую деталь, которая имеет форму цилиндра. Движение поршня осуществляется вверх-вниз внутри цилиндра.


5. Поршневые кольца служат уплотнителями скольжения внешней кромки поршня и внутренней поверхности цилиндра. Их использование обусловлено двумя целями:

Они не дают попадать горючей смеси в картер ДВС из камеры сгорания в моменты сжатия и рабочего такта.

Они не дают попасть маслу из картера в камеру сгорания, ведь там оно может воспламениться. Многие автомобили, которые сжигают масло, оборудованы старыми двигателями, и их поршневые кольца уже не обеспечивают должного уплотнения.

6. Шатун служит соединительным элементом между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал преобразует поступательные движения поршней во вращательные.


8. Картер располагается вокруг коленчатого вала. В его нижней части (поддоне) собирается определённое количество масла.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В предыдущих разделах мы рассмотрели назначение и устройство ДВС. Как вы уже поняли, каждый такой двигатель имеет поршни и цилиндры, внутри которых тепловая энергия преобразуется в механическую. Это, в свою очередь, заставляет автомобиль двигаться. Данный процесс повторяется с поразительной частотой – по несколько раз в секунду. Благодаря этому, коленчатый вал, который выходит из двигателя, непрерывно вращается.

Рассмотрим подробнее принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Смесь топлива и воздуха попадает в камеру сгорания через впускной клапан. Далее она компрессируется и воспламеняется искрой от свечи зажигания. Когда топливо сгорает, в камере образуется очень высокая температура, которая приводит к появлению избыточного давления в цилиндре. Это заставляет двигаться поршень к «мёртвой точке». Он таким образом совершает один рабочий ход. Когда поршень двигается вниз, он посредством шатуна вращает коленчатый вал. Затем, двигаясь от нижней мёртвой точки к верхней, выталкивает отработанный материал в виде газов через клапан выпуска далее в выхлопную систему машины.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня. Совокупность таких тактов, которые повторяются в строгой последовательности и за определённый период – это рабочий цикл ДВС.

Впуск

Впускной такт является первым. Он начинается с верхней мёртвой точки поршня. Он движется вниз, всасывая в цилиндр смесь из топлива и воздуха. Этот такт происходит, когда клапан впуска открыт. Кстати, существуют двигатели, у которых присутствует несколько впускных клапанов. Их технические характеристики существенно влияют на мощность ДВС. В некоторых двигателях можно регулировать время нахождения впускных клапанов открытыми. Это регулируется нажатием на педаль газа. Благодаря такой системе количество всасываемого топлива увеличивается, а после его возгорания существенно возрастает и мощность силового агрегата. Автомобиль в таком случае может существенно ускориться.

Сжатие

Вторым рабочим тактом двигателя внутреннего сгорания является сжатие. По достижении поршнем нижней мертвой точки, он поднимается вверх. За счёт этого попавшая в цилиндр смесь во время первого такта сжимается. Топливно-воздушная смесь сжимается до размеров камеры сгорания. Это то самое свободное место между верхними частями цилиндра и поршня, который находится в своей верхней мертвой точке. Клапаны в момент этого такта плотно закрыты. Чем герметичнее образованное пространство, тем более качественное сжатие получается. Очень важно, какое состояние у поршня, его колец и цилиндра. Если где-то присутствуют зазоры, то о хорошем сжатии речи быть не может, а, следовательно, и мощность силового агрегата будет существенно ниже. По величине сжатия определяется то, насколько изношен силовой агрегат.

Рабочий ход

Этот третий по счёту такт начинается с верхней мёртвой точки. И такое название он получил не случайно. Именно во время этого такта в двигателе происходят те процессы, которые двигают автомобиль. В этом такте подключается система зажигания. Она отвечает за поджог воздушно-топливной смеси, сжатой в камере сгорания. Принцип работы ДВС в этом такте весьма прост – свеча системы дает искру. После возгорания топлива происходит микровзрыв. После этого оно резко увеличивается в объёме, заставляя поршень резко двигаться вниз. Клапаны в этом такте находятся в закрытом состоянии, как и в предыдущем.

Выпуск

Заключительный такт работы двигателя внутреннего сгорания – выпуск. После рабочего такта поршнем достигается нижняя мёртвая точка, а затем открывается выпускной клапан. После этого поршень движется вверх, и через этот клапан выбрасывает отработанные газы из цилиндра. Это процесс вентиляции. От того, насколько чётко работают клапан, зависит степень сжатия в камере сгорания, полное удаление отработанных материалов и нужное количество воздушно-топливной смеси.

После этого такта всё начинается заново. А за счёт чего вращается коленвал? Дело в том, что не вся энергия уходит на движение автомобиля. Часть энергии раскручивает маховик, который под действием инерционных сил раскручивает коленчатый вал ДВС, перемещая поршень в нерабочие такты.

А знаете ли вы? Дизельный двигатель тяжелее, чем бензиновый, из-за более высокого механического напряжения. Поэтому конструкторы используют более массивные элементы. Зато ресурс таких двигателей выше бензиновых аналогов. Кроме того, дизельные автомобили возгораются значительно реже бензиновых, так как дизель нелетучий.

Достоинства и недостатки

Мы с вами узнали, что представляет из себя двигатель внутреннего сгорания, а также каково его устройство и принцип работы. В заключение разберём его основные преимущества и недостатки.

Преимущества ДВС:

1. Возможность длительного передвижения на полном баке.

2. Небольшой вес и объём бака.

3. Автономность.

4. Универсальность.

5. Умеренная стоимость.

6. Компактные размеры.

7. Быстрый старт.

8. Возможность использования нескольких видов топлива.

Недостатки ДВС:

1. Слабый эксплуатационный КПД.

2. Сильная загрязняемость окружающей среды.

3. Обязательное наличие коробки переключения передач.

4. Отсутствие режима рекуперации энергии.

5. Большую часть времени работает с недогрузом.

6. Очень шумный.

7. Высокая скорость вращения коленчатого вала.

8. Небольшой ресурс.

Интересный факт! Самый маленький двигатель спроектирован в Кембридже. Его габариты составляют 5*15*3 мм, а его мощность 11,2 Вт. Частота вращения коленвала составляет 50 000 об/мин.

Подписывайтесь на наши ленты в

Это удивительно, что мы уже более 100 лет используем огонь, металл, бензин и масло, чтобы приводить автомобили в движение. И это в то время, когда в наши дни у каждого из нас есть мобильные телефоны, по мощности ничем не уступающие компьютерам. Наши смартфоны могут распознавать лица, отпечатки пальцев и даже измерять сердечный ритм. У нас есть технологии и высокотехнологичные объекты, которые могут разбить друг об друга протоны, позволяющие изучить их обломки. Это позволяет нам раскрывать тайны Вселенной. Мы также можем посадить зонд на комету и отправить спутник за пределы Солнечной системы. И так можно продолжать до бесконечности… Так почему же в век технологической революции мир до сих пор пользуется устаревшими двигателями внутреннего сгорания?

Несмотря на все наши достижения , двигатель внутреннего сгорания фактически остается основным источником движения всего автотранспорта в мире. И это с учетом того, что этот силовой агрегат был придуман более ста лет назад.

Примечательно, что на фоне других, более современных изобретений, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) выглядит очень примитивно. Как и сто лет назад, ДВС работает за счет впрыска топлива, его сжатия, воспламенения и ударной волны, которая образуется из-за сгорания топлива.

Давайте немного проанализируем, как все работает в автомобиле с обычным двигателем.

И так. Вы вставляете в зажигание и поворачиваете его, чтобы запустить стартер. В итоге стартер начинает двигать поршни двигателя вверх и вниз. Далее начинает работать топливный насос подавая топливо в камеру сгорания двигателя.

Вместе с ним начинают работать водяной насос, масляный насос, клапана двигателя, которые начинают свой гармоничный танец, чтобы подавать топливо в камеру сгорания двигателя каждую секунду. В итоге двигатель начинает свою работу, где все его компоненты начинают вращаться и смазываться большим количеством масла.

Согласитесь, что этот процесс относится к очень расточительной операции. Ведь для работы двигателя задействовано множество вспомогательного оборудования, которое практически расходует 75 процентов энергии двигателя впустую. К тому же огромное количество вспомогательных компонентов ДВС быстро выходят из строя из-за постоянной высокой нагрузки.

Но, несмотря на это нельзя говорить, что двигатель внутреннего сгорания изначально основывается на глупой идее. Нет конечно. ДВС служит нам верой и правдой уже более 100 лет и фактически изменил наш мир до неузнаваемости. Но это не означает, что этот удивительный мотор должен служить нам еще следующие 100 лет. Для того времени, когда появился ДВС, это был прорыв, что соответствовало тем технологиям, которые господствовали в ту эпоху.

Но сегодня все изменилось и теперь двигатели внутреннего сгорания не вписываются в тот мир, который нас окружает.

Вы посмотрите на современные автомобили. Они фактически стали выглядеть, как транспортные средства, которые мы видели не раз в фантастических фильмах и футуристических рассказах. Новые автомобили имеют удивительный дизайн, благодаря новым технологиям конструкции и достижениям в аэродинамике.

Современные автомобили могут обмениваться информацией со спутниками, автоматически брать на себя управление автомобилем, предупреждать нас об опасностях на дороге, экстренно тормозить, чтобы избежать опасности, выходить в всемирную сеть Интернет и многое другое.

Но, несмотря на высокотехнологичность, под капотом современных автомобилей, чаще всего, устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, которые являются пережитками прошлого. Это в наши дни выглядит точно также, если бы iPhone 7 оснащался поворотным диском для набора номера.

В наши дни, в 21 веке действительно выглядит устаревшим. Особенно его технология получения энергии, которая образуется путем сжигания материала (топлива), от которого образуются отходы в виде газа. И этот вредный газ мы возвращаем обратно в природу, нанося непоправимый вред всей планете.

Хочу отметить, что я не сумасшедший эколог, которые часами на пролет разглагольствуют о защите земли, атмосферы и сохранения пингвинов в Антарктиде. Таких «зеленых фанатов» в нашем мире и так предостаточно. Причем хочу отметить, что различных ярых защитников природы (на грани фанатизма) было очень много еще задолго появления паровых двигателей, не говоря уже о появлении ДВС. И хочу вас заверить, что подобных фондов и организаций, будет большое количество даже в том случае, если экологии нашей планеты больше ничего угрожать не будет.

Но несмотря на свой нейтралитет по отношению к экологии природы, я хочу однозначно сказать, что двигатель внутреннего сгорания действительно себя изжил и ему не место в нашем 21 веке и в нашем будущем.

Тем более, что в наши дни уже есть технологии, которые основываются на более простых и более эффективных способах получения энергии для движения транспорта.

Но, для того чтобы двигатель внутреннего сгорания ушел навсегда в прошлое, необходимо, чтобы мы с вами поняли, что пришло время поменять наш мир, начав с себя. Дело в том, чтобы любая технология стала основной для использования по всему миру необходимо, чтобы мы к ней привыкли, перестроив свои устои и привычки. Это точно также, как мы сначала тяжело привыкали к мобильным телефонам и долгое время не могли отказаться от домашних стационарных телефонов. Затем на смену пришли смартфоны, которые долгое время оставались нами незамеченными, но в итоге прочно вошли в нашу жизнь. Также можно сказать и о новых технологий в автопромышленности. Ведь пока с нашей стороны не появится спрос на новые источники энергии, новые технологии не смогут отправить двигатели внутреннего сгорания на пенсию.

К сожалению, в наши дни не стоит пока рассчитывать на скорое исчезновение ДВС из современных автомобилей. До того момента, когда двигатели внутреннего сгорания мы сможем увидеть только в музеи или в технической литературе в библиотеке или в Интернете, может пройти еще достаточно времени. Дело в том, что несмотря на устаревшую технологию получения энергии, двигатели внутреннего сгорания еще имеют небольшой потенциал развития и увеличения мощности и экономичности. Этим и пользуются автопроизводители. Но я считаю, что в настоящий момент мы наблюдаем переломный момент в истории ДВС и в скором времени люди начнут понимать, что пришло время отказаться от использования автомобилей, оснащенных традиционными двигателями, работающие . И как только это произойдет, автомобильные компании будут вынуждены в короткий срок перестроиться и начать выпускать массово автомобили без ДВС.

Поверьте, совсем скоро двигатели внутреннего сгорания, в качестве источника энергии для передвижения транспорта, станут, как лошади в начале 20 века.

На первом этапе заката двигателей , уйдут самые неэффективные силовые агрегаты. На рынке на определенное время останутся только самые инновационные и экологически чистые двигатели внутреннего сгорания. Затем исчезнут и они.

Так что наше будущее связано с автомобилями, которые будут оснащаться двигателями, работающие на альтернативных источниках энергии.

Скорее всего, совсем скоро мы будем владеть автомобилями с электрическими двигателями, часть которых будет заряжаться электроэнергией, а часть водородным топливом.

Классификация, общее устройство и принцип действия поршневых ДВС

Лекция №1. Классификация, общее устройство и
принцип действия поршневых ДВС.
1.1. Классификация поршневых ДВС.
1.2.
Рабочий
цикл
четырехтактного
двигателя с принудительным воспламенением.
1.3. Рабочий цикл четырехтактного дизеля.
1.4. Рабочий цикл двухтактного двигателя.
1.5 Сравнение дизельных и бензиновых
двигателей.
1.6.
Работа
многоцилиндрового
четырехтактного двигателя.
1.1 Классификация поршневых ДВС
Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируют по
следующим основным признакам.
1. По способу воспламенения горючей смеси — двигатели с
воспламенением от сжатия (дизели) и двигатели с принудительным
воспламенением от электрической искры (карбюраторные, инжекторные и
газовые).
2. По способу смесеобразования — двигатели с внешним (карбюраторные,
инжекторные и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизели).
3. По способу осуществления рабочего процесса — четырехтактные и
двухтактные.
4. По виду применяемого топлива — двигатели жидкого топлива,
работающие на бензине и дизельном топливе, и двигатели газообразного
топлива (на сжатом и сжиженном газах).
5. По числу цилиндров — одноцилиндровые и многоцилиндровые (двух,
трех, четырех, шестицилиндровые и т.д.).
6. По расположению цилиндров – рядные, V – образные с углом развала
60, 90 и 120 градусов, оппозитные с углом развала 180 градусов.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих
механизмов: кривошипно-шатунного, газораспределения и регулирования, а
также систем — питания, охлаждения, смазки, зажигания и пуска.
Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования
прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во
вращательное движение коленчатого вала.
Его образуют цилиндр 13 поршень 15 с кольцами, поршневой
палец 16, шатун 17, коленчатый вал 19 и маховик 18. Сверху
цилиндр закрыт головкой 12.
Механизм газораспределения предназначен для впуска в
цилиндр горючей смеси или воздуха и выпуска из цилиндра
отработавших газов в определенные промежутки времени.
Он состоит из распределительного вала 2, шестерен 1 привода
распределительного вала, толкателей 3, клапанов 8 и 11, пружин 4.
Система питания служит для приготовления горючей смеси и
подвода ее к цилиндру (карбюраторные и газовые двигатели) или
подачи топлива в цилиндр и наполнения его воздухом (дизели).
Механизм регулирования (регулятор) используется для
изменения количества подаваемой в цилиндр горючей смеси или
топлива в зависимости от нагрузки двигателя.
Система смазки предназначена для подвода смазки к трущимся
деталям с целью уменьшения трения между ними.
Система охлаждения необходима для отвода теплоты от нагретых деталей в
атмосферу.
Она может быть жидкостной или воздушной.
Если система охлаждения жидкостная (водяная), то она имеет водяную
рубашку 14.
Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения
горючей смеси от электрической искры.
У дизеля система зажигания отсутствует.
Система пуска служит для пуска двигателя.
Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси
коленчатого вала двигателя наибольшее, называется верхней мертвой точкой
(в.м.т.).
Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси
коленчатого вала двигателя наименьшее, называется нижней мертвой точкой
(н.м.т.)
Расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками — это ход поршня,
обозначаемый буквой S.
При каждом ходе поршня коленчатый вал поворачивается на половину
оборота, то есть на 180°.
Ход поршня центрального кривошипно-шатунного механизма равен двум
радиусам кривошипа коленчатого вала.
Работу двигателя за один цикл определяют по индикаторной диаграмме графику зависимости давления газа в цилиндре от объема, изменяющегося при
перемещении поршня (координаты р-V).
Индикаторную диаграмму снимают на работающем двигателе при помощи
специального прибора — индикатора.
1.2 Рабочий цикл четырехтактного двигателя с
принудительным воспламенением
Рабочий цикл одноцилиндрового
четырехтактного
карбюраторного двигателя:
а — такт впуска; 1 — цилиндр;
2 — выпускная труба;
3 — выпускной клапан;
4 — поршень; 5 — свеча зажигания;
6 — впускной клапан; 7 — впускная
труба; 5 — карбюратор; 9 — шатун;
10 — коленчатый вал
1. Такт впуска. Поршень 4 движется от в.м.т. к н.м.т.,
создавая разрежение в полости цилиндра над собой.
Впускной клапан 6 при этом открыт, цилиндр через
впускную трубу 7 и карбюратор 8 сообщается с
атмосферой.
Под
влиянием
разности
давлений
воздух
устремляется в цилиндр.
Проходя через карбюратор, воздух распыливает
топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь,
которая поступает в цилиндр. Заполнение цилиндра /
горючей смесью продолжается до прихода поршня в
н.м.т.
К этому времени впускной клапан закрывается.
В начале такта впуска, когда поршень был в в.м.т.,
над поршнем в объеме пространства сжатия имелись
остаточные отработавшие газы от предыдущего цикла.
Горючая
смесь,
заполняя
цилиндр,
перемешивается с остаточными газами и образует
рабочую смесь.
Давление в конце такта впуска равно 0,07…0,09
МПа, а температура рабочей смеси 340…370 К.
2. Такт сжатия. При дальнейшем
повороте коленчатого вала 10 поршень
движется от н.м.т. к в.м.т.
В это время впускной 6 и выпускной 3
клапаны закрыты, поэтому поршень при
своем движении сжимает находящуюся в
цилиндре рабочую смесь.
В такте сжатия составные части
рабочей смеси хорошо перемешиваются и
нагреваются.
Давление в конце такта сжатия
увеличивается
до
0,7…1,2
МПа,
а
температура — до 570…670 К.
В
конце
такта
сжатия
между
электродами
свечи
5
возникает
электрическая искра, от которой рабочая
смесь воспламеняется.
В
процессе
сгорания
топлива
выделяется большое количество теплоты,
давление повышается до 3,0…4,5 МПа, а
температура газов (продуктов сгорания) до 2650 К.
3. Такт расширения. Оба клапана закрыты.
Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в.м.т. к н.м.т. и при
помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал, совершая полезную работу.
К концу такта расширения давление уменьшается до 0,3… 0,4 МПа, а
температура до 1300…1500 К.
4. Такт выпуска. Когда поршень подходит к н.м.т., открывается выпускной
клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают
выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2.
Далее поршень движется от н.м.т. к в.м.т. и выталкивает из цилиндра
отработавшие газы.
К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а
температура 770…1100 К.
Далее рабочий цикл повторяется.
1.3 Рабочий цикл четырехтактного дизеля
Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска
В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо
вводятся раздельно.
1. Такт впуска. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан открыт, в
цилиндр поступает воздух.
Давление в конце такта впуска 0,08…0,09 МПа, а температура воздуха
320…340 К.
2. Такт сжатия. Оба клапана закрыты.
Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. и сжимает воздух.
Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) давление воздуха в
конце этого такта достигает 3,5…4,0 МПа, а температура (780…900 К) становится
выше температуры самовоспламенения топлива.
В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через
форсунку начинается впрыск жидкого топлива.
Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом
воздухе.
Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и
остаточными газами, образуется рабочая смесь.
Большая часть топлива воспламеняется и сгорает.
Давление газов повышается до 5,5…9,0 МПа, а температура до 1990…2200 К.
3. Такт расширения. Оба клапана закрыты.
Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. В начале такта расширения сгорает
остальная часть топлива.
К концу такта расширения давление газов уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а
температура — до 900…1200 К.
4. Такт выпуска. Выпускной клапан открывается.
Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. и через открытый клапан
выталкивает отработавшие газы в атмосферу.
Давление газов при этом 0,11…0,12 МПа.
Температура газов к концу такта выпуска составляет 700…900 К.
Далее рабочий цикл повторяется.
У двигателей обоих описанных типов в течение рабочего цикла только
в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и
посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное
движение.
При выполнении остальных тактов — выпуске, впуске и сжатии — нужно
перемещать поршень, вращая коленчатый вал.
Эти такты являются подготовительными и осуществляются за счет
механической (кинетической) энергии, накопленной маховиком в такте
расширения.
Маховик, обладающий значительной массой, закрепляется на конце
коленчатого вала.
1.4 Рабочий цикл двухтактного двигателя
Двухтактные двигатели могут быть карбюраторными и дизелями.
Общим процессом для всех типов двухтактных двигателей является
использование потока свежей смеси или воздуха для удаления отработавших газов
из цилиндра — так называемая продувка, которая осуществляется различными
способами.
Схема устройства и работы двухтактного карбюраторного двигателя:
1 — канал, идущий из кривошипной камеры; 2 — продувочное окно;
3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 — свеча; 6 — выпускное окно; 7 — впускное
окно; 8 — карбюратор; 9 — кривошипная камера
У двигателей этого типа в стенке цилиндра 4 сделаны три окна: впускное 7,
продувочное 2 и выпускное 6.
Картер (кривошипная камера) 9 двигателя непосредственного сообщения с
атмосферой не имеет.
К впускному окну 7 присоединен карбюратор 8.
Продувочное окно 2 сообщается каналом 1 с кривошипной камерой 9
двигателя.
Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя происходит следующим
образом.
Поршень 3 движется от н.м.т. к в.м.т., перекрывая в начале хода продувочное
окно 2, а затем выпускное 6.
После этого в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей
смеси.
В то же время в кривошипной камере 9 создается разрежение, и, как только
нижняя кромка юбки поршня откроет впускное окно 7, через него из карбюратора 8
в кривошипную камеру будет засасываться горючая смесь.
При положении поршня, близком к в.м.т., сжатая рабочая смесь
воспламеняется электрической искрой от свечи 5.
При сгорании смеси давление газов резко возрастает. Под давлением газов
поршень перемещается к н.м.т.
Как только он закроет впускное окно 7, в кривошипной камере 9 начнется
сжатие ранее поступившей сюда горючей смеси.
В конце хода поршень открывает выпускное окно 6, а затем и продувочное
окно 2.
Через открытое выпускное окно отработавшие газы с большой скоростью
выходят в атмосферу.
Давление в цилиндре быстро понижается.
К моменту открытия продувочного окна давление сжатой горючей смеси в
кривошипной камере становится выше, чем давление отработавших газов в
цилиндре.
Поэтому горючая смесь из кривошипной камеры по каналу 1 поступает в
цилиндр и, заполняя его, выталкивает остатки отработавших газов через
выпускное окно наружу.
В дальнейшем все процессы повторяются в такой же последовательности.
Рабочий цикл двухтактного дизеля протекает аналогично рабочему циклу
двухтактного карбюраторного двигателя и отличается только тем, что у дизеля в
цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух и в конце процесса сжатия
впрыскивается топливо, которое воспламеняется от соприкосновения с нагретым
воздухом.
1.5 Сравнение дизельных и бензиновых двигателей
Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие
основные преимущества.
1. На единицу произведенной работы расходует в среднем на 20…25% (по
массе) меньше топлива.
2. Работает на более дешевом топливе, которое не так опасно в пожарном
отношении.
Недостатки дизеля:
1. Более высокое давление газов в цилиндре требует повышенной прочности
отдельных деталей, а это приводит к увеличению размеров и массы дизеля.
2. Пуск его труднее, особенно в зимнее время.
Хорошие экономические показатели дизелей обеспечили им широкое
применение в качестве двигателей для тракторов, а также автомобилей большой
грузоподъемности.
Большинство применяемых в сельском хозяйстве двигателей четырехтактные,
потому что двухтактные двигатели менее экономичны, так как у них цилиндр хуже
очищается от продуктов сгорания.
Особенно неэкономичны двухтактные карбюраторные двигатели, в которых
продувка цилиндра осуществляется горючей смесью.
1.6 Работа многоцилиндрового четырехтактного двигателя
Несмотря на наличие маховика, коленчатый вал одноцилиндрового двигателя
вращается неравномерно: ускоренно во время такта расширения и замедленно в
других тактах.
Сгорание заряда горючей смеси, необходимого для получения нужной
мощности, создает резкую, ударную нагрузку на детали кривошипно-шатунного
механизма, что увеличивает износ этих деталей и вызывает колебания всего
двигателя.
У одноцилиндрового двигателя при движении поршня, шатуна и коленчатого
вала возникают значительные силы инерции, уравновесить которые весьма
сложно.
Кроме того, для такого двигателя характерна плохая приемистость способность быстро увеличивать частоту вращения коленчатого вала.
Чтобы устранить эти недостатки одноцилиндровых двигателей, на тракторах,
автомобилях и стационарных машинах, как правило, устанавливают
многоцилиндровые двигатели, то есть такие, в которых несколько
одноцилиндровых двигателей объединены в один.
У многоцилиндрового двигателя более частое повторение тактов расширения
обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала.
Поэтому с увеличением числа цилиндров двигателя размеры его маховика
уменьшают.
Расположение цилиндров многоцилиндровых двигателей может быть
однорядным или двухрядным.
У большинства однорядных двигателей цилиндры размещают вертикально
(рис., а), а у двухрядных — под некоторым углом друг к другу.
Если в двухрядном двигателе угол между цилиндрами меньше 180°, его
называют V-образным (рис., б).
Схемы расположения цилиндров двигателя: а — однорядное; б — V-образное
Отечественные многоцилиндровые двигатели имеют различное (обычно
четное) число цилиндров — от двух до восьми.
Для двигателей с однорядным расположением цилиндров характерны
большие габариты и масса, нежели для V-образных.
Последовательность чередования тактов расширения в цилиндрах называется
порядком работы цилиндров двигателя.
Порядок работы двигателя зависит от расположения цилиндров, взаимного
положения кривошипов коленчатого вала и последовательности открытия и
закрытия клапанов механизма газораспределения.
Четырехцилиндровый однорядный двигатель можно представить как
соединенные вместе четыре одноцилиндровых двигателя с одним общим
коленчатым валом, кривошипы (колена) которого расположены в одной плоскости.
Два крайних колена направлены в одну сторону, а два средних — в
противоположную (под углом 180°).
Поршни в этом случае движутся в цилиндрах попарно. Когда поршни в первом
и четвертом цилиндрах опускаются, во втором и третьем цилиндрах поршни
поднимаются (и наоборот).
При таком расположении колен
возможен порядок работы 1—3— 4—2
(двигатель
Д-245)
или
1—2—4—3
(двигатели ЗМЗ-451 и ЗМЗ-24Д).
Работа четырехцилиндрового
четырехтактного двигателя
(порядок работы 1—3—4—2)
Чередование тактов в четырехцилиндровом
четырехтактном двигателе с порядком работы 1—3—4—2
Чередование тактов в шестицилиндровом четырехтактном
двигателе с порядком работы 1—5—3—6—2—4
В шестицилиндровых однорядных четырехтактных двигателях колена вала
расположены под углом 120° друг к другу и симметрично относительно середины
вала, благодаря чему достигается равномерное чередование тактов расширения и
хорошая уравновешенность двигателя.
Порядок работы таких двигателей (ГАЗ-52) 1—5—3—6—2—4.
В восьмицилиндровых V-образных четырехтактных двигателях угол между
осями цилиндров левой и правой группы равен 90° и оси пересекаются с осью
коленчатого вала, который имеет четыре кривошипа.
Для равномерного чередования тактов колена вала расположены попарно в
двух взаимно перпендикулярных плоскостях и в каждой паре под углом 180°.
Порядок работы цилиндров этих двигателей (ЗИЛ-130 и ГАЗ-53) 1—5—4—2—
6—3—7—8.

Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания

Категория:

   Устройство и работа двигателя

Публикация:

   Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания

Читать далее:



Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания

В двигателе внутреннего сгорания преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу происходит внутри цилиндра двигателя.

В двигателе с внешним смесеобразованием в замкнутое пространство, образованное стенками цилиндра, его головкой и днищем поршня, через впускной клапан при перемещении поршня вниз всасывается горючая смесь, состоящая из жидкого топлива или горючего газа, смешанного в Определенной пропорции с воздухом. При перемещении поршня вверх смесь сжимается и воспламеняется от постороннего источника тепла. При сгорании смеси выделяется большое количество тепла, вследствие чего газы, получившиеся при сгорании, нагреваются и давление их сильно возрастает. Под действием давления газов поршень перемещается в цилиндре вниз и посредством шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом полезную работу. При обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан.

Рассмотренный процесс непрерывно повторяется, чем обеспечивается работа двигателя и получение на коленчатом валу необходимого для движения автомобиля усилия.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

При вращении коленчатого вала его шатунная шейка вместе с нижней головкой шатуна описывает окружность (рис. 1). Верхняя головка шатуна вместе с поршнем при этом перемещается в цилиндре прямолинейно вверх и вниз (возвратно-поступательно). При одном обороте колена (кривошипа) вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх.

Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвых точках.

Верхней мертвой точкой (в. м. т.) называют самое верхнее положение поршня и кривошипа (рис. 1, а).

Нижней мертвой точкой (н. м. т.) называют самое нижнее положение поршня и кривошипа (рис. 1, б).

При положении поршня в мертвых точках давление газов на поршень не может вызвать поворота коленчатого вала, так как шатун и кривошип коленчатого вала располагаются в одну линию.

Ходом поршня называется расстояние между крайними положениями поршня (от в. м. т. до н. м. т.). По величине ход поршня равен двум радиусам кривошипа.

Двигатели, у которых длина хода поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными. Такие двигатели получают все большее распространение, так как при больших числах оборотов коленчатого вала скорость поршня получается невысокой, что обеспечивает большую износостойкость двигателя.

При повороте кривошипа от мертвых точек на одинаковые углы поршень проходит различные расстояния. Это означает, что при равномерном вращении коленчатого вала поршень в цилиндре двигается неравномерно с ускорениями и замедлениями, вследствие чего в работающем двигателе появляются силы инерции.

Тактом называют процесс, происходящий в цилиндре при движении поршня от одной мертвой точки к другой.

Рис. 1. Основные положения кривопшпно-шатунного механизма

При перемещении поршня вниз от в. м. т. до п. м. т. (рис. 16, б) объем внутренней полости цилиндра над поршнем изменяется от минимального значения (объем камеры сгорания) до максимального (полный объем цилиндра).

Камерой сгорания называется пространство в цилиндре над поршнем при положении его в в. м. т.

Рабочим объемом цилиндра называется объем цилиндра, заключенный между верхней и нижней мертвыми точками.

Рабочим объемом, или литражом двигателя, называется рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах.

Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания.

Степенью сжатия двигателя называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь (заряд) при перемещении поршня из н. м. т. в в. м. т. Чем выше степень сжатия двигателя, тем большую экономичность по расходу топлива имеет двигатель.

Рекламные предложения:


Читать далее: Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя автомобиля

Категория: — Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Тип урока: лекция с элементами поисковой деятельности (1 час).

Тема: Двигатель внутреннего сгорания.

Цель урока: изучить устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания.

Задачи урока:

  • Обучающие: продолжить знакомить учащихся с физическими принципами действия тепловых двигателей на примере двигателя внутреннего сгорания.
  • Развивающие: развивать умения применять полученные знания для объяснений явлений, развивать у учащихся интерес к изучению физики, развивать устную речь, умения выражать свои мысли.
  • Воспитательные: формировать доброжелательные отношения в классе, такие качества, как ответственность, аккуратность, умения слушать других.

Оборудование:

  • Таблица “Двигателя внутреннего сгорания”.
  • На стене кабинета висит плакат.
  • Модели двигателя на кафедре преподавателя.
    • доска,
    • мел,
    • указка.
  • Проектор для показа видео клипа «ДВС».

План урока.

  1. Организационный момент.
  2. Актуализация знаний.
  3. Исторический экскурс. 
  4. Изучение нового материала. (показ видео клипа)
  5. Совершенствование умений.
  6. Домашнее задание.
  7. Подведение итогов.
1 мин.
10 мин.
4 мин.
1 мин.
15 мин.
12 мин.
1 мин.
1 мин.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Методическое обоснование: воспитываю доброжелательное отношение друг к другу, готовлю учащихся к активному восприятию материала, заинтересовываю их.
Сегодня мы с вами продолжим изучать тепловые двигатели, более подробно остановимся на одном из них, двигатель внутреннего сгорания. В своей жизни мальчики с ним уже наверное встречались, разбирали его. Но и девочкам я думаю, что узнать его устройство и принцип действия тоже будет полезно, так как сейчас всё больше женщин садятся за руль автомобилей. Но прежде, чем приступить к изучению нового материала, давайте вспомним, что мы изучали ранее.

2. Актуализация знаний

Методическое обоснование: проверяется уровень знаний, проводится подготовка к изучению нового материала.

2.1. Фронтальный опрос:

Учитель: Учащиеся:
1) Дайте определение теплового двигателя. Машина, в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую.
2) Какие превращения энергии происходят в тепловом двигатели? Внутренняя энергия топлива– энергия газа (пара) механическая энергия.
3) Что такое КПД? Отношение полезной работы, совершенной двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.
4) Почему КПД тепловых машин всегда меньше 100%? Часть энергии идет на нагревание деталей, окружающего воздуха.

2.2. Решение задачи на расчет коэффициента полезного действия тепловой машины.

2.3. Заслушивание доклада “Вечный двигатель и невозможность их создания”

2.4. Приведите примеры тепловых машин. (Паровая и газовая турбины, двигатель внутреннего сгорания)

Сегодня на уроке мы рассмотрим более подробно устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания. Записываем тему урока.

3. Исторический экскурс (Приложение 1)

Методическое обоснование: развития интереса изучения физики, расширение кругозора учащихся.

Учитель: прежде чем приступить к изучению новой темы, послушаем доклад об истории создания тепловых двигателей.

Показ видео клипа на тему «ДВС» (Приложение 2). Этот клип можно показывать на интерактивных панелях города.

Учащийся: делает доклад “Изобретение ДВС”.

4. Изучение новой темы

Методическое обоснование: реализуются обучающие задачи урока, идёт активизация мыслительной и самостоятельной деятельности учащихся, воспитывается чувство уверенности в высказывании своего мнения.

При объяснении нового материала используются знания учащихся из повседневной жизни, а также таблица “Двигатель внутреннего сгорания”.

Учитель: Назовите элементы ДВС.

Учащиеся: Цилиндр, поршень, коленчатый вал, шатун, маховик, впускной и выпускной клапаны, свеча.

Учитель: Ещё раз называет эти элементы, показывая их по таблице, а также отмечает, что маховик используется для уменьшения неравномерности вращения вала. Затем просит учащихся записать элементы ДВС в тетрадях. Записи тут же проверяются.

Далее учитель продолжает объяснение нового материала: само название ДВС говорит о том, что топливо сгорает внутри самого двигателя– прямо в цилиндре. ДВС работают на жидком топливе (бензин, керосин) или на горючем газе.

В таких двигателях постоянно происходит сгорание горючей смеси (пары бензина и воздуха). При сгорании этой смеси образуются газы, температура которых порядка 1600-1800оС.

Принцип действия ДВС.

Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками.
Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. Один рабочий цикл в двигателе происходит за 4 хода поршня или такта. Поэтому такие двигатели называются четырёхтактными. Рассмотрим более подробно каждый такт.
Учащиеся: пытаются сами объяснить работу двигателя в каждом такте.
Затем учитель ещё раз останавливается на этом, объясняя подробнее с использованием таблицы.

Учитель:

1 такт – впуск: при повороте вала поршень опускается вниз. Объём над поршнем увеличивается, в цилиндре создается разрежение, клапан 1 открывается и в цилиндр входит горючая смесь. В конце такта цилиндр заполняется горючей смесью и клапан 1 закрывается.
2 такт – сжатие: при дальнейшем повороте вала поршень начинает двигаться вверх и сжимает горючую смесь, когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь возгорается от электрической искры и быстро сгорает.
3 такт – рабочий ход: образующиеся при сгорании смеси газы давят на поршень и он движется вниз. В этом случае двигатель совершает работу. Этот такт называется рабочим ходом.
Во 2 и 3 тактах оба клапана закрыты.
4 такт – в конце 3 такта клапан 2 открывается и через него продукты сгорания выходят в атмосферу. В течение такта поршень движется вверх. В конце такта клапан 2 закрывается.
Итак, цикл двигателя состоит из 4 тактов. Давайте вспомним их ещё раз.

Учащиеся: ещё раз называют названия тактов, затем их записывают в тетрадях. Записи тут же проверяются.
Для более наглядного восприятия нового материала используется компьютерное моделирование работы двигателя внутреннего сгорания.

5. Совершенствование умений

Методические обоснования: совершенствовать умения учащихся в решении задач, объяснять с помощью полученных знаний некоторые явления.

6. Решение задач

1. Можно ли ружьё считать тепловым двигатель?

Ответ: да, можно. Так как при выстреле часть тепловой энергии превращается в кинетическую энергию пули.

2. Можно ли двигатель внутреннего сгорания использовать на подводной лодке?

Ответ: нет, нельзя, так как недостаточно воздуха.

3. Один ученик решает задачу у доски, остальные в тетрадях. Задача: двигатель внутреннего сгорания совершил работу, равную 2,3·10кДж, и при этом затратил бензин массой 2кг. Вычислите КПД этого двигателя.

7. Домашнение задание

Методическое обоснование: подготовка учащихся на выполнение домашнего задания, развитие интереса к изучению физики.

Учитель: п.22.

Учащиеся: записывают в дневники.

8. Подведение итогов

Методическое обоснование: воспитание интереса изучения физики.

Учитель: Хочется отметить, что научно-технический прогресс неуклонно совершенствует конструкции, технические характеристики автомобилей. Важным на современном этапе является создание новых экономичных и экологически чистых машин. Это– машины нового века, новых технологий. Это – машины будущего.

Структура и принцип работы льдогенератора

Автор: Синан Д. Должность: Менеджер по экспорту и продажам Дата: марта 2019 г. https://www.linkedin.com/in/sinan-dayioglu-2a3800109/

Использование льда для охлаждения продуктов, напитков и других продуктов началось с самых ранних периодов цивилизации. Использование натурального льда с началом механического охлаждения осталось в прошлом. Производство искусственного льда стало важной частью отрасли.Принцип производства льда обеспечивается методом охлаждения. Производство льда производится из очень маленьких кусочков от 5,10 или 25 кг до 100-150 кг в зависимости от потребности. Напитки с маленькими кубиками льда можно быстро охладить, не разбавляя. Для быстрого охлаждения чашки с напитком служат кубики льда.

Чем больше площадь поверхности льда, тем быстрее будет отвод тепла от жидкости, из которой погружен лед. Например, кубик льда размером 6,5 см³ будет иметь поверхность 39 см² для контакта с напитком для передачи тепла.Когда эти кубики льда помещаются в 4 чашки, общая площадь теплопередачи составляет 156 см². Если центром льда является лунка, площадь теплопередачи увеличивается. ( Tube Ice Machine )

Льдогенераторы работают в полуавтоматическом, полностью автоматическом режиме с развитием технологий, а их суточная производительность составляет от 25-50 кг до 100 тонн льда. Лед производят как в различных размерах, так и в различных формах. Эти; кубический лед, тонкие пленки, такие как брикетный лед (листовой лед), середина отверстия в виде льда и большие кубики льда прямоугольной формы.Некоторые льдогенераторы встречаются в механизмах, которые дробят кубиков льда . Измельченный и плоский слой используется в ледяных ресторанах и кафетериях для охлаждения и демонстрации салатов, десертов. В зависимости от конструкции льдогенераторов лед получают путем разбрызгивания воды на испаритель или погружения испарителя в воду в вертикальном или горизонтальном положении.

Вода, распыляемая в гнездах перевернутого испарителя на Рисунке 3.1, через некоторое время начинает замерзать в гнездах и заполняет их.Когда система размораживания активирована, формы для льда, выходящие из гнезд, начинают выливаться в контейнер для льда.

Рисунок 3.1: Принцип льда, полученного путем распыления воды в перевернутые испарительные гнезда

На рисунке 3.2 наконечники испарителя погружены в движущийся резервуар с водой, вода вокруг них. Бак для воды наклоняется вниз с помощью механической системы. При включении размораживания в емкость высыпается лед. Кроме того, в самодельных шкафах есть механизмы для изготовления льда.

Рисунок 3.2: Принцип получения льда путем погружения наконечников испарителя в камеру с движущейся водой

Неисправности и устранение неисправностей льдогенератора


1. Льдогенератор не работает


Причины:

— Возможно, аппарат не получает энергию. — Возможно, неисправен рабочий ключ. — Кабели, подводящие ток к рабочему выключателю, могут быть неисправны или неисправны.- Двигатель вентилятора и эхо могут быть неисправны.

Устранение:

— Проверьте напряжение в розетке или разветвлении, где машина подключена к источнику питания. — Рабочий переключатель контролируется. Если он неисправен, его меняют. — Проверяются питающие и другие кабели, по которым ток к рабочему переключателю. Неисправные кабели заменяются. — Электродвигатель вентилятора и ремонт проверяются отдельно и неисправность. Дефект заменен.

2. Двигатель вентилятора не работает


Причины:

— Возможно, неисправен рабочий ключ.- Кабели, подводящие ток к двигателю вентилятора, могут быть повреждены или неисправны. — Возможно, неисправен конденсатор двигателя вентилятора. — Двигатель вентилятора может быть неисправен.

Устранение:

— Рабочий выключатель управляется. Если он неисправен, его меняют. — Проверить кабели. Если есть какие-либо выдвинутые концы, они будут вставлены. Неисправные кабели заменяются. — Конденсатор двигателя вентилятора контролируется. Если он неисправен, его меняют. — Двигатель вентилятора контролируется. Если он неисправен, его меняют

3.Электродвигатель вентилятора льдогенератора работает. Он не охлаждает и не нагревает. Это почему?


Причины:

— Термостат может быть неисправен или неправильно подключен. — Термический аппарат для выемки грунта может быть неисправен. — Возможно, неисправно реле выемки грунта. — Эковат постоянного или начального конденсатора может быть неисправен. — Земляной грунт может быть неисправен.

Устранение:

— Термостат регулируется. Если он неисправен, его меняют.Исправлено при неправильном подключении. — Проверить термическую выемку грунта. Если ток не проходит, термос заменяют на новый. — Реле управляемое. Реле меняют, если контакты залипают или не текут. — Постоянный и развивающий конденсатор контролируется. Если он неисправен, его меняют. — Проверены наконечники намотки Ecovate. Если активатор неисправен, его заменяют. В систему подведен газ.

4. Эхо льдогенератора не слышно. Это термический


Причины:

— Возможно, неисправны постоянные или начальные конденсаторы.- Возможно, реле неисправно. — Напряжение в сети может быть менее 180 вольт. — Возможно, в систему было подано больше газа. — Время балансировки газа не может быть закончено. — Земляной грунт может быть неисправен.

Устранение:

— Конденсаторы контролируются. Если он неисправен, его заменяют. — Реле управляемое. Если он неисправен, его меняют. — Проверить сетевое напряжение. Если напряжение ниже 180 вольт, напряжение следует увеличить или использовать регулятор напряжения.- Избыточный газ сбрасывается, если в системе есть избыток газа. — Equate обесточивается до тех пор, пока не истечет время уравновешивания газа. Затем энергия проверяется, чтобы увидеть, работает ли земляной вал. — Проверьте концы намотки эковата. Если он неисправен, эхо заменяется. В систему подведен газ.

5. Предохранители льдогенератора


Причины:

— Возможно короткое замыкание кабеля питания. — Токоведущие кабели могут быть отсоединены или неисправны.- Возможно короткое замыкание в обмотках двигателя вентилятора. — Возможно короткое замыкание обмоток ecovat.

Устранение:

— Кабель питания проверен. При коротком замыкании кабель заменяется. — Токоведущие кабели проверены. Выброшенный конец заменяется. Заменены кабели с короткими замыканиями. — Двигатель вентилятора контролируется. Электродвигатель вентилятора заменяют, если он неисправен или протекает. — Ecovate контролируется. При коротком замыкании в котловане эхо заменяется и подается газ.

6. Льдогенератор шумит


Причины:

— Втулка или подшипники двигателя вентилятора могут быть неисправны. — Эковат может работать голосом.

Устранение:

— Двигатель вентилятора управляется. Если голос работает, звук очищается. При необходимости заменил. — Экскаватор контролируется. Крепежные винты затянуты. Если звук исходит от эковейта, эковейл заменяется.

Синан Дайоглу

Ответственный за продажи и экспорт

https://www.linkedin.com/in/sinan-dayioglu-2a3800109/

Как работают ледогенераторы | HowStuffWorks

Существует множество способов сконфигурировать большой отдельно стоящий ледогенератор — все, что вам нужно, это система охлаждения, водоснабжение и какой-либо способ сбора образующегося льда.

В одной из простейших профессиональных систем используется большой металлический поддон для кубиков льда, расположенный вертикально.Вы можете увидеть, как эта система работает, на схеме ниже.

В этой системе металлический лоток для льда подсоединен к набору спиральных теплообменных труб , подобных тем, которые находятся на задней стороне холодильника. Если вы читали «Как работают холодильники», то знаете, как работают эти трубы. Компрессор приводит в движение поток хладагента в непрерывном цикле конденсации и расширения. По сути, компрессор пропускает хладагент через узкую трубку (называемую конденсатором ) для его конденсации, а затем выпускает его в более широкую трубку (называемую испарителем ), где он может расширяться.

Сжатие хладагента увеличивает его давление, что увеличивает его температуру. Когда хладагент проходит через узкие змеевики конденсатора, он отдает тепло более холодному воздуху снаружи, и он конденсируется в жидкость. Когда сжатая жидкость проходит через расширительный клапан , она испаряется — расширяется и превращается в газ. Этот процесс испарения потребляет тепловую энергию из металлических труб и воздуха вокруг хладагента. Это охладит трубы и прикрепленный к ним металлический поддон для льда.

Ледогенератор имеет водяной насос, который забирает воду из сборного поддона и выливает ее на поддон для охлажденного льда. По мере того, как вода течет по лотку, она постепенно замерзает, образуя кубики льда в углублении лотка. Когда вы таким образом замораживаете воду слой за слоем, она образует чистый лед. Если заморозить все сразу, как в домашнем льдогенераторе, лед станет мутным (дополнительную информацию см. В разделе «Как сделать прозрачные кубики льда?»).

По прошествии заданного времени ледогенератор запускает электромагнитный клапан , подключенный к теплообменным змеевикам.Переключение этого клапана изменяет путь хладагента. Компрессор перестает нагнетать нагретый газ из компрессора в узкий конденсатор; вместо этого он нагнетает газ в широкую перепускную трубку . Горячий газ возвращается в испаритель без конденсации. Когда вы проталкиваете горячий газ через трубы испарителя, трубы и лоток для льда быстро нагреваются, в результате чего кубики льда разрыхляются.

Как правило, отдельные полости для кубов имеют наклон на , поэтому разрыхленный лед может самостоятельно выскользнуть в сборный бункер, расположенный ниже.Некоторые системы имеют цилиндр , поршень , который слегка толкает лоток, сбивая кубики.

Такая система популярна в ресторанах и отелях, поскольку позволяет производить кубики льда стандартной формы и размера. Другим предприятиям, таким как продуктовые магазины и научно-исследовательские фирмы, нужны более мелкие хлопья льда для упаковки скоропортящихся продуктов. Далее мы рассмотрим чешуйчатые льдогенераторы.

Принцип работы льдогенератора

В настоящее время льдогенератор используется все шире и шире. Например, этот тип льдогенератора широко используется в отелях, ресторанах, кафе, ресторанах быстрого питания и т. Д.Но действительно ли у вас есть сознательное представление о том, что такое льдогенератор, и знаете ли вы принципы работы льдогенератора?

Льдогенератор — это разновидность оборудования для охлаждения льда. Воду сначала нужно залить в испаритель машины, затем после испарения образующийся пар будет поступать в систему охлаждения и охлаждаться в лед с помощью хладагента.

Вначале давайте рассмотрим первый вопрос. Лед можно разделить на разные типы в соответствии с различными методами сортировки.В зависимости от формы льда, льдогенераторы можно разделить на трубчатые льдогенераторы, льдогенераторы, чешуйчатые льдогенераторы, пластинчатые льдогенераторы и кубические льдогенераторы. В то время как в соответствии с функциями льда, льдогенераторы могут быть сгруппированы в ледогенераторы для съедобного использования и машины для промышленного использования. Вообще говоря, лед, изготовленный с помощью машины для производства льда из труб и частиц, обычно используется в пищу, в то время как лед, сделанный на других машинах, предназначен для промышленного использования.

Многие люди действительно хотят знать принципы работы льдогенераторов, они всегда задаются вопросом, как они могут так легко превратить воду в лед? А теперь давайте вместе откроем секрет.

Прежде всего, с помощью водяного насоса охлажденная вода в накопительном баке непрерывно циркулирует в пластинах и ящиках льдогенератора.

Затем, после последовательной последовательности, вдох — сжатие — выхлоп — конденсация — дроссель — низкотемпературное испарение (вода всегда испаряется при низкой температуре: -10 ℃ -18 ℃), охлажденная вода, которая находится в воде с температурой 0 ℃, продолжает конденсироваться постепенно превращаться в лед на поверхности испарителя с более низкой температурой. Когда лед конденсируется до определенного уровня толщины, или вы можете сказать, когда температура хладагента достигает заданной температуры, снова начинается другая циркуляция.Из приведенных выше статей вы теперь можете в общих чертах понять принцип работы льдогенератора.



Устройство

, принцип работы и настройка. Принцип работы ДВС и его основные узлы

Без преувеличения можно сказать, что большинство самоходных устройств сегодня приводится в действие двигателями. Внутреннее сгорание различных конструкций, использующих разные принципиальные схемы работы. Во всяком случае, если говорить об автомобильном транспорте.В этой статье мы подробнее рассмотрим двигатель внутреннего сгорания. Что это такое, как работает этот агрегат, каковы его плюсы и минусы, вы узнаете, прочитав его.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Основной принцип работы ДВС основан на том, что топливо (твердое, жидкое или газообразное) сгорает в специально выделенном рабочем объеме внутри самого агрегата, преобразовывая тепловую энергию в механическую. .

Рабочая смесь, поступающая в цилиндры такого двигателя, сжимается.После его воспламенения с помощью специальных устройств возникает избыточное давление газов, заставляющее поршни цилиндров возвращаться в исходное положение. Это создает постоянный рабочий цикл, в котором кинетическая энергия преобразуется в крутящий момент с помощью специальных механизмов.

Сегодня устройства ICE могут быть трех основных типов:

  • , часто называемые легкими;
  • четырехтактный силовой агрегат для более высоких значений мощности и КПД;
  • с повышенными силовыми характеристиками.

Кроме того, существуют другие модификации базовых схем, позволяющие улучшить некоторые свойства энергоустановок данного типа.

Преимущества двигателей внутреннего сгорания

В отличие от силовых агрегатов, которые предусматривают наличие внешних камер, двигатель внутреннего сгорания имеет существенные преимущества. Основные из них:

  • значительно более компактные по размерам;
  • более высокие показатели мощности;
  • оптимальные значения КПД.

Следует отметить, говоря о двигателе внутреннего сгорания, что это устройство, которое в подавляющем большинстве случаев позволяет использовать различные виды топлива. Это может быть бензин, солярка, природный или керосин и даже обычная древесина.

Эта универсальность принесла этой концепции двигателя заслуженную популярность, повсеместное распространение и поистине глобальное лидерство.

Краткий исторический экскурс

Считается, что история двигателя внутреннего сгорания началась с создания французским де Ривасом в 1807 году поршневого агрегата, который использовал водород в качестве топлива в газообразном агрегатном состоянии.И хотя с тех пор устройство ДВС претерпело существенные изменения и модификации, основные идеи этого изобретения продолжают использоваться и сегодня.

Первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был выпущен в 1876 году в Германии. В середине 80-х годов XIX века в России был разработан карбюратор, позволяющий измерять подачу бензина в цилиндры двигателя.

А в самом конце позапрошлого века знаменитый немецкий инженер предложил идею воспламенения горючей смеси под давлением, что значительно повысило силовые характеристики ДВС и показатели эффективности агрегатов этого типа, которые ранее оставляла желать лучшего.С тех пор развитие двигателей внутреннего сгорания шло в основном по пути усовершенствования, модернизации и внедрения различных улучшений.

Основные типы и типы двигателей внутреннего сгорания

Тем не менее, более чем 100-летняя история агрегатов этого типа позволила разработать несколько основных типов энергетических установок с внутренним сгоранием топлива. Они различаются между собой не только составом используемой рабочей смеси, но и конструктивными особенностями.

Бензиновые двигатели

Как видно из названия, агрегаты этой группы используют в качестве топлива различные виды бензина.

В свою очередь, такие силовые установки принято делить на две большие группы:

  • Карбюраторные. В таких устройствах топливная смесь перед поступлением в цилиндры обогащается воздушными массами. специальное устройство (карбюратор). Затем он воспламеняется электрической искрой. Среди наиболее ярких представителей этого типа можно назвать модели ВАЗ, двигатель внутреннего сгорания которых очень долгое время был исключительно карбюраторного типа.
  • Впрыск. Это более сложная система, в которой топливо впрыскивается в цилиндры с помощью специального коллектора и форсунок. Это может происходить как механически, так и с помощью специального электронного устройства … Системы непосредственного впрыска Common Rail считаются наиболее производительными. Устанавливается практически на все современные автомобили.

Инжекторные бензиновые двигатели считаются более экономичными и обеспечивают более высокий КПД. Однако стоимость таких агрегатов намного выше, а обслуживание и эксплуатация намного сложнее.

Дизельные двигатели

На заре существования агрегатов этого типа очень часто можно было услышать анекдот про двигатель внутреннего сгорания, что это устройство, которое ест бензин как лошадь, но движется намного медленнее. С изобретением дизеля эта шутка частично потеряла актуальность. В основном потому, что дизельное топливо способно работать на гораздо более низком качестве топлива. Это означает, что он намного дешевле бензина.

Основным принципиальным отличием внутреннего сгорания является отсутствие принудительного воспламенения топливной смеси… Дизельное топливо впрыскивается в цилиндры через специальные форсунки, при этом отдельные капли топлива воспламеняются за счет силы давления поршня. Помимо достоинств, у дизельного двигателя есть и ряд недостатков. Среди них следующие:

  • значительно меньшая мощность по сравнению с бензиновыми силовыми установками;
  • большие габаритные и весовые характеристики;
  • трудности с запуском в экстремальных погодно-климатических условиях;
  • недостаточная тяга и склонность к неоправданным потерям мощности, особенно на относительно высоких скоростях.

Кроме того, ремонт ДВС дизельного типа, как правило, намного сложнее и дороже, чем наладка или восстановление работоспособности бензинового агрегата.

Газовые двигатели

Несмотря на невысокую стоимость природного газа, используемого в качестве топлива, устройство ДВС, работающего на газе, несравнимо сложнее, что приводит к значительному удорожанию агрегата в целом, его установки. и, в частности, эксплуатация.

На электростанциях этого типа сжиженный или природный газ поступает в баллоны через систему специальных редукторов, коллекторов и форсунок.Воспламенение топливной смеси происходит так же, как и в карбюраторных бензиновых установках — с помощью электрической искры, исходящей от свечи зажигания.

Комбинированные типы двигателей внутреннего сгорания

Мало кто знает о комбинированных системах ДВС. Что это такое и где применяется?

Речь, конечно же, не идет о современных гибридных автомобилях, которые могут работать как на топливе, так и на электродвигателе. Комбинированными двигателями внутреннего сгорания принято называть такие агрегаты, в которых сочетаются элементы различных принципов топливных систем.Наиболее яркими представительными семействами таких двигателей являются газодизельные агрегаты. В них топливная смесь поступает в блок ДВС практически так же, как в газовых агрегатах. Но горючее воспламеняется не с помощью электрического разряда от свечи, а воспламеняющейся порцией дизельного топлива, как в обычном дизельном двигателе.

Техническое обслуживание и ремонт двигателей внутреннего сгорания

Несмотря на достаточно большое разнообразие модификаций, все двигатели внутреннего сгорания имеют схожую базовую конструкцию и принципиальную схему.Тем не менее, чтобы провести качественное обслуживание и ремонт двигателя внутреннего сгорания, необходимо досконально знать его устройство, понимать принципы работы и уметь выявлять проблемы. Для этого, конечно, необходимо внимательно изучить конструкцию двигателей внутреннего сгорания разного типа, понять для себя назначение тех или иных деталей, узлов, механизмов и систем. Это непростая задача, но очень увлекательная! И самое главное правильное.

Специально для пытливых умов, желающих самостоятельно постичь все загадки и секреты практически любого транспортного средства, примерная принципиальная схема ДВС изображена на фото выше.

Итак, мы выяснили, что это за силовой агрегат.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — наиболее распространенный тип двигателей, устанавливаемых в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи деталей, принцип его работы довольно прост.В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.

Внизу страницы смотрите видео, на котором наглядно показано устройство и принцип работы бензинового двигателя.

Каждый двигатель внутреннего сгорания имеет цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра двигателя происходит преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую энергию, которая может заставить нашу машину двигаться.Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходной мощности двигателя. коленчатый вал.

Принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

В большинстве легковых автомобилей устанавливаются четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы берем их за основу. Чтобы лучше понять принцип работы бензинового двигателя внутреннего сгорания, предлагаем вам взглянуть на цифру:


Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (первый ход — впускной), сжимается (второй ход — сжатие) и воспламеняется от свечи зажигания.При сгорании топлива под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, вынуждающее поршень опускаться в так называемую нижнюю мертвую точку (НМТ) при завершении третьего хода — рабочего хода. Двигаясь вниз во время рабочего хода, поршень с помощью шатуна вращает коленчатый вал … Затем, двигаясь из LMT в верхнюю мертвую точку (ВМТ), поршень выталкивает выхлопные газы через выхлопной клапан в выхлопную систему автомобиля. — это четвертый такт (выпуск) ДВС.

Tact Это процесс, который происходит в цилиндре двигателя за один ход поршня. Набор тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной частотой, обычно называют рабочим циклом, в данном случае двигателем внутреннего сгорания.

  1. Первая ступень — INLET … Поршень перемещается из ВМТ в НМТ, при этом возникает разрежение и полость цилиндра двигателя внутреннего сгорания заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан.Смесь, поступающая в камеру сгорания, смешивается с оставшимися выхлопными газами. В конце всасывания давление в цилиндре 0,07–0,095 МПа, температура 80–120 ºС.
  2. Вторая мера — СЖАТИЕ … Поршень движется в ВМТ, оба клапана закрываются, рабочая смесь в цилиндре сжимается, сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300 МПа). –400 ºС).
  3. Третья мера — РАСШИРЕНИЕ … При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество тепла, резко повышается температура (до 2500 градусов Цельсия). Под давлением поршень перемещается в НМТ. Давление 4–6 МПа.
  4. Четвертая мера — RELEASE … Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, выхлопные газы выталкиваются в выхлопную трубу, а затем в окружающую среду … Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа , температура 600–900 ºС.

Итак, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания не очень сложен. Как говорится, все гениальное просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, где тоже очень хорошо показан принцип работы ДВС.

Автомобильный двигатель может выглядеть как большой беспорядок. металлические детали, трубки и провода для непосвященных. В то же время двигатель является «сердцем» практически любого автомобиля — 95% всех автомобилей работают на двигателе внутреннего сгорания.

В этой статье мы обсудим работу двигателя внутреннего сгорания: его общий принцип, мы изучим конкретные элементы и фазы работы двигателя, выясним, как именно потенциальное топливо преобразуется во вращательную силу, и попытаемся ответить следующие вопросы: как работает двигатель внутреннего сгорания, какие бывают двигатели и их типы, и что означают те или иные параметры и характеристики двигателя? И, как всегда, все это просто и доступно, как два и два.

Основное назначение бензинового двигателя автомобиля — преобразовывать бензин в движение, чтобы ваша машина могла двигаться. В настоящее время самый простой способ создать движение из бензина — просто сжечь его внутри двигателя. Таким образом, автомобильный «двигатель» — это двигатель внутреннего сгорания, т.е. сгорание бензина происходит внутри него.

Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели — это одна форма, а газовые турбины — совершенно другая. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки.

Ну, как вы заметили, поскольку есть двигатель внутреннего сгорания, то должен быть двигатель внешнего сгорания. Паровоз в старомодных поездах и пароходах — это точно такой же лучший пример двигателя внешнего сгорания. Топливо (уголь, древесина, масло, любое другое) в паровом двигателе сгорает вне двигателя, образуя пар, а пар создает движение внутри двигателя. Конечно, двигатель внутреннего сгорания намного более эффективен (по крайней мере, он потребляет гораздо меньше топлива на километр пути), чем двигатель внешнего сгорания, а двигатель внутреннего сгорания намного меньше, чем эквивалентный двигатель внешнего сгорания.Это объясняет, почему мы не видим ни одной машины, похожей на паровоз.

А теперь подробнее рассмотрим, как работает двигатель внутреннего сгорания.

Давайте посмотрим на принцип, лежащий в основе любого возвратно-поступательного движения двигателя внутреннего сгорания: если вы поместите небольшое количество высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшое замкнутое пространство и воспламените его (это топливо), получится невероятное количество энергии высвобождается в виде расширяющегося газа. Вы можете использовать эту энергию, например, чтобы толкнуть картофель.В этом случае энергия преобразуется в движение этой картошки. Например, если вы нальете немного бензина в трубу с одним плотно закрытым концом, а другим открытым, налейте немного бензина, а затем воткните картошку и подожгите бензин, то ее взрыв спровоцирует движение этой картошки, сдавливая Это взорвется бензином, так что картофель улетит высоко в небо, если направить трубу вверх. Это то, что мы вкратце описали принципом работы старой пушки. Но вы также можете использовать этот вид бензиновой энергии для более интересных целей.Например, если вы можете создать цикл взрывов бензина сотни раз в минуту, и если вы можете использовать эту энергию для полезных целей, знайте, что у вас уже есть ядро ​​для автомобильного двигателя!

В настоящее время почти все автомобили используют так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования бензина в движение. Четырехтактный цикл также известен как цикл Отто в честь Николая Отто, который изобрел его в 1867 году. Итак, вот они, эти 4 такта двигателя:

  1. Ход впуска топлива
  2. Такт сжатия топлива
  3. Цикл сгорания топлива
  4. Ход выхлопных газов

Вроде бы из этого все ясно, не так ли? Вы можете видеть на рисунке ниже, что элемент, называемый поршнем, заменяет картофель в «картофельной пушке», которую мы описали ранее.Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Только не пугайтесь новые термины — их в принципе работы двигателя не так уж и много!

На рисунке буквами обозначены следующие элементы двигателя:

A — Распределительный вал
B — Клапанная крышка
C — Выпускной клапан
D — Выпускное отверстие
E — Головка блока цилиндров
F — Полость для охлаждающей жидкости
G — Блок двигателя
H — Масляный поддон
I — Картер двигателя
J — Искра заглушка
K — Впускной клапан
L — Впускной
M — Поршень
N — Шатун
O — Подшипник шатуна
P — Коленчатый вал

Вот что происходит, когда двигатель проходит полный четырехтактный цикл:

  1. Исходное положение поршня находится в самом верху, в этот момент открывается впускной клапан, и поршень движется вниз, засасывая приготовленную смесь бензина и воздуха в цилиндр.Это такт впуска. Чтобы это сработало, нужно смешать крошечную каплю бензина с воздухом.
  2. Когда поршень достигает своей нижней точки, впускной клапан закрывается, и поршень начинает двигаться обратно (бензин задерживается), сжимая эту смесь топлива и воздуха. Сжатие впоследствии сделает взрыв более мощным.
  3. Когда поршень достигает верхней точки своего хода, свеча зажигания испускает искру, генерируемую напряжением более десяти тысяч вольт для воспламенения бензина.Происходит детонация, и бензин в цилиндре взрывается, толкая поршень вниз с невероятной силой.
  4. После того, как поршень снова достигнет нижней точки своего хода, наступает очередь открытия выпускного клапана. Затем поршень движется вверх (это происходит уже по инерции), и отработанная смесь бензина и воздуха выходит из цилиндра через выхлопное отверстие, чтобы отправиться в выхлопную трубу и далее в верхние слои атмосферы.

Теперь, когда клапан снова находится на самом верху, двигатель готов к следующему циклу, так что он всасывает следующую порцию смеси воздуха и бензина для дальнейшего вращения коленчатого вала, который, по сути, передает свое скручивание дальше через трансмиссию на колеса.Теперь посмотрим, как двигатель работает на всех четырех тактах.

Более наглядно работу двигателя внутреннего сгорания можно увидеть на двух анимационных картинках ниже:

Как работает движок — анимация

Обратите внимание, что движение, создаваемое двигателем внутреннего сгорания, является вращением, в то время как движение, создаваемое картофельной пушкой, является линейным (прямым). В двигателе поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Нам нужно вращательное движение, потому что мы планируем вращать колеса нашей машины.

Теперь давайте посмотрим на все части, которые работают вместе как одна команда, чтобы это произошло, начиная с цилиндров!

Сердцевиной двигателя является цилиндр с поршнем, который перемещается вверх и вниз внутри цилиндра. Описанный выше двигатель имеет один цилиндр. Казалось бы, а что еще нужно автомобилю ?! Но нет, автомобилю для комфортной езды необходимо еще как минимум 3 таких цилиндра с поршнями и все атрибуты, необходимые для этой пары (клапаны, шатуны и т. Д.)), но один цилиндр подходит только для большинства газонокосилок. Посмотрите — на анимации ниже вы увидите работу 4-х цилиндрового двигателя:

Типы двигателей

Автомобили чаще всего имеют четыре, шесть, восемь и даже десять, двенадцать и шестнадцать цилиндров (последние три варианта устанавливаются в основном на спорткары и болиды). В многоцилиндровом двигателе V все цилиндры обычно располагаются одним из трех способов:

Вот они — все три типа расположения цилиндров в двигателе:

Рядное расположение 4-х цилиндров

Противоположное расположение 4-х цилиндров

V-образное расположение 6 цилиндров

Различные конфигурации имеют разные преимущества и недостатки с точки зрения вибрации, стоимости производства и характеристик формы.Эти преимущества и недостатки делают их более подходящими для определенного использования. Автомобиль … Итак, 4-цилиндровые двигатели редко имеют смысл делать V-образные двигатели, поэтому они обычно рядные; и 8-цилиндровые двигатели чаще всего производятся с V-образным расположением цилиндров.

Теперь давайте посмотрим, как работает система впрыска топлива, масло и другие компоненты в двигателе:

Давайте рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя более подробно:

А теперь внимание! Исходя из прочитанного, давайте посмотрим на полный цикл двигателя со всеми его элементами:

Полный цикл двигателя

Почему не работает двигатель?

Допустим, вы утром идете к машине и заводите ее, но она не заводится.Что могло быть не так? Теперь, когда вы знаете, как работает двигатель, вы можете понять основные вещи, которые могут помешать запуску двигателя. Могут произойти три фундаментальные вещи:

  • Плохая топливная смесь
  • Без сжатия
  • Нет искры

Да, есть тысячи мелких вещей, которые могут вызвать проблемы, но сказанная «большая тройка» чаще всего является следствием или причиной одной из них. Основываясь на простом понимании производительности двигателя, мы можем составить краткий список того, как эти проблемы влияют на двигатель.

Плохая топливная смесь может быть вызвана одной из следующих причин:

  • У вас просто закончился бензин в баке, и двигатель пытается запустить с воздуха.
  • Воздухозаборник может быть забит, поэтому двигатель получает топливо, но ему не хватает воздуха для взрыва.
  • Топливная система может подавать слишком много или слишком мало топлива в смесь, что означает, что сгорание не происходит должным образом.
  • Топливо может содержать примеси (а для российского бензина это особенно важно), мешающие горючему полностью сгореть.

Отсутствие сжатия — Если заряд воздуха и топлива не может быть сжат должным образом, процесс сгорания не будет работать должным образом. Отсутствие сжатия может возникнуть по следующим причинам:

  • Поршневые кольца изношены (при сжатии воздух и топливо могут проходить мимо поршня)
  • Впускные или выпускные клапаны не герметизируются должным образом, что приводит к повторному открытию утечки во время сжатия
  • В цилиндре образовалось отверстие.

Отсутствие искры может быть по ряду причин:

  • Если свечи зажигания или провод к ним изношены, искра будет слабой.
  • Если провод поврежден или просто отсутствует, или если система, которая посылает искру через провод, не работает должным образом.
  • Если искра возникает либо слишком рано, либо слишком поздно в цикле, топливо не воспламенится в нужное время, и это может вызвать всевозможные проблемы.

И вот ряд других причин, по которым двигатель может не работать, и здесь мы коснемся некоторых деталей вне двигателя:

  • Если аккумулятор разряжен, вы не сможете провернуть двигатель, чтобы запустить его.
  • Если подшипники, которые позволяют коленчатому валу свободно вращаться, изношены, коленчатый вал не сможет вращаться, и двигатель не сможет работать.
  • Если клапаны не открываются и не закрываются в нужное время или не работают вообще, воздух не сможет поступать, а выхлоп не сможет выйти, поэтому двигатель снова не сможет работать.
  • Если кто-то из хулиганских побуждений воткнет картошку в выхлопную трубу, выхлопные газы не смогут выйти из цилиндра, и двигатель снова не заработает.
  • Если в двигателе недостаточно масла, поршень не сможет свободно перемещаться вверх и вниз в цилиндре, что затрудняет или делает невозможным нормальную работу двигателя.

В правильно работающем двигателе все эти факторы находятся в пределах допуска. Как видите, у двигателя есть несколько систем, которые помогают ему безупречно преобразовывать топливо в двигательную установку. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, используемые в двигателях.

Большинство подсистем двигателя могут быть реализованы с использованием различных технологий, а более совершенные технологии могут значительно улучшить характеристики двигателя.Вот почему развитие автомобильной промышленности продолжается самыми высокими темпами, потому что конкуренция между автопроизводителями достаточно сильна, чтобы вкладывать большие деньги в каждую дополнительную мощность, выдаваемую из двигателя в том же объеме. Давайте посмотрим на различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с клапанов двигателя.

Как работают клапаны?

Система клапанов состоит из клапанов и механизма, который их открывает и закрывает. Система их открытия и закрытия называется , распредвал … Распределительный вал имеет на оси специальные детали, которые перемещают клапаны вверх и вниз, как показано на рисунке ниже.

Большинство современных двигателей имеют так называемые верхние кулачки … Это означает, что вал расположен над клапанами, как вы можете видеть на картинке. В старых двигателях используется распределительный вал, расположенный в картере рядом с коленчатым валом. Распределительный вал вращается и перемещает кулачок вниз, так что он толкает клапан вниз, создавая зазор для прохождения топлива или выхлопных газов.Ремень ГРМ или цепная передача приводится в движение коленчатым валом и передает крутящий момент от него на распределительный вал, так что клапаны синхронизируются с поршнями. Распределительный вал всегда вращается в 1-2 раза медленнее, чем коленчатый вал. Многие высокопроизводительные двигатели имеют четыре клапана на цилиндр (два для подачи топлива внутрь и два для выпуска выхлопной смеси).

Как работает система зажигания?

Система зажигания вырабатывает высокое напряжение заряда и передает его на свечи зажигания с помощью проводов зажигания.Сначала заряд поступает на катушку зажигания (своего рода распределитель, распределяющий искру по цилиндрам в определенное время), которую вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Катушка зажигания имеет один провод в центре и четыре, шесть, восемь или более проводов в зависимости от количества выходящих из нее цилиндров. Эти провода зажигания посылают заряд на каждую свечу зажигания. Двигатель получает такую ​​искру с течением времени таким образом, что только один цилиндр получает искру от распределителя одновременно.Такой подход обеспечивает максимальную плавность хода двигателя.

Как работает охлаждение?

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует по проходам (каналам) вокруг цилиндров, а затем проходит через радиатор, чтобы максимально охладить его. Однако есть такие модели автомобилей (в первую очередь Volkswagen Beetle (Жук)), а также большинство мотоциклов и газонокосилок с двигателем с воздушным охлаждением … Вы, наверное, видели эти двигатели с воздушным охлаждением, у которых есть ребра сбоку. — ребристая поверхность, которая украшает внешнюю часть каждого цилиндра, помогая рассеивать тепло.

Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но нагревается, и в целом сокращает срок службы двигателя и общие характеристики. Итак, теперь вы знаете, как и почему ваш двигатель остается холодным.

Как работает лаунчер?

Повышение производительности вашего двигателя — это большое дело, но более важно то, что происходит, когда вы поворачиваете ключ, чтобы запустить его! Система пуска состоит из стартера с электродвигателем. Когда вы поворачиваете ключ зажигания, стартер поворачивает двигатель на несколько оборотов, так что процесс сгорания начинает свою работу, и его можно было остановить, только повернув ключ в обратную сторону, когда искра перестает поступать в цилиндры, и двигатель при этом глохнет.

Стартер имеет мощный электродвигатель, приводящий в движение холодный двигатель внутреннего сгорания. Стартер всегда достаточно мощный и, следовательно, двигатель «потребляет» ресурс аккумулятора, потому что он должен преодолеть:

  • Все внутреннее трение, вызванное поршневыми кольцами и усугубленное холодным ненагретым маслом.
  • Давление сжатия любого цилиндра (ов), возникающее во время такта сжатия.
  • Сопротивление, оказываемое клапанами открытия и закрытия распределительного вала.
  • Все другие процессы, непосредственно связанные с двигателем, включая сопротивление водяного насоса, масляного насоса, генератора и т. Д.

Мы видим, что стартеру нужно много энергии. В автомобиле чаще всего используется электрическая система на 12 вольт, и на стартер должны поступать сотни ампер электричества.

Как работает система впрыска и смазки?

Когда дело доходит до ежедневного технического обслуживания автомобиля, ваша первая забота, вероятно, — это проверка количества бензина в вашем автомобиле.А как бензин из топливного бака попадает в цилиндры? Топливная система двигателя забирает бензин из бака с помощью топливного насоса в баке и смешивает его с воздухом, чтобы правильная смесь воздуха и топлива могла поступать в цилиндры. Топливо подается одним из трех распространенных способов: карбюратор, впрыск топлива и прямой впрыск топлива.

Карбюраторы сейчас сильно устарели и не подходят для новых моделей автомобилей. В двигателе с впрыском необходимое количество топлива впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо непосредственно во впускной клапан (впрыск топлива), либо непосредственно в цилиндр (топливо с прямым впрыском).

Масло также играет важную роль … Идеально и должным образом смазанная система гарантирует, что каждая движущаяся часть двигателя получает масло, так что он может легко двигаться. Две основные части, которым требуется масло, — это поршень (или, скорее, его кольца) и любые подшипники, которые позволяют таким элементам, как коленчатый вал и другие валы, свободно вращаться. В большинстве автомобилей масло забирается из масляного насоса масляного поддона, проходит через масляный фильтр для удаления частиц грязи, а затем под высоким давлением разбрызгивается на подшипники и стенки цилиндров.Затем масло стекает в отстойник, где снова собирается, и цикл повторяется.

Выхлопная система

Теперь, когда мы знаем о некоторых вещах, которые мы кладем (наливаем) в нашу машину, давайте посмотрим на другие вещи, которые выходят из нее. Выхлопная система включает выхлопную трубу и глушитель. Без глушителя вы бы услышали звук тысяч небольших взрывов из выхлопной трубы. Глушитель глушит звук. Выхлопная система также включает каталитический нейтрализатор, который использует катализатор и кислород для сжигания всего неиспользованного топлива и некоторых других химикатов в выхлопных газах… Таким образом, ваш автомобиль соответствует определенным европейским стандартам по уровню загрязнения воздуха.

Что еще кроме всего вышеперечисленного есть в машине? Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора

Как работает двигатель? Видео

Для настоящего автолюбителя автомобиль — это не только средство передвижения, но и инструмент свободы. На автомобиле можно добраться в любую точку города, страны или континента. Но для настоящего путешественника лицензии недостаточно.Ведь есть еще много мест, куда не ловит мобиль и куда не могут добраться эвакуаторы. В таких случаях при поломке вся ответственность ложится на плечи автомобилиста.

Следовательно, каждый водитель должен хоть немного разбираться в устройстве своего автомобиля, и начинать нужно именно с двигателя. Безусловно, современные автомобильные компании выпускают множество автомобилей с двигателями разного типа, но чаще всего производители используют в своих конструкциях двигатели внутреннего сгорания.Они обладают высоким КПД и в то же время обеспечивают высокую надежность всей системы.

Внимание! В большинстве научных статей двигатели внутреннего сгорания сокращенно обозначаются как двигатели внутреннего сгорания.

Что такое двигатели внутреннего сгорания

Прежде чем приступить к детальному изучению устройств ДВС и их принципа действия, рассмотрим, что такое двигатели внутреннего сгорания. Сразу нужно отметить один важный момент. За 100 лет эволюции ученые создали множество типов конструкций, каждый из которых имеет свои преимущества.Поэтому для начала выделим основные критерии, по которым можно выделить эти механизмы:

  1. В зависимости от способа создания горючей смеси все двигатели внутреннего сгорания делятся на карбюраторные, газовые и инжекторные … Более того. , это класс с внешним смесеобразованием. Если говорить о внутреннем, то — это дизели.
  2. В зависимости от типа топливо ДВС делится на бензиновое, газовое и дизельное.
  3. Устройство охлаждения двигателя может быть двух видов: жидкостное и воздушное.
  4. Цилиндры могут располагаться как друг напротив друга, так и в форме буквы V.
  5. Смесь внутри цилиндров может воспламениться от искры. Это происходит в карбюраторных и инжекторных двигателях внутреннего сгорания или в результате самовозгорания.

В большинстве автомобильных журналов и среди профессиональных экспортных автомобилей двигатели внутреннего сгорания принято классифицировать по следующим типам:

  1. Газовый двигатель … Это устройство работает от бензина.Зажигание происходит принудительно с помощью искры, генерируемой свечой. По дозировке топливно-воздушной смеси карбюраторная и впрыскивающая системы … Воспламенение происходит на сжатии.
  2. Дизель … Двигатели с данным типом устройства работают на дизельном топливе. Основное отличие от бензиновых агрегатов заключается в том, что топливо взрывается из-за повышения температуры воздуха. Последнее становится возможным за счет повышения давления внутри цилиндра.
  3. Газовые системы работают на пропан-бутане.Зажигание принудительное. В баллон подается газ с воздухом. В остальном устройство такого двигателя внутреннего сгорания аналогично бензиновому двигателю.

Именно эта классификация используется наиболее часто, указывая на особенности системы.

Устройство и принцип работы

Устройство ДВС

Лучше всего рассмотреть устройство ДВС на примере одноцилиндрового двигателя. Основная часть механизма — это цилиндр.Он содержит поршень, который перемещается вверх и вниз. При этом есть две контрольные точки его движения: верхняя и нижняя. В профессиональной литературе они обозначаются как BMT и BMT. Расшифровка следующая: верхняя и нижняя мертвые зоны.

Внимание! Поршень также соединен с валом. Шатун — это шатун.

Основная задача шатуна заключается в преобразовании энергии, генерируемой в результате движения поршня вверх и вниз, во вращательную.Результатом этого преобразования является движение машины в нужном вам направлении. Это то, за что отвечает устройство ICE. Также не стоит забывать о бортовой сети, работа которой обеспечивается за счет энергии, вырабатываемой двигателем.

Маховик прикреплен к концу вала ДВС. Обеспечивает стабильное вращение коленчатого вала. Впускной и выпускной клапаны расположены в верхней части цилиндра, который, в свою очередь, прикрыт специальной головкой.

Внимание! Клапаны открывают и закрывают соответствующие каналы в нужное время.

Для открытия клапанов двигателя внутреннего сгорания на них воздействуют кулачки распределительного вала. Это происходит через детали трансмиссии. Сам вал приводится в движение шестернями коленчатого вала.

Внимание! Поршень свободно перемещается внутри цилиндра, на мгновение замерзая в верхней мертвой точке, затем в нижней.

Для нормальной работы ДВС необходимо подавать горючую смесь в точно проверенной пропорции. В противном случае возгорание может не произойти.Момент подачи также играет огромную роль.

Масло необходимо для предотвращения преждевременного износа деталей в устройстве ДВС. В целом, все устройство ДВС состоит из следующих основных элементов:

  • свечей зажигания,
  • клапанов,
  • поршней,
  • поршневых колец,
  • шатунов,
  • коленвала,
  • картера.

Взаимодействие этих элементов системы позволяет устройству ДВС вырабатывать энергию, необходимую для движения автомобиля.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Чтобы понять, как это работает, вы должны знать значение такта. Это определенный промежуток времени, в течение которого внутри цилиндра осуществляется действие, необходимое для работы устройства. Это может быть усадка или горение.

ходов ДВС образуют рабочий цикл, который, в свою очередь, обеспечивает работу всей системы. Во время этого цикла тепловая энергия преобразуется в механическую.За счет этого происходит движение коленчатого вала.

Внимание! Рабочий цикл считается завершенным после того, как коленчатый вал совершит один оборот. Но это утверждение работает только для двухтактного двигателя.

Здесь нужно сделать одно важное объяснение. В настоящее время в автомобилях в основном используется четырехтактный двигатель … Эти системы более надежны и работают лучше.

Для завершения четырехтактного цикла требуется два оборота коленчатого вала. Это четыре движения поршня вверх и вниз.Каждая планка выполняет действия в точной последовательности:

  • впуск,
  • сжатие,
  • удлинение,
  • отпуск.

Предпоследний ход также называется рабочим ходом. Про верхнюю и нижнюю слепые зоны вы уже знаете. Но расстояние между ними означает еще один важный параметр … А именно объем ДВС. Он может составлять в среднем от 1,5 до 2,5 литров. Показатель измеряется путем сложения данных каждого цилиндра.

В течение первой половины оборота поршень из ВМТ перемещается в НМТ. При этом впускной клапан остается открытым, а выпускной — плотно закрытым. В результате этого процесса в цилиндре создается разрежение.

Горючая смесь бензина и воздуха поступает в газопровод двигателя внутреннего сгорания. Там он смешивается с отходящими газами. В результате образуется идеальное для воспламенения вещество, поддающееся сжатию во втором акте.

Сжатие происходит, когда цилиндр полностью заполнен рабочей смесью … Коленчатый вал продолжает вращаться, а поршень перемещается из нижней мертвой точки вверх.

Внимание! С уменьшением объема температура смеси внутри цилиндра ДВС повышается.

Расширение происходит в третьем такте. Когда сжатие доходит до своего логического завершения, свеча генерирует искру и происходит возгорание. В дизельном двигателе все работает немного иначе.

Во-первых, вместо свечи устанавливается специальная форсунка, которая впрыскивает топливо в систему на третьем такте. Во-вторых, в цилиндр нагнетается воздух, а не смесь газов.

Принцип работы дизельный двигатель внутреннего сгорания интересен тем, что топливо в нем воспламеняется само. Это происходит из-за повышения температуры воздуха внутри баллона. Подобного результата можно добиться за счет сжатия, в результате чего повышается давление и повышается температура.

Когда топливо попадает в цилиндр двигателя внутреннего сгорания через форсунку, температура внутри настолько высока, что оно воспламеняется само. При использовании бензина такого результата добиться нельзя. Это потому, что он воспламеняется при гораздо более высокой температуре.

Внимание! В процессе движения поршня от возникшего внутри микровзрыва деталь двигателя внутреннего сгорания делает рывок назад, и коленчатый вал вращается.

Последний такт в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания называется впуском.Это происходит на четвертой половине поворота. Принцип его работы довольно прост. Выпускной клапан открывается, и все продукты сгорания попадают в него, откуда попадают в выхлопную магистраль.

Прежде чем попасть в атмосферу, выхлопные газы из обычно проходят через систему фильтров. Это сводит к минимуму ущерб окружающей среде. Однако устройство дизельных двигателей все же намного экологичнее бензиновых.

Устройства, позволяющие повысить производительность ДВС

С момента изобретения первой системы ДВС постоянно совершенствуется.Если вы помните первые автомобили с двигателями, которые производились, то они могли разгоняться до 50 миль в час. Современные суперкары легко преодолевают отметку в 390 км. Ученым удалось добиться таких результатов, интегрировав двигатель в устройство. дополнительные системы и некоторые изменения дизайна.

Значительное увеличение мощности в свое время дало клапанный механизм, встроенный в двигатель внутреннего сгорания. Еще одним шагом эволюции стало расположение распредвала в верхней части конструкции. Это уменьшило количество движущихся частей и повысило производительность.

Также нельзя отрицать полезность современной системы. Зажигание ДВС … Обеспечивает максимально возможную стабильность. Сначала генерируется заряд, который подается на трамблер, а от него — на одну из свечей.

Внимание! Конечно, нельзя забывать о системе охлаждения, которая состоит из радиатора и помпы. Благодаря ему можно предотвратить своевременный перегрев устройства ДВС.

Итоги

Как видите, устройство ДВС не представляет особой сложности.Для того, чтобы понять это, не нужно никаких специальных знаний — достаточно простого желания. Тем не менее, знание принципов работы ДВС точно не будет лишним для каждого водителя.

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, в котором топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних средах. ДВС преобразует давление горючего в механическую работу.

Из истории

Первым двигателем ICE был блок питания De Rivaza, названный в честь его создателя Франсуа де Риваза, выходца из Франции, который спроектировал его в 1807 году.

У этого двигателя уже было искровое зажигание, это был шатун, с поршневой системой, то есть это своего рода прототип современных моторов.

57 лет спустя соотечественник де Риваса Этьен Ленуар изобрел двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, имел искровое зажигание и работал на смеси осветительного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания на тот момент было уже достаточно для небольших лодок.

Спустя еще 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого уже был четырехтактный атмосферный двигатель с вертикальным цилиндром.КПД при этом увеличился на 11%, в отличие от КПД двигателя внутреннего сгорания Риваз он стал 15%.

Чуть позже, в 80-х годах того же века, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил в производство агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Daimler и Maybach усовершенствовали его до облегченного вида, который ставили на автомобили и автомобили.

В 1897 году Рудольф Дизель представил двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, использующий масло в качестве топлива.Этот тип двигателя стал предком дизельных двигателей, которые используются до сих пор.

Типы двигателей

  • Бензиновые двигатели карбюраторного типа работают на топливе, смешанном с воздухом. Эта смесь предварительно готовится в карбюраторе, затем поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется от искры от свечи зажигания.
  • Инжекторные двигатели
  • отличаются тем, что смесь подается непосредственно из форсунок во впускной коллектор… Этот тип имеет две системы впрыска — одиночный впрыск и многоточечный впрыск.
  • В дизельном двигателе зажигание происходит без свечей зажигания. В цилиндре этой системы находится воздух, нагретый до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива. В этот воздух через сопло подается топливо, и вся смесь воспламеняется в виде факела.
  • Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливо может быть как природным газом, так и углеводородом. Газ поступает в редуктор, где его давление стабилизируется на рабочем уровне.Затем он попадает в смеситель и в конечном итоге воспламеняется в цилиндре.
  • Газодизельные ДВС работают по принципу газа, только в отличие от них зажигается смесь не от свечи, а от дизельного топлива, впрыск которого происходит так же, как и с обычным дизельным двигателем.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере в форме восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно понимать, что в данном случае ротор играет роль поршня, ремня ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует.За один оборот происходит сразу три рабочих цикла, что сопоставимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип действия

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы ДВС. Это связано с тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза — вверх и вниз одинаково два раза.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

  1. Первый ход — поршень при движении вниз втягивает топливную смесь.В этом случае впускной клапан открыт.
  2. После того, как поршень достигает нижнего уровня, он движется вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы ДВС, является вторым по счету. При этом клапаны находятся в закрытом состоянии, и чем плотнее, тем лучше происходит сжатие.
  3. В третьем такте включается система зажигания, так как здесь воспламеняется топливная смесь.В обозначении режима работы двигателя он называется «рабочий», поскольку с этого начинается процесс приведения в действие агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает двигаться вниз. Как и во втором такте, клапаны закрыты.
  4. Последняя мера — четвертая, градация, которая проясняет, что такое завершение полного цикла. Поршень отводит выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан. Затем все снова циклически повторяется, чтобы понять, как работает ДВС, можно представить циклическую работу часов.

ДВС

Логично рассматривать устройство ДВС от поршня, так как это основной элемент работы. Это своего рода «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Эти же кольца отвечают за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (сжатие), а также за предотвращение попадания масла в пространство над самим поршнем (маслосъемник).

Порядок работы

  • Когда топливная смесь поступает в цилиндр, поршень совершает четыре описанных выше хода, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
  • Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закрепляется на штифте, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленчатого вала фиксирует шатун. Поршень при движении вращает коленчатый вал, который в свое время передает крутящий момент на трансмиссионную систему, оттуда на зубчатую передачу, а затем на ведущие колеса.В компоновке двигателей автомобилей с задним приводом карданный вал также выступает за колеса.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве ДВС отвечает за впрыск топлива, а также за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнего клапана и нижнего клапана, может быть двух типов — ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливают из стали методом штамповки или ковки.Есть типы шатунов из титана. Шатун передает усилия поршня на коленчатый вал.

Коленчатый вал из чугуна или стали представляет собой набор коренной и шатунной шейки. Внутри этих горловин есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленчатого вала.

Головка блока цилиндров (головка блока цилиндров) большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных алюминиевых сплавов.В головке блока цилиндров расположены камеры сгорания, впускной и выпускной каналы, свечные отверстия. Между блоком цилиндров и головкой блока цилиндров имеется прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

Система смазки, в которую входит двигатель внутреннего сгорания, включает поддон, маслозаборник, масляный насос, масляный фильтр и масляный радиатор … Все это связано каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за снижение трения между деталями двигателя, но и за их охлаждение, а также за снижение коррозии и износа, а также за увеличение ресурса двигателя внутреннего сгорания.

Устройство двигателя, в зависимости от его типа, типа, страны-производителя, может быть чем-то дополнено или, наоборот, некоторые элементы могут отсутствовать из-за морального износа некоторых моделей, но общая компоновка двигателя остается неизменной. способ как стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные блоки

Конечно, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу.Система пуска раскручивает мотор, доводит его до рабочего состояния … Существуют разные принципы пуска работы в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развивать мощность в узком диапазоне оборотов. Система питания двигателя ДВС обеспечивает малую электроэнергию. Он включает аккумуляторную батарею и генератор, чтобы обеспечить постоянный поток электроэнергии и зарядить аккумулятор.

Выхлопная система позволяет выпускать газы.Любое устройство автомобильного двигателя включает в себя: выпускной коллектор, собирающий газы в единую трубу, каталитический нейтрализатор, снижающий токсичность газов за счет уменьшения оксида азота и использующий образовавшийся кислород для сжигания вредных веществ.

Глушитель в этой системе служит для снижения шума, исходящего от двигателя. Двигатели внутреннего сгорания в современных автомобилях должны соответствовать законодательным нормам.

Вид топлива

Также следует помнить об октановом числе топлива, используемого в различных типах двигателей внутреннего сгорания.

Чем выше октановое число топлива — тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но есть и такие двигатели, для которых повышение октанового числа выше установленного производителем приведет к преждевременному выходу из строя. Это может произойти при выгорании поршней, разрушении колец, задымлении камер сгорания.

Завод обеспечивает собственное минимальное и максимальное октановое число, для чего требуется двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Те, кто любит увеличивать мощность двигателей внутреннего сгорания, часто устанавливают (если не предусмотрено производителем) различные типы турбин или компрессоров.

Компрессор на холостом ходу производит небольшую мощность, сохраняя при этом стабильную скорость. Турбина же выжимает максимальную мощность при включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации мастеров, имеющих опыт работы в узком направлении, так как ремонт, замена агрегатов или добавление дополнительных опций ДВС — это отклонение от предназначения двигателя и снижение ресурса двигателя. двигатель внутреннего сгорания, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть прекращена безвозвратно.

ПРИМЕНЕНИЕ ЛЬДА

Int J Refrig. Авторская рукопись; доступно в PMC 1 декабря 2011 г.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3081589

NIHMSID: NIHMS226571

M. Kauffeld

a Karlsruhe University of Applied Sciences, Moltkestr. 30, 76133 Карлсруэ, Германия, факс: +49 721 925 1915, [email protected]

M. J. WANG

b Sunwell Technologies Inc., 180 Caster Avenue, Woodbridge, L4L 5Y, Canada, факс: + 1-905-85601935, [email protected]

V. Goldstein

b Sunwell Technologies Inc., 180 Caster Avenue, Woodbridge, L4L 5Y, Канада, факс: + 1-905-85601935, [email protected]

KE Kasza

c Argonne National Laboratory, 9700 South Cass Avenue, Argonne Illinois, 60439, США, [email protected]

a Университет прикладных наук Карлсруэ, Moltkestr. 30, 76133 Карлсруэ, Германия, факс: +49 721 925 1915, изд[email protected] b Sunwell Technologies Inc., 180 Caster Avenue, Woodbridge, L4L 5Y, Canada, факс: + 1-905-85601935, [email protected] c Аргоннская национальная лаборатория, 9700 South Cass Avenue, Аргонн, Иллинойс, 60439, США, [email protected] См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Ожидается, что роль вторичных хладагентов будет расти по мере увеличения внимания к сокращению выбросов парниковых газов. Эффективность вторичных хладагентов можно повысить, если вместо однофазной среды ввести среду с изменяющейся фазой.Работая при температурах ниже точки замерзания воды, ледяная суспензия способствует ряду улучшений эффективности, таких как снижение потребления энергии насосом, а также снижение требуемой разницы температур в теплообменниках за счет полезных теплофизических свойств ледяной суспензии. Исследования показали, что ледяная суспензия может быть спроектирована так, чтобы иметь идеальные характеристики частиц льда, чтобы ее можно было легко хранить в резервуарах без агломерации, а затем извлекать для перекачивания с очень высокой фракцией льда без закупоривания.Кроме того, ледяная суспензия может использоваться во многих системах прямого контакта с пищевыми продуктами и в системах медицинского охлаждения. В этой статье представлен обзор последних разработок в технологии производства ледяной суспензии.

Ключевые слова: Ледяная суспензия, холодильные камеры, пищевая промышленность, хирургия, защитная гипотермия

1. ВВЕДЕНИЕ

Использование льда для продления срока хранения пищевых продуктов насчитывает много тысячелетий. Вплоть до середины века весь лед, используемый для охлаждения, был получен из природных источников, таких как зимний снег / лед или импортный арктический лед.Иногда природный снег смешивали с солью, чтобы снизить температуру. Первое мороженое было произведено по этой «технологии» около двух тысяч лет назад в Древнем Риме.

С появлением механического охлаждения лед можно было производить в различных формах, таких как блок, куб, труба или чешуйчатый лед. Большинство этих форм льда требуют определенной степени ручного управления для транспортировки из одного места в другое и имеют довольно острые края, которые могут повредить поверхность продукта при использовании для прямого контактного охлаждения.Кроме того, они обычно довольно крупные и имеют плохую теплопередачу при выделении скрытой теплоты плавления.

Ледяная суспензия — это однородная смесь мелких частиц льда и жидкости-носителя. Жидкость может быть чистой пресной водой или бинарным раствором, состоящим из воды и депрессанта точки замерзания. Хлорид натрия, этанол, этиленгликоль и пропиленгликоль — четыре наиболее часто используемых в промышленности депрессантов точки замерзания. За последние два десятилетия интерес к использованию охлаждающих жидкостей на основе ледяной суспензии с фазовым переходом значительно вырос (Kauffeld, et al., 2005).

Ледяная суспензия имеет высокую плотность хранения энергии из-за скрытой теплоты плавления кристаллов льда. Он также имеет высокую скорость охлаждения из-за большой площади поверхности теплопередачи, создаваемой его многочисленными частицами. Суспензия поддерживает постоянный низкий уровень температуры во время процесса охлаждения и обеспечивает более высокий коэффициент теплопередачи, чем вода или другие однофазные жидкости. Эти особенности ледяной суспензии делают ее полезной во многих областях применения. Например, система аккумулирования тепла на основе ледяной суспензии производит и хранит холод в виде плотной ледяной суспензии в ночное время, когда электричество дешево, а затем холодная энергия может быть быстро высвобождена путем плавления ледяной суспензии для кондиционирования воздуха в зданиях. в дневное время, когда электричество может быть в несколько раз дороже.

В некоторых случаях ледяная суспензия может быть приготовлена ​​в периоды отсутствия спроса и сохранена для дальнейшего использования. Как высокая плотность накопления энергии, так и перекачиваемая подача ледяной суспензии к охлаждающим нагрузкам позволяет добиться значительного уменьшения размеров резервуаров, насосов, трубопроводов и охладителей. Надежная откачка суспензии с высоким содержанием льда, также называемая высокой «сплоченностью льда», из резервуара и через распределительную систему без забивания стала возможной только недавно.Исследования показали, что ледяная суспензия должна иметь правильные характеристики частиц льда (размер, шаровидную форму и гладкость), чтобы полностью реализовать свой потенциал в качестве охлаждающей жидкости (Kasza and Hayashi, 2001a; Kauffeld et al., 2005). Использование ледяной суспензии может значительно повысить эффективность районных энергетических систем и обеспечить защитное охлаждение пациентов, испытывающих неотложные состояния, такие как остановка сердца или во время плановых операций. Ледяная суспензия также может использоваться в качестве охлаждающей среды на различных судах без встроенных систем охлаждения, таких как охлаждаемые тележки для ледяной суспензии, грузовики или рыбацкие лодки.

«Справочник по ледяным шламам — основы и разработка», опубликованный Международным институтом холода, содержит всесторонний обзор различных применений ледяных шламов до 2005 г. (Kauffeld, et al. , 2005). Он включает в себя множество примеров применения косвенного контактного охлаждения, от комфортного охлаждения зданий и золотых рудников до технологического охлаждения пивоварен, молочных заводов и продукции. Тем не менее, он имеет лишь ограниченный охват приложений охлаждения с прямым контактом.Витрины для рыбопереработки и супермаркетов — единственные два примера, кратко описанные в книге. За последние пять лет в более чем 40 странах было построено большое количество установок для прямого контактного охлаждения различных пищевых продуктов. В этой статье обсуждаются последние разработки в области ледяной суспензии в качестве вторичного хладагента и технологии прямого контактного охлаждения, используемой в пекарне, упаковке продукции, рыболовстве, а также ее новое появляющееся применение для защитного охлаждения органов во время неотложной медицинской помощи и хирургических вмешательств.Также обсуждаются рыночные требования и проблемы для каждой отрасли, а также дается подробное описание используемых современных решений.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕДЯНЫХ ЧАСТИЦ В ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ

Среди прочего, Kasza и Hayashi показали, что ледяная суспензия должна быть разработана в микромасштабе, чтобы иметь правильные характеристики ледяных частиц (2001a). В общем, частицы льда, полученные и взвешенные в чистой воде, образуют ледяную суспензию с плохой текучестью, что обычно наблюдается у тех, кто пытается насладиться напитком из ледяной кашицы, всасывая через соломинку; лед остается в чашке.Система микроскопа использовалась для изучения формы частиц льда и шероховатости поверхности ледяной суспензии с хорошими и плохими характеристиками обработки. показывает пример плохой ледяной суспензии, приготовленной в блендере с чистой водой. Как показано на рисунке, ледяная суспензия, переливаемая через воронку, закупоривает воронку, и в стакан поступает только вода. На двух вставках изображения с микроскопа показаны два типа частиц льда, которые образуют плохую ледяную суспензию: дендритные частицы, которые очень грубые и удлиненные и образуют большие запутанные кластеры, вызывающие закупорку, и шаровидные частицы с шероховатой поверхностью, которые запутываются в меньшей степени, но все же далеки от оптимальный.Как показано при использовании способов, которые включают добавление химиката, понижающего температуру замерзания, к жидкости-носителю (в данном случае соли) для сглаживания шероховатости поверхности частиц льда, а также использование дополнительного сглаживания термического плавления во время производства приводит к значительному улучшению текучести ледяной суспензии; ледяная суспензия легко течет через воронку в стакан, не забиваясь. Удаление шероховатости поверхности отдельных частиц льда на микромасштабном уровне позволяет сильно нагруженным частицам льда скользить друг мимо друга без спутывания и агломерации, что исключает закупорку воронки.Самая лучшая ледяная суспензия состоит из частиц льда, которые начинают иметь шаровидную форму; ледяную суспензию, приготовленную из дендритных частиц льда, можно улучшить с помощью химического и термического разглаживания, но не так резко, как для глобулярных частиц. Большое соотношение сторон дендритных частиц льда, даже несмотря на то, что частицы маленькие, способствует их кластеризации и запутыванию.

Химическое и термическое сглаживание шаровидных и дендритных частиц льда приводит к значительным улучшениям в поведении ледяной суспензии: (а) отсутствие сглаживания; плохая ледяная жижа; б) со сглаживанием; хорошая ледяная суспензия (Kasza and Hayashi, 2001).

Два метода разглаживания частиц льда (химический и термический) можно использовать по отдельности или в комбинации в процессе производства ледяной суспензии в зависимости от метода производства льда и требуемого качества ледяной суспензии. Химическое разглаживание вызывается использованием депрессоров точки замерзания, таких как этиленгликоль, пропиленгликоль, этанол или различных солей, таких как хлорид натрия. Термическое сглаживание достигается за счет добавления отмеренных количеств более теплой охлаждающей жидкости к смеси ледяной суспензии во время производства.Тщательное использование этих методов сглаживания частиц значительно улучшает технические характеристики ледяной суспензии. Необходимое использование депрессоров точки замерзания, таких как гликоль, связано с расходами и сложностью. Изучаются другие химические вещества и методы создания частиц льда. Использование ледяной суспензии может значительно повысить эффективность систем охлаждения с распределенной нагрузкой, а также разрабатывается для медицинских приложений.

Сильное влияние химического сглаживания шероховатости поверхности отдельных частиц льда на технические характеристики перемешивания ледяной суспензии продемонстрировано на простом лабораторном оборудовании.Аппарат состоит из 4-литрового стакана, установленного на платформе смесителя с регулируемым магнитным приводом. Тестирование включало наполнение химического стакана каждый раз 3 литрами ледяной суспензии с различной загрузкой льда от 5 до 35% по весу, приготовленной с использованием жидкости-носителя на водной основе, содержащей низкий процент этиленгликоля (от 0 до 3%), и постепенного увеличения скорости вращения смесителя с от нуля до точки, в которой хранящаяся ледяная суспензия полностью участвует в перемешивании снизу вверх.

Как показано в (Kasza and Hayashi, 1999), влияние химического разглаживания на характеристики перемешивания ледяной суспензии очень велико.Без гликоля ледяная суспензия с содержанием льда более 13% не может быть эффективно перемешана снизу вверх. При увеличении количества гликоля суспензию можно смешивать при гораздо более высоких нагрузках льда. Например, с 3% гликоля суспензия льда, загруженная на 35%, может быть смешана при скорости вращения смесителя 500 об / мин. Депрессант точки замерзания уменьшает запутывание частиц за счет сглаживания шероховатости поверхности отдельных частиц льда и позволяет частицам при более высоких нагрузках скользить друг относительно друга, что значительно снижает рассеяние энергии перемешивания.Кроме того, сглаживание также позволяет намного легче выкачивать ледяную суспензию из контейнера и протекать через подающие трубопроводы при гораздо более высоких нагрузках, не забиваясь.

3. ПРОИЗВОДСТВО ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ

Наиболее важный вопрос, связанный с внедрением технологии охлаждения ледяной суспензии, по-прежнему связан с тем, как лучше всего производить лед и превращать его в ледяную суспензию для конкретного применения. Существует несколько способов производства льда, которые проявляются как коммерческие устройства для производства льда; Устройство, выбранное для данной системы охлаждения ледяной суспензии, следует выбирать тщательно из-за различий в типах частиц льда, которые они производят.Некоторые типы доступных устройств производят дендритный лед, как показано ниже:

* Образует дендритные частицы льда, которые даже после химического и термического сглаживания имеют большое соотношение длины к диаметру и более склонны к спутыванию.

В большинстве установок для производства ледяной пульпы используются генераторы льда со скребковой поверхностью. Во многих установках первоначальные инвестиционные затраты выше из-за этого типа льдогенератора. Часто эксплуатационные расходы аналогичны эксплуатационным расходам других холодильных систем.Но обычно энергопотребление распределительных насосов снижается примерно на 40% по сравнению с средами без изменения фазы. Иногда можно также сэкономить на затратах на электроэнергию (хранение ледяной пульпы в Японии, где тарифы на электроэнергию могут быть в 3-5 раз ниже в ночное время, чем в дневное время), можно получить более высокую ценность охлажденного продукта (например, рыба, консервированная во льду. навозной жижи) или повышение производительности за счет сокращения трудозатрат, расхода льда и / или отходов.

В последнее время дальнейшие улучшения в производстве и доставке ледяной суспензии стали результатом необходимости разработки суспензий для медицинских защитных охлаждающих систем.Для этого применения, описанного в разделе 6, ледяная суспензия изготавливается с использованием разглаживания ледяных частиц, в результате чего получается ледяная суспензия, которую можно перекачивать с более чем 50% -ной загрузкой льда через трубы диаметром менее 1 мм.

Некоторые из новых применений ледяной суспензии будут описаны в следующих параграфах.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ, ВКЛЮЧАЯ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Возможность хранить ледяную суспензию без агломерации или запутывания частиц во время хранения, а затем откачивать ее из резервуара в виде однородной смеси, очень важна для реализации технологии охлаждения ледяной суспензии и достижения весь его потенциал.В некоторых приложениях выгодно делать ледяную суспензию в периоды непиковой нагрузки (ночное время) и хранить ее для дальнейшего использования (дневные периоды). В большинстве прошлых систем хранения тепла для льда лед не откачивали из резервуара, а только охлажденную воду подавали к точкам нагрузки. Ледяная суспензия или куски льда растапливались в резервуаре для хранения. Как централизованное хранение, так и перекачивание ледяной суспензии к нагрузкам имеет преимущество, позволяющее значительно уменьшить размер трубопроводов, насосов и резервуаров по сравнению с тем, что потребовалось бы для охлажденной воды.Как показано в (Kasza and Chen, 1987), в зависимости от плотности загрузки льда резервуар для хранения ледяной суспензии может составлять всего 1/10 размера резервуара, используемого для хранения эквивалентной охлаждающей способности охлажденной воды и подаваемого хладагента. скорость потока также может быть значительно снижена по сравнению с охлажденной водой. Кроме того, новая система трубопроводов, предназначенная для распределения ледяной суспензии, может иметь диаметр почти 1/3 диаметра, необходимого для подачи охлажденной воды с той же охлаждающей способностью. В случае модернизации использование жидкого навоза может увеличить охлаждающую способность системы без увеличения размеров трубопроводов и резервуаров для хранения.

Сравнение расхода охлаждающей жидкости и объема резервуара для хранения ледяной суспензии и обычной охлажденной воды (Kasza and Chen, 1987).

Пропускная способность трубопровода ледяной суспензии Q, в кДж -1 или кВт охлаждения при полном растапливании, является важным параметром при проектировании системы с прямым применением ледяной суспензии к удаленным теплообменникам. иллюстрирует влияние скорости потока, сплоченности льда и диаметра трубы на способность транспортировки ледяной суспензии (Kauffeld et al, 2005).

Пропускная способность ледяной суспензии (кВт охлаждения при полном растапливании) в трубах (D rør : внутренний диаметр трубы) (Kauffeld et al, 2005).

Хранение ледяной суспензии в резервуарах осложняется тем фактом, что при определенных условиях частицы льда со временем будут постепенно срастаться или агломерироваться, что затрудняет откачку ледяной суспензии из резервуара с большими нагрузками (Kasza and Hayashi, 2001b и Hansen et al., 2003). Однако на практике всегда желательно хранить ледяную суспензию с максимально возможной загрузкой льда, чтобы максимально эффективно уменьшить размер резервуара.При выгрузке из резервуара для хранения ледяная суспензия может иногда нуждаться в разбавлении до более низкой фракции льда, которая совместима с насосом и системой трубопроводов в сети доставки. быть около 20%, как показано в (Grozdek, 2009).

Отношение способности транспортировки ледяной суспензии и требуемой мощности откачки к массовой доле льда для трубы диаметром 15 мм (Grozdek, 2009).

Размер частиц льда, их форма / гладкость и фракция льда в жидкости-носителе могут значительно влиять на способность перекачивать ледяную суспензию по трубопроводу без запутывания частиц, закупоривания труб и возникновения большого падения давления в трубопроводе подачи ледяной суспензии и арматура.Как показано в и (Liu et al., 1988; Choi et al., 1988), при правильном приготовлении ледяная суспензия может перекачиваться без проблем, как и вода, в широком диапазоне условий. Также очевидно, что падение давления, связанное с потоком ледяной суспензии в трубе по сравнению с потоком воды, сильно зависит от размера частиц и фракции льда даже для высококачественной ледяной суспензии, состоящей из глобулярных гладких частиц. Хорошо известно, что коэффициенты теплопередачи значительно увеличиваются, когда фракция льда составляет 15 и более процентов (Kauffeld and Christensen, 1997).Улучшение теплопередачи наиболее заметно при низких скоростях потока. Также на теплопередачу влияет размер частиц льда и, следовательно, возраст ледяной суспензии.

Падение давления в трубе длиной 7 метров и внутренним диаметром 50 мм: ледяная суспензия (18% льда; сплошной символ) и вода (1 ° C; незакрашенный символ); (Лю и др., 1988; Чой и др., 1988).

4.1 Применение ледяной пульпы для охлаждения зданий

По сравнению с другими странами, Япония, вероятно, имеет наибольшее количество установленных систем ледяной пульпы (Wang and Kusumoto, 2001).По приблизительным оценкам, количество установок в Японии составляет более 400 систем, тогда как в Европе имеется только около 150 систем ледяной суспензии (Rivet, 2009). Чаще всего ледяная суспензия используется только в качестве накопителя энергии в системах кондиционирования воздуха в зданиях и не перекачивается непосредственно потребителям. Применение ледяной суспензии в системах кондиционирования воздуха может быть выгодным с энергетической точки зрения в сочетании с низкотемпературными системами распределения воздуха (t воздух 2 ° C).Низкотемпературный воздух позволил бы сэкономить энергию вентилятора, размер воздуховода и, следовательно, высоту здания, но, конечно, необходимо обеспечить тепловой комфорт и качество воздуха, воспринимаемое работающими в здании. Перекачивание ледяной пульпы по всему зданию в настоящее время осуществляется по крайней мере в одном офисном здании в Японии. Но здесь температура приточного воздуха составляет ° C. Причина использования ледяной суспензии в этом здании заключалась не в экономии энергии, а в экономии эксплуатационных расходов, поскольку ледяная суспензия производится в течение ночи и хранится в больших резервуарах для хранения.

В США HVAC является крупнейшим потребителем энергии в коммерческих зданиях, на долю которого приходится более 33% общего потребления энергии. Из них 13% используется для охлаждения и 20% для других зданий коммерческого сектора. Охлаждение зданий становится все более сложной задачей из-за растущих затрат на электроэнергию и потребности в сокращении выбросов парниковых газов. Комбинированные системы отопления, охлаждения и электроснабжения находят все более широкое применение, но имеют экономические проблемы из-за высоких затрат на природный газ и электроэнергию, а также больших первоначальных затрат на капитальное оборудование.Операторы крупных систем охлаждения с несколькими зданиями часто сталкиваются с ограничениями из-за нехватки подземных распределительных трубопроводов и резервуаров для хранения охлаждающей жидкости, а также из-за высокой стоимости разрушения улиц для установки новых трубопроводов. Операторы предприятий часто сталкиваются с проблемами в их собственных операциях, из-за которых дополнительное охлаждение обходится дорого. Наконец, крупномасштабные системы охлажденной воды являются капиталоемкими и используют большое количество зачастую дефицитной воды; особенно в высокоразвитых районах Юго-Западного У.С., Ближний Восток и Азия.

Использование охлаждающих жидкостей на основе ледяной суспензии в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может обеспечить более эффективное охлаждение при значительно меньших эксплуатационных расходах и затратах на оборудование. Ледяная суспензия была признана своим значительным потенциалом для улучшения охлаждающей способности по сравнению с системами с охлажденной водой из-за очень большой теплоты плавления льда (334 кДж / кг). Однако возможность производить ледяную суспензию с фракциями льда, приближающимися к 50% по весу, хранить ее, а затем извлекать ее для распределения в трубопроводной сети без закупоривания труб, доставляющих ледяную суспензию к нескольким нагрузкам, была труднодостижимой и препятствовала применению этой технологии.

показывает схему испытательной установки, используемой в Аргоннской национальной лаборатории для изучения методов производства ледяной суспензии, включающих химическое и термическое сглаживание ледяной суспензии во время производства, хранения, экстракции и распределения по трубопроводам. Показанные резервуары составляют ~ 4000 литров каждый, а диаметр трубопровода достигает 70 мм.

Схема установки по производству аргоннской ледяной пульпы.

4.2 Крупномасштабная демонстрация централизованного охлаждения с помощью ледяной суспензии

Технология охлаждения ледяной суспензии внедряется в таких странах, как Япония и Корея, для замены систем охлаждения с использованием охлажденной воды и замороженных систем хранения льда (лед, производимый в резервуаре, который никогда не покидает резервуар) .Этим странам пришлось решать проблемы высоких энергозатрат и приспосабливаться к ним, а также стремиться к повышению эффективности использования энергии. Пришло время в более широком масштабе использовать технологию охлаждения ледяной суспензии для улучшения охлаждения и использования энергии.

Разрабатывается 5-летняя демонстрационная программа, которая будет включать поставку системы охлаждения ледяной пульпы, производимой на центральном заводе, в несколько зданий в кампусе Аргонн. показывает схему, изображающую охлаждающую жидкость из ледяной суспензии, производимую на центральном предприятии и доставляемую по трубам к множеству распределенных охлаждающих нагрузок на объекте.На схеме показаны два способа, которыми охлаждение ледяной суспензии может быть связано со зданием: для здания слева, которое представляет собой типичное использование ледяной суспензии при модернизации, ледяная суспензия никогда не попадает в здание, а охлаждается через теплообменник, соединенный с существующим. система охлаждения здания; здание справа, которое представляет собой новое здание, спроектированное для использования ледяной суспензии, показывает вспомогательный резервуар для хранения ледяной суспензии, из которого здание получает охлаждение за счет циркуляции ледяной суспензии через систему вентиляции здания.

Схема системы охлаждения здания ледяной пульпы с распределенной нагрузкой.

После успешного завершения группа по демонстрации охлаждения ледяной пульпы и развитая инфраструктура, среди прочего, достигли следующих целей:

  • ▪ Разработать концепцию охлаждения, которая будет более энергоэффективной и приведет к снижению эксплуатационных расходов и затрат на оборудование по сравнению с существующими крупными индивидуальными системами
  • ▪ Разработка концепции управления и эксплуатации в отношении охлаждения помещений, централизованного охлаждения и возможности переключения нагрузки
  • ▪ Возможность оптимизировать конструкцию ледогенератора и оптимизировать кондиционирование частиц ледяной пульпы для получения хорошо загруженной ледяной суспензии, которую можно хранить и перекачивать.

4.3 Применение ледяной суспензии на пивоваренных заводах

Пивоваренный завод Zipf полагается на установку по производству аммиака с ледяной суспензией в качестве охлаждающей жидкости для своих нужд в охлаждении. Модернизация системы охлаждения аммиаком с прямым расширением была осуществлена ​​в 2004 году. Новая система была разработана для снижения высокого энергопотребления, связанного со старой насосной и холодильной системой. Модернизация проводилась без перерыва в работе. Существующая система охлаждения была сохранена, но контур хладагента, а также часть насосной системы аммиака были заменены ледяной суспензией.Сохранились большинство существующих трубопроводов, теплообменники на пивных резервуарах и в холодильных камерах. Новые установки включали два орбитальных стержневых ледогенератора холодопроизводительностью 230 кВт и воздухоохладители, специально разработанные для ледяной суспензии. Был добавлен силос площадью 110 м 3 с холодопроизводительностью 5000 кВтч для использования в качестве аккумулятора тепла. Три массовых расходомера кориолисового типа определяют сплоченность льда на разной высоте. Установленная холодопроизводительность была снижена с 1350 кВт до 670 кВт в результате снижения нагрузки за счет использования теплоаккумулятора ледяной суспензии.Заряд аммиака уменьшен с 3000 кг до 500 кг. Известно, что несколько подобных систем было установлено на пивоваренных заводах в Японии.

4.4 Применение ледяной суспензии на больших кухнях

На больших европейских кухнях учреждений во Франции (Compingt et al., 2009), Германии и Лихтенштейне установлено несколько систем охлаждения ледяной суспензии. Больничная кухня «Klinikum Stuttgart» в Германии принадлежит к одной из крупнейших в отрасли установок для обработки ледяной суспензии. Кухня была построена в 2007 году и позволяет готовить до 6000 блюд в день.Здесь ледяная суспензия используется исключительно для охлаждения всей технологической цепочки варки и охлаждения, включая последующую систему распределения, впервые (). Это касается всего: от переохлажденных емкостей и холодильных камер до станций порционирования и примерно 130 охлаждаемых тележек для транспортировки лотков из нержавеющей стали. Вместе с индукционными док-станциями и индукционными тележками обеспечивается надежное охлаждение транспортировки и бережная регенерация продуктов. Завод рассчитан максимум на 9000 приемов пищи в день.Суспензию льда на основе этанола и воды производят в 16 генераторах суспензии со скребком для льда с общей холодопроизводительностью 185 кВт. Ледяная пульпа хранится в 3-х цилиндрических емкостях-накопителях объемом 22 м 3 каждая. Пища хранится в холодильных камерах, охлаждаемых воздухоохладителями для ледяной суспензии перед приготовлением. В зависимости от приготовления пищи, пища охлаждается в конвейерных шоковых охладителях с охлаждением ледяной пульпы или непосредственно в больших варочных котлах / котлах. Такое быстрое охлаждение внутри котла происходит до трех раз быстрее, чем при обычном шоковом охлаждении, и, следовательно, обеспечивает более длительный срок хранения продукта.Кроме того, быстрое охлаждение сокращает количество ручных операций, мытья посуды и пищевых отходов. Охлажденные продукты снова хранятся в холодильных камерах до тех пор, пока они не будут разделены на пластиковые лотки, перемещающиеся по ленточным конвейерам. Еда, которую нужно подавать холодной, кладется на обычные фарфоровые тарелки; еда, которую необходимо разогреть перед подачей на стол, подается на фарфоровых тарелках с металлическим покрытием на дне и пластиковой крышкой с внутренним вкладышем из нержавеющей стали. Подносы помещаются в изолированные тележки из нержавеющей стали с двойными стенками, вмещающие две стойки по 10 противней в каждой.Контейнеры с двойными стенками автоматически загружаются менее чем за 4 минуты на станции для заправки ледяной суспензии. Тележки для транспортировки подносов равномерно сохраняют продукты в холоде до 12 часов и соответствуют требованиям HACCP. Тележка для транспортировки подносов устойчива к ударам и ее можно мыть в туннелях для очистки, кабели не мешают при перемещении устройства, и при хранении продуктов в холодном состоянии не излучается отходящее тепло или беспокоящий шум. Оказавшись на месте использования, индукционные нагревательные катушки перемещаются между лотками и нагревают пищу, помещенную на фарфор с металлическим покрытием под пластиковыми крышками, покрытыми нержавеющей сталью, которые также нагреваются за счет индукции, эффективно предотвращая образование конденсата влаги.Еда, размещенная на обычной посуде или на пластиковом подносе, остается холодной.

Схематическое изображение системы ледяной суспензии, аналогичной Klinikum Stuttgart.

В результате системы образуется полная охлаждающая цепочка с ледяной суспензией — от холодильной камеры до холодильной системы, холодильников и резервуаров обратного охлаждения до конвейерных лент общественного питания, диспенсеров тарелок и транспортных тележек охлаждающих поддонов. Поскольку контур ледяной суспензии является автономным, он не производит отходов, вредных для окружающей среды.Нет необходимости в дополнительных устройствах безопасности. Высокоэффективная система охлаждения ледяной суспензии обеспечивает равномерно низкую температуру, что является убедительным аргументом в отношении борьбы с бактериями. В результате система ледяной суспензии полностью соответствует всем требованиям HACCP.

4.5 Применение ледяной суспензии для охлаждения грузовиков и железных дорог

Аналогичная система заряжает грузовики ледяной суспензией перед отправкой грузовиков с охлажденными или даже замороженными продуктами в тур по доставке. Такие системы можно найти в эксплуатации в Японии (Kato and Kando, 2008) и в качестве прототипа в Словении.Ледяная суспензия производится на центральном заводе и загружается в специальные теплообменники в изотермических боксах грузовика. Система охлаждения ледяной суспензии работает с более высокой эффективностью, чем стандартная бортовая система охлаждения грузовика. Таким образом, выбросы углекислого газа, связанные с холодильной системой, могут быть сокращены на 20–30% (Kato and Kando, 2008). Кроме того, двигатель грузовиков с охлаждением ледяной жидкой жидкостью может полностью отключаться в точках приема и доставки товаров, что снижает шум и выброс выхлопных газов — функция, которая особенно ценится в крупных городах с проблемами качества воздуха.

Китай использует ледяную суспензию для охлаждения железнодорожных вагонов, где ледяная суспензия заполняется в пустотах, окружающих грузовой отсек (Wang and Goldstein, 1996). Подобно 100-летней технологии использования блочного льда, но ледяная суспензия наносится намного проще.

5. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЯМОГО КОНТАКТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

За последние пять лет в более чем 40 странах было завершено большое количество установок для прямого контактного охлаждения различных пищевых продуктов. В нижеследующем тексте описываются последние разработки технологии ледяной суспензии с прямым контактным охлаждением, используемой в хлебопекарном производстве, упаковке продуктов и в рыболовстве.

5.1 Применение ледяной суспензии в пекарнях

Контроль температуры во время замеса теста имеет важное значение в любой хлебопекарной операции. Тепло, выделяемое во время приготовления теста, может варьироваться в зависимости от условий эксплуатации различных продуктов. Он имеет три источника: увлажнение, так как мука и другие сухие материалы впитывают воду; трение мотора смесителя; и удельная теплоемкость отдельных ингредиентов. Во многих случаях вода для ингредиентов, даже подаваемая при низкой температуре, не обладает достаточной охлаждающей способностью для поглощения избыточного тепла.Хлопьевидный лед часто взвешивают вручную и наносят непосредственно как часть ингредиента, чтобы поддерживать температуру теста на оптимальном уровне от 25 до 28 ° C. Иногда для охлаждения теста также используется «сухой лед» CO 2 , а не чешуйчатый, но этот метод сталкивается с рядом проблем из-за высоких эксплуатационных расходов и экологических проблем. В последние годы пекарня движется к полной автоматизации, и ручная обработка льда становится все более узким местом для многих переработчиков хлебобулочных изделий.

Технология приготовления ледяной суспензии предлагает эффективное решение для охлаждения теста. показывает принципиальную схему системы ледяной суспензии. При использовании водно-солевого раствора в качестве среды для производства льда внутри льдогенератора образуются кристаллы, которые затем закачиваются в статический резервуар для хранения льда, где они остаются взвешенными в воде. Через механизм сбора льда наверху резервуара частицы льда на основе пресной воды выгружаются по запросу и смешиваются с охлажденной водой в резервуаре для смешивания с образованием суспензии.Затем они по замкнутому контуру поступают непосредственно в тестомесильные машины. Дозирующие насосы в каждом месте подачи могут точно контролировать количество ледяной суспензии из контура в смесители.

Принципиальная схема системы ледяной суспензии для хлебобулочных изделий.

В Северной, Центральной и Южной Америке есть несколько установок для приготовления ледяной суспензии для приготовления различных изделий из теста, от белого хлеба, сладкого хлеба до багетов. В зависимости от требований к сплоченности льда, установка повторного перемешивания и подачи льда может незначительно отличаться от приведенной выше диаграммы.В одной установке в тестомеситель загружаются только частицы сухого льда.

Установки подтвердили, что частицы льда в суспензии или в сухой форме легко смешиваются и распределяются в ингредиентах теста, равномерно контролируют температуру теста и устраняют необходимость чрезмерного замешивания теста. В результате получается более однородная текстура и качество теста. Один из переработчиков белого хлеба заметил, что при использовании колотого льда или чешуйчатого льда тесто часто становилось липким, что влияло на качество клейковины и приводило к плохому внешнему виду крошек.При использовании ледяной суспензии в получаемых ломтиках хлеба наблюдается однородный и регулярный размер альвеол. Эти выводы по-прежнему носят качественный характер, и необходимы дальнейшие научные исследования.

5.2 Применение ледяной суспензии при упаковке продуктов

Для многих свежих овощей сохранение качества продукта зависит от быстрого и тщательного охлаждения сразу после сбора урожая и поддержания низкой температуры окружающей среды во время хранения или обработки. Ледяная суспензия является эффективной охлаждающей средой после сбора урожая для различных продуктов, включая спаржу, цветную капусту, брокколи, зеленый лук, дыни, листовую зелень, морковь и сладкую кукурузу.Возьмем, к примеру, брокколи. Быстрое обледенение заполненных воском картонных коробок брокколи ледяной жидкостью после сбора урожая предотвращает увядание, подавляет ферментативную деградацию и дыхательную активность; замедляет или подавляет рост вызывающих гниение микроорганизмов и снижает выработку этилена. Это гарантирует, что головки брокколи сохраняются в свежем и привлекательном состоянии на протяжении всей холодовой цепи прямо для потребителя.

Есть несколько способов заправки льда в картонную коробку с различными продуктами.Самый простой способ обледенения — вручную добавить отмеренное количество льда на верхнюю часть каждой коробки. Этот метод трудоемок и лишь в минимальной степени приемлем для небольших операций. В этом случае довольно часто бывает неравномерное охлаждение продуктов, потому что лед обычно остается на месте, пока не растает.

Использование ледяной суспензии для охлаждения и консервирования продуктов является предпочтительным методом для современных операций по упаковке продуктов. Он особенно эффективен для плотных упаковок и пакетов на поддонах.Широко используемый подход заключается в том, чтобы вводить ледяную суспензию в ящики для продуктов на поддонах вручную через отверстия для рук. Это простой, но малоэффективный метод, так как двум преданным работникам требуется 5 минут, чтобы заморозить поддон с 30 ящиками (Boyette and Estes, 2000). Использование автоматической камеры для обледенения поддонов может значительно повысить эффективность обледенения. Конструкция включает корпус из нержавеющей стали, способный обрабатывать поддон с 48 ящиками (9 кг брокколи на ящик) во время каждой операции обледенения. Для перемещения поддона в камеру требуется только один оператор.При включении локально установленного выключателя обледенения две передние двери закрываются автоматически. Циркуляционный насос начинает перемещать ледяную суспензию в смесительном резервуаре, расположенном прямо под камерой, в верхнюю часть корпуса, где она распределяется по четырем вертикальным прорезям на боковых стенках. Затем ледяная суспензия вынуждается течь через ручные отверстия и заполнять пустоты во всех ящиках в течение 90 секунд. По мере стекания воды частицы льда плотно упаковываются вместе с продуктом. Затем поддон перемещается из камеры.

Для того, чтобы позволить производственным упаковщикам оптимально регулировать количество обледенения в ящиках для продуктов в зависимости от места их отгрузки, был разработан механизм обледенения погружного типа, который был внедрен в упаковщик для крупных продуктов в Калифорнии для упаковки брокколи. Новый механизм включает в себя держатель поддонов с 48 ящиками, подъемник с гидравлическим приводом и погружной бак 3 на 17,5 м, в котором ледяная суспензия поддерживается гомогенно с помощью двух мешалок мощностью 7,5 кВт. Изменяя время погружения каждого поддона в погружной резервуар от 45 до 120 секунд, количество льда, загружаемого в каждый ящик для брокколи, можно регулировать от 5 кг до 13 кг.

5.3 Применение ледяной суспензии в рыболовстве

5.3.1 Текущее состояние

Рыба, будучи скоропортящимся продуктом, быстро портится, как только умирает. Без надлежащего хранения продукта бактериальные, ферментативные и химические процессы быстро сокращают срок хранения, вызывают потерю капель и, в конечном итоге, приводят к браку продукта из-за порчи. Процесс порчи ускоряется повышенными температурами; повреждениями, такими как синяки, порезы и царапины; и загрязнением.Ключом к сохранению рыбы является немедленное охлаждение после вылова или вылова до температуры немного выше точки замерзания и поддержание этой температуры на протяжении всей холодовой цепи.

Ледяная суспензия как новая технология для максимального увеличения скорости охлаждения рыбы привлекает большое внимание за последние 25 лет. Департамент рыболовства и океанов Новой Шотландии, Канада, был первой организацией, проводившей систематическое исследование с 1984 по 1988 год. Оно опубликовало серию отчетов об обрабатываемости, физических характеристиках и охлаждающем воздействии ледяной суспензии на рыбу.Впоследствии рыбопромысловые учреждения по всему миру, такие как Управление морской рыбной промышленности Великобритании, Норвежский научно-исследовательский институт сельдевого масла и муки, Исландские рыболовные лаборатории, а недавно и Институт морских исследований Испании, провели углубленный анализ и испытания ледяной суспензии для различных видов рыб. разновидность. После почти 30 лет непрерывных усилий производителей и исследовательских организаций ледяная суспензия теперь широко признана не только как несравненная технология охлаждения, но и как отличная консервационная среда.Он включен во многие недавно опубликованные руководства и правила обращения с рыбой. Например, последняя серия руководств по качеству морепродуктов, выпущенная Ирландским советом по морскому рыболовству (2007 г.), описывает передовые методы обледенения сига следующим образом:

  • Обледенение слякоти важно для некоторых видов, например тунец, ориентированный на премиальные рынки;

  • Слякотный лед обеспечивает быстрое и равномерное охлаждение рыбы, поскольку он обеспечивает лучший контакт с поверхностью рыбы по сравнению с традиционной глазурью;

  • Слякотный лед также сводит к минимуму образование синяков или повреждений от давления, поскольку он является жидкой средой.

Сегодня в рыболовстве установлено более 700 систем, что делает рыбную промышленность одним из крупнейших рынков для технологии ледяной суспензии. Исландия, Япония и Норвегия входят в тройку лидеров списка. Ледяная суспензия все чаще используется для охлаждения, хранения и транспортировки рыбы на рыболовных судах и баржах, на фермах и внутри перерабатывающих предприятий. Сообщается об успехе почти всех основных видов рыб, таких как тунец, желтохвост, лосось, треска, пикша, хек, сельдь, скумбрия, сардина, креветки, мидии и омары (Wang and Goldstein, 2003; Piñeiro et al., 2004). В нынешних негативных глобальных финансовых условиях ледяная жижа будет нужна переработчикам рыбы и рыбакам больше, чем когда-либо, для повышения операционной эффективности и качества продукции.

5.3.2 Проблемы и решения
Качество и выход

Одной из самых сложных задач, стоящих перед рыбной промышленностью, является повышение качества и выхода рыбной продукции. Недавние публикации, основанные на микробиологических, биохимических и сенсорных анализах, показывают, что ледяная суспензия является многообещающей технологией для достижения этой цели для широкого круга видов рыб (Piñeiro et al., 2004). Например, Родригес и др. (2005) показали, что хранение ставриды в ледяной суспензии на основе рассола привело к значительному увеличению срока хранения с 5 дней с чешуйчатым льдом до 15 дней. Он также включал значительно более медленное образование общего летучего основного азота (TVB-N) и азота триметиламина (TVM-N) после 8 дней хранения. Подобный ингибирующий эффект на механизмы потери качества был также зарегистрирован для сардины с увеличенным сроком хранения на 15 дней в ледяной суспензии по сравнению с 8 днями в чешуйчатом льду (Carmen et al., 2005). Было также установлено, что ледяная суспензия способствует увеличению выхода рыбы и рыбного филе. Исследования Норвежского института рыболовства и аквакультуры показали, что треска, помещенная в ледяной раствор на три дня (максимально допустимое время для такого хранения), становится в среднем на 4% тяжелее без каких-либо изменений в качестве (Joensen et al. , 2001). В отличие от трески, хранившейся только на льду, вес не увеличивался. Согласно Piñeiro et al. (2004), присутствие хлорида натрия в ледяной суспензии в концентрациях, аналогичных тем, которые обнаруживаются в морской воде, оказывает двойное воздействие, а именно: более высокий эффект сохранения и стабилизацию фракции миофибриллярного белка, что подразумевает более высокие выходы при хранении, филетировании или замораживании. .

В то время как скорость порчи рыбы в ледяной каше значительно снижается, у некоторых видов рыб, таких как морской окунь, как сообщается, в ледяной каше на основе рассола видны мутные глаза, что отрицательно влияет на внешний вид и качество рыбы (Piñeiro et al. ). , 2004). Вероятно, это связано с осаждением глазного компонента при отрицательном уровне температуры, при котором работает большинство существующих систем ледяной суспензии. Ледяная суспензия, полученная из морской воды, также может создавать проблему поглощения соли при длительном хранении некоторых видов рыб, таких как пелагические рыбы.Задача состоит в том, чтобы определить оптимальные условия охлаждения и хранения для каждого рыбного продукта, а затем разработать систему, которая может точно контролировать температуру и соленость ледяной суспензии до определенного уровня, подходящего для каждого применения.

Система ледяной суспензии с переменным состоянием предлагает привлекательные функции для решения вышеперечисленных проблем в рыболовстве. Гетерогенная конструкция хранилища льда позволяет отделить частицы льда от рассола внутри бункера для хранения льда, как показано на рис. Частицы льда, скопившиеся в верхней части резервуара, затем могут быть выгружены по запросу, смешаны с контролируемым количеством охлажденной воды и / или рассола для образования перекачиваемой ледяной суспензии с любой требуемой концентрацией льда и соленостью.

Система ледяной суспензии низкой солености, используемая на борту японского кошелькового сейнера.

Мобильность

По мере того, как растет осведомленность об использовании ледяной пульпы для сохранения улова в рыболовстве любого масштаба, растет спрос на мобильные системы ледяной пульпы, которые могут поставляться как полностью автономные устройства, в некоторых случаях даже включая дизельные двигатели. генераторы. Мобильность особенно важна для удаленных районов с небольшой инфраструктурой или без нее, а также для сезонной обработки больших объемов рыбы.

Чтобы удовлетворить потребности рынка, были разработаны контейнерные системы для обработки ледяной суспензии как для наземных, так и для бортовых операций по переработке рыбы. Генераторы ледяной суспензии, оснащенные собственной системой охлаждения, насосной и контрольной станцией, а иногда также резервуаром для смешивания / хранения льда, предварительно устанавливаются в стандартный контейнер ISO 20 ‘для океанских перевозок и проходят заводские испытания перед отгрузкой. Место в контейнере ограничено, и компактный дизайн иногда становится проблемой. Однако преимущества контейнерной системы для заказчика огромны.Помимо мобильности, он также позволяет легко подключаться к городскому электроснабжению и водоснабжению, устраняет необходимость в выделенном машинном отделении и значительно сокращает время и стоимость установки. В то время как небольшие системы мощностью до 100 кВт по производству ледяной суспензии часто размещаются в одном 20-футовом контейнере, более крупные системы могут быть построены в одном 40-футовом контейнере или нескольких контейнерах.

Автоматизация

Одной из наиболее привлекательных характеристик ледяной суспензии является ее прокачиваемость.Это устраняет необходимость в дорогостоящих средствах механической или трудоемкой транспортировки льда и существенно снижает эксплуатационные расходы и затраты на обслуживание, поскольку система распределения является полностью автоматической. Потребность в более высокой производственной эффективности и улучшенном управлении холодовой цепью вызвала необходимость внедрения новых инноваций в области автоматизации. Одна из последних разработок — компьютерные системы контроля и управления. Эти меры улучшают стабильность и надежность системы. Более того, его можно легко интегрировать в систему контроля качества клиента для управления холодовой цепью на протяжении всей их деятельности.

5.3.3 Пример установки

Качество морепродуктов начинается с улова. В последнее время наблюдается тенденция к увеличению количества ледовых и холодильных установок на борту рыболовных судов. Это приводит к большему количеству установок для ледяной пульпы для бортового сектора. Около 70–75% всех установок для ледяной пульпы на промысле предназначены для рыболовных судов различных размеров и типов. Одним из последних достижений в области бортового применения является внедрение системы ледяной суспензии с низкой соленостью. Система была доставлена ​​в Hokubu Makiami Gyogyo Inc.Японии в 2006 году, и был установлен на его 300-тонный кошелек сейнер «Hokusho Maru», который ловит тунца или скипджека с апреля по октябрь, а скумбрию и сардины с ноября по февраль.

показывает принципиальную схему системы ледяной суспензии. Он имеет мощность производства льда 90 кВт и включает в себя компактный силос для хранения льда. В течение 25 или более часов от порта до места лова льдогенератор охлаждает морскую воду до точки замерзания, а затем производит частицы льда в виде суспензии.Затем он доставляется в силос, где происходит отделение льда и воды. Затем частицы льда выгружаются и смешиваются с морской водой в шнековом резервуаре с образованием суспензии с концентрацией льда 50%, которая доставляется в несколько рыбных трюмов по 25 м 3 . После улова теплый тунец сразу загружается в рыбные трюмы. По мере охлаждения лед тает, и морская вода удаляется из трюмов, а свежая ледяная суспензия дополнительно добавляется в трюмы для рыбы. Та же процедура повторяется до тех пор, пока температура рыбы не достигнет 0 ° C.

Возможность регулировки концентрации льда до 60% и содержания соли в диапазоне от 2 до 3% в ледяной суспензии обеспечивает максимальные результаты консервации без повреждения нежной рыбы и предотвращает чрезмерное поглощение соли рыбой. По словам руководителя подразделения компании, пойманную рыбу можно быстро охладить на борту, поэтому ее свежесть лучше сохраняется по сравнению с рыбой, охлажденной с колотым льдом. Кроме того, это не повреждает поверхность рыбы, а также экономит труд.

6. МЕДИЦИНСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ

В 2000 году аргоннские инженеры и врачи / исследователи Медицинской школы Чикагского университета (UC) начали разработку медицинского охлаждения ледяной суспензии для индукции защитной гипотермии в критических органах (Becker and Kasza, 2000). Недавно Калифорнийский университет и Аргонн создали Институт биоинженерии для передовой хирургии и эндоскопии, который расширяет возможности охлаждения ледяной суспензии для создания целенаправленного защитного охлаждения для широкого спектра хирургических применений.

Хирургические процедуры расширяют границы технической эксцизии и становятся менее инвазивными за счет разработки и использования лапароскопических процедур с помощью хирургов / машинных манипуляций с роботами. Существует неудовлетворенная потребность в защите важнейших органов и различных тканевых масс в ходе хирургических манипуляций.

6.1 Почему медицинское охлаждение ледяной суспензии?

Защитное охлаждение лечебной ледяной суспензии основано на предпосылке, что способность органов, тканей и неврологии пережить ишемию, реперфузионное повреждение и хирургические повреждения улучшается путем быстрого охлаждения в течение 5–15 минут при 4–15 К, (в зависимости от орган), ниже нормальной температуры 37 ° C.Охлаждение замедляет химические процессы в клетках; а именно метаболизм и снижает потребность в кислороде, что замедляет гибель клеток, предоставляя больше времени для лечения. В настоящее время кардиохирурги и сердечно-сосудистые хирурги часто используют байпасные теплообменники, чтобы вызвать защитное охлаждение, которое реализуется медленно и довольно инвазивно (иногда вызывая «шунтирование мозга»). Внешнее охлаждение с помощью пакетов со льдом, одеял, шапок и курток также иногда используется для индукции защитной гипотермии. Однако внешнее охлаждение происходит очень медленно (<0.03 Kmin -1 ) и аналогично шунтирующим методам охлаждает все тело, часто вызывая побочные побочные эффекты, такие как неконтролируемая дрожь или аритмии. Глобальное охлаждение также часто не может защитить конкретный орган от ишемии из-за неспособности достичь температуры, которая считается наиболее защитной для этого органа.

Охлажденный однофазный физиологический раствор начинает использоваться для стимулирования медицинского охлаждения. Однако он не способен вызвать быстрое целевое охлаждение, которое возможно с ледяной суспензией.Ледяная суспензия обладает дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что она поглощает в четыре раза больше тепла, чем охлажденный физиологический раствор, из-за таяния частиц льда (изменение фазы). Таким образом, требуется гораздо меньшее количество ледяной суспензии для охлаждения до той же температуры, что и однофазный хладагент, который зависит только от ощутимого поглощения тепла. Эта характеристика ледяной суспензии значительно снижает вероятность нарушения химического состава биосистемы в результате перегрузки охлаждающей жидкости. Наконец, ледяная суспензия охлаждает ткань-мишень быстрее, чем физиологический раствор, поскольку ледяная суспензия остается при ~ 0 ° C до тех пор, пока весь лед не растает, тогда как физиологический раствор сразу после его попадания в катетер доставки начинает повышаться в температуре.Таким образом, у мишени температурный градиент между тканью и охлаждающей жидкостью для ледяной суспензии намного больше, чем для физиологического раствора, и ткань охлаждается намного быстрее. Кроме того, очень маленькие частицы льда, протекающие по ткани-мишени, увеличивают коэффициент конвективной теплопередачи между хладагентом и тканью до более высоких уровней, чем при использовании однофазного охлажденного физиологического раствора.

Для медицинских применений ледяная суспензия в своей наиболее элементарной форме состоит из специально разработанных частиц льда размером менее 0,1 мм, взвешенных в биологически совместимой жидкости-носителе, содержащей химические вещества для разглаживания частиц льда и полезных для здоровья клеток.Ледяная суспензия производится с использованием тщательно контролируемого производственного процесса, разработанного компанией Argonne для достижения максимальной загрузки льда и бесперебойной работы. Когда частицы льда в основной медицинской солевой суспензии тают из-за поглощения тепла телом, оставшаяся жидкая фаза имеет соленость стандартного солевого раствора для капельного мешка, совместимого с химией тела. Различные химические вещества или газы, в зависимости от применения, также могут быть добавлены к ледяной суспензии в качестве «средств, улучшающих здоровье клеток». Недавно оборудование Argonne было использовано для приготовления ледяной суспензии из коммерчески доступного кровезаменителя под названием Hextend.Ледяная суспензия, приготовленная из коммерческих кровезаменителей, позволяет одновременно вводить защитное охлаждение и питание клеток.

6.2 Разрабатываются приложения для медицинского охлаждения ледяной суспензии

В настоящее время разрабатываются пять приложений для медицинского охлаждения ледяной суспензии, описанных ниже.

6.2.1 Защита от остановки сердца

Остановка сердца (внезапная остановка сердечной деятельности) поражает около 1000 человек в день в Соединенных Штатах. Текущая выживаемость при внезапной остановке сердца, произошедшей за пределами больницы, составляет менее 5%.Примерно через 15 минут без насыщенного кислородом кровотока клетки мозга и других жизненно важных органов, таких как сердце, начинают быстро умирать. Если парамедикам не удается быстро перезапустить сердце с помощью дефибрилляции, потеря мозга становится значительной. Тем не менее, охлаждение пациентов с остановкой сердца на 4 К ниже нормальной температуры тела 37 ° С после неудачной дефибрилляции считается значительным преимуществом.

Первое медицинское защитное охлаждение, исследованное Argonne и UC, предназначалось для внебольничных чрезвычайных ситуаций, вызванных остановкой сердца.В этом случае ледяная суспензия доставляется в легкие, не контактируя с кровью, и охлаждает кровь, циркулирующую в мозгу и сердце. Охлажденная кровь, протекающая через мозг и сердце, снижает разрушающее воздействие кислородного дефицита, вызывая охлаждение (терапевтическая гипотермия). После таяния ледяной суспензии остаточный солевой раствор в легких удаляется через всасывающую трубку. В будущем лечение остановки сердца с помощью ледяной кашицы будет включать следующие три этапа, выполняемые фельдшерами:

  • Шаг 1 После неудачной дефибрилляции медработники доставляют от одного до двух литров ледяной суспензии через эндотрахиальную (ЭТ) трубку, введенную в легкие.
  • Шаг 2 Немедленно начинают компрессию грудной клетки для циркуляции холодной крови к мозгу / сердцу; быстрое охлаждение на 4–5 К ниже нормы и защита до одного часа.
  • Шаг 3 Медики доставят пациента в отделение неотложной помощи, где, надеюсь, можно будет перезапустить сердце.

Эксперименты, проведенные в Калифорнийском университете с использованием модели остановки сердца у крупной свиньи (50 кг), как показано, доказали, что охлаждающая жидкость в виде ледяной суспензии может эффективно снизить температуру мозга и сердца на 4 К за 10 минут, что является защитным действием.

Суспензионное охлаждение мозга и сердца при остановке сердца.

6.2.2 Минимально инвазивная лапароскопическая хирургия почек Защитное охлаждение

Традиционная операция на почках с открытой полостью включает длинный разрез в брюшной полости. Чтобы свести к минимуму потерю крови во время операции, почечную артерию и вену пережимают перед разрезанием органа. Без охлаждения произойдет ишемическое повреждение почек, если пережатие будет длиться более 30 минут. Чтобы уменьшить ишемическое повреждение в традиционной хирургии, хирург использует стерилизованную перчатку, чтобы накачать кусочки льда вокруг органа.Охлаждение льдом позволяет хирургу вызвать защитную гипотермию, тем самым уменьшая ишемическое повреждение и значительно увеличивая время операции, превышающее тридцать минут. В последние годы быстро развиваются малоинвазивные лапароскопические процедуры, которые заменят операции на открытых полостях. Несмотря на то, что лапароскопическая операция на почках сокращает время пугания и послеоперационного восстановления, процедура в настоящее время затруднена из-за невозможности охлаждения органа из-за отсутствия доступа для ручной упаковки со льдом. В настоящее время ведутся исследования по адаптации технологии охлаждения ледяной суспензии для использования в лапароскопических операциях (Laven and Kasza, 2006, Kasza et al., 2006).

Лапароскопическая хирургия заменяет длинный разрез брюшной полости в хирургии открытой полости тремя-четырьмя небольшими разрезами, через которые вводятся небольшие порты доступа. Эти порты позволяют вставлять инструменты: один из них — оптоволоконный эндоскоп / источник света для просмотра органов пациента и хирургических манипуляций на видеомониторе. Другие порты используются для доступа хирургических инструментов для зажима, разрезания, наложения швов, а теперь и для подачи перекачиваемой ледяной суспензии для охлаждения.Как показано на фиг.4, охлаждение ледяной суспензии включает использование специальной трубки для доставки, вставленной в лапароскопический порт для доставки и покрытия внешней поверхности почки.

a, b: эндоскопический вид почки a) до покрытия ледяной жидкостью и b) после покрытия внешней поверхности ледяной жидкостью: защищает почку в течение> 90 мин.

После пережатия почечной артерии и вены почка затем охлаждают до температуры ниже 15 ° C, и операция начинается. Данные по животным показывают, что почка быстро охлаждается в течение более 90 минут; что значительно увеличивает доступное время операции.После завершения операции почка быстро нагревается после снятия зажима, а растаявшая или оставшаяся ледяная суспензия удаляется через всасывающую трубку.

Температура почек, охлажденная ледяной суспензией для защиты во время 90-минутной операции.

6.2.3 Защитное охлаждение во время кардиохирургии

Недавние исследования показали, что охлаждение сердца может быть защитным (Otake et al., 2007). Инженеры Аргонна и кардиохирурги Калифорнийского университета разрабатывают усовершенствованные процедуры охлаждения с использованием ледяной суспензии и связанного с ней оборудования для производства / доставки ледяной суспензии для создания защитного охлаждения сердечной мышцы.Одно из разрабатываемых приложений для охлаждения сердца включает защиту сердца от реперфузионного повреждения в результате баллонной ангиопластики, открывающей заблокированную артерию. Испытания на модели на животных включают хирургическое вмешательство без защитного охлаждения ледяной суспензии, а затем с защитным охлаждением ледяной суспензии, индуцированным несколькими способами. показан сердечный катетер длиной 100 см и внутренним диаметром 1 мм, доставляющий ледяную суспензию для защитного охлаждения сердца.

Доставка ледяной суспензии через сердечный катетер длиной 100 см.

Первоначальная оценка показывает, что скорость подачи ледяной суспензии, необходимая для поддержания всего сердца при защитных 32 ° C с ледяной суспензией, подаваемой из левой и правой коронарных артерий, составляет 16 мл / мин -1 при 50% -ной загрузке льда. Во избежание возможных аритмий, связанных с индуцированием гипотермии миокарда, в настоящее время предполагается, что температура миокарда не должна понижаться ниже 32 ° C. Предварительные расчеты также показали, что для охлаждения и поддержания сердечного миокарда на защитной температуре с помощью ледяной суспензии требуется только 1/3 объема охлажденного физиологического раствора.Это дает охлаждение ледяной суспензии существенное преимущество, поскольку меньший объем может использоваться для поддержания желаемой защитной температуры, что снижает вероятность перегрузки биосистемы.

6.2.4 Сведение к минимуму неврологических повреждений спинного и головного мозга

Аргоннские инженеры, нейрокритические врачи Калифорнийского университета и сосудистые хирурги изучают, как ледяную суспензию можно использовать для защитного охлаждения спинного и головного мозга от ишемии, реперфузионного повреждения и неврологических заболеваний. обесценение. Оценка современной литературы показывает, что защитному охлаждению в этой области медицины уделяется большое внимание во всем мире.Литература предполагает, что существует потребность в разработке более эффективных и простых в использовании методов охлаждения, чтобы реализовать преимущества целевого охлаждения. Охлаждающие жидкости на основе ледяной суспензии могут удовлетворить эту потребность. Было установлено, что катетеры могут использоваться для доставки ледяной суспензии в мозг по путям артериальной или спинномозговой жидкости (CSF) и к позвоночнику. Некоторые из этих катетеров меньше, чем те, что используются в кардиохирургии.

6.2.5 Улучшение восстановления органов — трансплантация

Целью данного исследования является изучение потенциала использования охлаждения ледяной суспензии для защиты и улучшения результатов восстановления жизнеспособности органов.Охлаждение ледяной суспензии может улучшить жизнеспособность органов за счет защиты от теплой ишемии. Это вмешательство, если оно будет доказано, позволит восстановить более жизнеспособные донорские органы без сердечных сокращений (снижение ишемического повреждения) и станет значительным достижением в обеспечении доступности большего количества органов для трансплантации.

Современные технологии, включающие вливание холодных жидкостей в бедренную артерию, приводят к более медленной скорости охлаждения органа по сравнению с прямым перфузионным охлаждением изолированного органа, обычно применяемым для извлечения органов у сердечнососудистого донора.Медленное охлаждение приводит к нарушению функции органов и, как следствие, ограничению клинического интереса. В настоящее время предпринимаются попытки разработать протоколы использования охлаждающих жидкостей на основе ледяной суспензии, чтобы преодолеть существующие ограничения холодных однофазных охлаждающих жидкостей и улучшить количество доступных органов и их жизнеспособность. Один из исследуемых подходов включает доставку ледяной суспензии через порты, аналогичные тем, которые успешно используются при лапароскопической хирургии почек (Laven and Kasza, 2006). Второй изучаемый сценарий включает использование разрабатываемой процедуры охлаждения сердца во время остановки сердца путем заполнения легких ледяной суспензией в сочетании с процедурой, используемой для защиты почек во время лапароскопической операции на почках.Этот сценарий защиты потенциально может защитить все донорские органы, расположенные в туловище тела.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В мире существует множество других применений ледяной суспензии. В этой статье приводятся некоторые примеры использования ледяной суспензии и дается представление о масштабах этой технологии.

По сравнению с многовековыми традиционными технологиями парокомпрессионного охлаждения, коммерческое использование охлаждения ледяной суспензии началось примерно 25 лет назад.Ледяная суспензия имеет большой потенциал в будущем. Ледяная суспензия позволяет использовать системы непрямого охлаждения с небольшой заправкой первичного хладагента. Кроме того, резервуары для хранения льда позволяют снизить нагрузку и снизить эксплуатационные расходы. Кроме того, использование ледяной суспензии дает возможность для непосредственного контактного охлаждения или замораживания пищевых продуктов и для спасения человеческих жизней за счет защитного охлаждения органов.

С улучшенным пониманием того, как микромасштабные характеристики частиц льда, которые составляют ледяную суспензию, влияют на инженерное макромасштабное поведение ледяной суспензии и как контролировать эти мелкие элементы во время производства суспензии, можно использовать охлаждение ледяной суспензии. в более широком смысле в промышленном секторе, а также для новых приложений, таких как создание целевого медицинского защитного охлаждения.Однако во всех сферах применения необходимо проявлять изобретательность и строгое внимание к деталям конструкции, чтобы обеспечить бесперебойную работу системы, избегая при этом агломерации ледяной пульпы, забивания системы распределения и минимизации требований к мощности перекачки. Кроме того, необходимо уделить особое внимание выбору правильного метода получения ледяной суспензии, чтобы полученная ледяная суспензия подходила для конкретного применения.

На сегодняшнем непростом рынке заказчики обращают внимание только на те технологии, которые приносят существенную измеримую ценность их операциям за счет экономии затрат, повышения производительности и качества, сокращения отходов или выбросов, а в случае медицинского охлаждения улучшают способность спасать жизни.Установки в различных охлаждающих устройствах, описанных выше, подтверждают, что ледяная суспензия является адаптируемым охлаждающим средством, а иногда также и консервирующей средой, и ее преимущества могут быть максимизированы за счет инновационных конструкций систем для производства, хранения и транспортировки льда для каждого конкретного применения. Будущее технологии ледяной суспензии зависит от того, насколько успешно будут решены следующие вопросы:

  • Разработка продукта. Генератор ледяной суспензии должен оставаться в центре внимания любой новой разработки.Чтобы конкурировать с традиционными технологиями, требуются машины с меньшим объемом технического обслуживания, более высоким КПД и более низкими затратами.

  • Для медицинских приложений новые соображения / параметры, связанные с постоянно расширяющимся использованием ледяной суспензии, должны быть учтены в конструкции оборудования оптимальным образом, при этом медицинские профессии должны руководить всеми разработками.

  • Необходимы соответствующие стратегии контроля, подходящие для систем ледяной суспензии; Ключевой технологией является точное измерение добавки, а также концентрации льда.

  • Резервуары для хранения льда нуждаются в дальнейших исследованиях, чтобы свести к минимуму энергию, используемую для поддержания однородного перемешивания резервуара и / или для предотвращения агломерации льда, особенно в верхней части неоднородных резервуаров для хранения.

  • Прикладное исследование. Сообщается лишь об ограниченных исследованиях охлаждения и консервирования некоторых видов рыб и брокколи с помощью ледяной суспензии. Требуются дополнительные исследования, чтобы охватить более широкий спектр применений для охлаждения при прямом контакте, например, использование ледяной суспензии для охлаждения и сохранения ценных видов рыб, таких как тунец, для охлаждения предварительно приготовленных супов и колбас.

  • Маркетинг. Хотя ледяная суспензия хорошо известна на рынке в таких отраслях, как рыболовство и кондиционирование воздуха в зданиях, она малоизвестна для охлаждения других пищевых продуктов. Потребуются постоянные усилия по продвижению преимуществ технологии по различным каналам.

Считается, что благодаря тесному сотрудничеству производителей, исследовательских организаций и конечных пользователей, в ближайшем будущем технология ледяной суспензии получит гораздо более широкое применение.

Сноски

Заявление издателя: Это PDF-файл неотредактированной рукописи, принятой к публикации. В качестве услуги для наших клиентов мы предоставляем эту раннюю версию рукописи. Рукопись будет подвергнута копирайтингу, верстке и проверке полученного доказательства, прежде чем она будет опубликована в окончательной форме для цитирования. Обратите внимание, что во время производственного процесса могут быть обнаружены ошибки, которые могут повлиять на содержание, и все юридические оговорки, относящиеся к журналу, имеют отношение.

ССЫЛКИ

1. Асаока Т., Сайто А., Окава С., Ито Т., Идзуми Н. Производство ледяной суспензии с вакуумным замораживанием с использованием раствора этанола 1-й отчет: Измерение данных парожидкостного равновесия раствора этанола при 208C и при замораживании температура. Int. J. of Refr. 2009. 32: 387–393. 394–401. [Google Scholar] 2. Беккер Л., Каса К. и др. Американская Ассоциация Сердца. Новый Орлеан, Луизиана: 2000. Быстрая индукция гипотермии с использованием ледяной суспензии с фазовым переходом: целевое охлаждение сердца и мозга во время остановки сердца.[Google Scholar] 3. Bédécarrats J-P, David T., Castaing-Lasvignottes J. Производство ледяной суспензии с использованием явления переохлаждения. Int. J. of Refr. 2010. 33: 196–204. [Google Scholar] 4. Бойетт, Э.А., Эстес. Послеуборочная технология серии AG-414-5. Служба поддержки сотрудничества Каролины; 2000. Охлаждение дробленым и жидким льдом. [Google Scholar] 5. Кармен А. и др. Влияние хранения в озонированной ледяной суспензии на сенсорное и микробиологическое качество сардины. Int. J. пищевой микробиологии. 2005. 103: 121–130. [PubMed] [Google Scholar] 6.Чой У, Лю К., Каса К. Падение давления и теплопередача в турбулентном неньютоновском потоке в трубах современных жидкостей для передачи энергии, Proc. Четвертый международный Конф. по передовой науке и технологиям; Иллинойсский технологический институт, Чикаго; Чикаго, штат Иллинойс. 1988. 19 марта, стр. 327–335. [Google Scholar] 7. Compingt A, Blanc P, Quidort A. Жидкий раствор для холодильного промышленного применения на кухне; CD-ROM 8 -й конференции МИХ по материалам и суспензиям с фазовым переходом для охлаждения и кондиционирования воздуха; Карлсруэ.2009. [Google Scholar] 8. Филд Б.С., Кауффельд М., Мадсен К. Использование ледяной суспензии в витрине супермаркета; CD-ROM 21 st IIR Международного конгресса по холоду; Вашингтон, округ Колумбия, США. 2003. август, [Google Scholar] 9. Гроздек М. Докторская диссертация, Королевский технологический институт. Стокгольм, Швеция: ISBN; 2009. Переключение нагрузки и накопление охлаждающей энергии через ледяной вал или системы ледяной суспензии — моделирование и экспериментальное исследование. 978-91-7415-434-4. [Google Scholar] 10. Хансен Т.М., Радошевич М., Кауффельд М.Исследование роста кристаллов льда и геометрических характеристик ледяной суспензии. В. J. из HVAC & R Research. 2003; 9: 19–33. 1. [Google Scholar] 11. Ирландский совет по морскому рыболовству. Руководство по обращению с сигом — Передовая практика. Дублин: BIM; 2007. с. 11. [Google Scholar] 12. Joensen S, Sørensen NK, Akse L. Cod: хранение в ледяной воде увеличивает вес. Fiskeriforskning Info. 2001 февраль; 1 [Google Scholar] 13. Kasza K, Chang F-C, Oras J, Fisher B., Shalhav A, Oriveto M, Mills R. Моделирование охлаждения почек с использованием ледяной суспензии во время лапароскопической хирургии; Конференция по биоинженерии; Остров Амелия, Флорида.2006. [Google Scholar] 14. Каса К., Чен М. Оценка воздействия современных жидкостей для передачи энергии на системы централизованного теплоснабжения и охлаждения (фаза I) Отчет Аргоннской национальной лаборатории. 1987 АНЛ-87-21. [Google Scholar] 15. Каша К., Чой У., Камински Дж. Снижение высоких затрат на централизованное отопление и охлаждение. Технические характеристики. Англ. Октябрь 1986 г., 56 (4): 39–42. [Google Scholar] 16. Kasza K, Choi U, Kaminsky J. Современные жидкости для передачи энергии для систем отопления и охлаждения. ASHRAE Trans. 1988; 93 (Pt 2) [Google Scholar] 17.Каса К., Чой У. Передовые жидкости для передачи энергии для централизованного теплоснабжения и охлаждения; Proc. 78-я Ann. Конф. IDHCA; Балтимор, Мэриленд. 1987. 21–25 июня, стр. 202–211. [Google Scholar] 18. Kasza K, Choi U, Kaminsky J. Оптимальные жидкости для передачи энергии для систем централизованного теплоснабжения и охлаждения; Годовая Mtg. ASHRAE Conf; Нэшвилл, Теннесси. 1987. [Google Scholar] 19. Каса К., Хаяси К. Исследование охлаждения ледяной суспензии: агломерация и извлечение льда из резервуаров для хранения. ASHRAE Trans. 1999. 105 (Pt2): 260–266. [Google Scholar] 20.Каса К., Хаяси К. Исследование охлаждения ледяной суспензии: влияние характеристик микрочастиц льда и добавок, снижающих температуру замерзания, на текучесть ледяной суспензии. ASHRAE Trans. 2001a; 107 (Pt1): 346–351. [Google Scholar] 21. Каса К., Хаяси К. Метод измерения агломерации ледяной суспензии в резервуарах для хранения. ASHRAE Trans. 2001b; 106 (Pt1): 117–123. [Google Scholar] 22. Каса К. Технология охлаждения ледяной суспензии; Конференция по решениям Energy 2000; Гонолулу, Гавайи. 2000. Сентябрь, [Google Scholar] 23. Като Ю., Кандо М.Семинар по Приложению 18 МЭА во Фрайбурге. Германия: 2008 г. Разработка технологий аккумулирования тепловой энергии для использования в транспортных средствах. [Google Scholar] 24. Kauffeld M, Kawaji M, Egolf PW, редакторы. Справочник по ледяным шламам — основы и разработка. Париж: IIF / IIR; 2005. [Google Scholar] 25. Kauffeld M, Christensen KG. Измерения теплопередачи с ледяной суспензией; Конференция IIR: Проблемы теплопередачи в «природных» хладагентах; Вашингтон, округ Колумбия, 1997. С. 127–141. [Google Scholar] 26. Ким Б.С., Шин Х.Т., Ли Ю.П., Джурнг Дж.Исследование производства ледяной суспензии путем распыления воды. Int. J. of Refr. 2001; том 24 (выпуск 2): 176–184. [Google Scholar] 27. Лавен Б., Каса К., Рапп Д., Орвието М., Лион М., Орас Дж., Байзер Д., Ванден Хук Т., Сон Х., Шалхав А. Экспериментальное исследование применения ледяной суспензии для индукции лапароскопической почечной гипотермии. Международный британский журнал урологии. 2006 июль [PubMed] [Google Scholar] 28. Лю К., Чой У., Каса К. Характеристики падения давления и теплопередачи почти нейтрально плавучей суспензии твердых частиц для передовых жидкостей для передачи энергии.Proc. 3-й международный Symp. по потокам жидкость-твердое тело ASME; КОРМИЛИ; Нью-Йорк. 1988. С. 107–113. [Google Scholar] 29. Otake H, Shite J, Paredes OL, Shinke T, Yoshikawa R, Tanino Y, Watanabe S, Ozawa T., Tsumoto D, Ogasawara D, Yokoyama M. Транскоронарная гипотермия миокарда на основе катетера ослабляет аритмию и некроз миокарда у свиней с острым инфарктом миокарда. . J Am Coll Cardiol. 2007 16 января; 49 (2): 261–262. [PubMed] [Google Scholar] 30. Пиньейро К., Баррос-Веласкес Дж., Обуг С.П. Влияние новых систем навоза льда на качество пищевых продуктов из водной среды.Тенденции в пищевой науке и технологиях. 2004. 15: 575–582. [Google Scholar] 31. Заклепка П. Обзор приложений PCM во всем мире — Региональный обзор Европа; 8 -я конференция IIR по материалам и суспензиям с фазовым переходом для охлаждения и кондиционирования воздуха; Карлсруэ. 2009. 3–5 июня, [Google Scholar] 32. Родригес О. и др. Сенсорные, микробные и химические эффекты системы жидкого льда на ставриду. J. of Sci. Продовольственное сельское хозяйство. 2005. 85: 235–242. [Google Scholar] 33. Стаматиу Э., Мьюисс Дж. В., Кавадзи М.Образование ледяной суспензии с участием движущихся частей. Int. J. of Refr. 2005 г. Том 28 (Выпуск 1): 60–72. [Google Scholar] 34. Ван М.Дж., Кусумото Н. Хранение тепла на основе ледяной пульпы в многофункциональных зданиях. Тепломассообмен. 2001; 37: 597–604. [Google Scholar] 35. Ван М.Дж., Гольдштейн В. Новая система производства ледяной суспензии и ее применения. Proc. IIR Conf. Применение природных хладагентов; IIF / IIR; Орхус, Дания. 1996. С. 543–551. [Google Scholar] 36. Ван М.Дж., Гольдштейн В. Ледяная суспензия: передовая технология охлаждения и консервирования рыбы; Симпозиум Американского рыболовного общества; 2003 г.С. 379–386. [Google Scholar] 37. Виджейсундера NE, Hawlader MNA, Чан Ви Бун А, Камаль Хоссейн М. Производство ледяной суспензии с использованием прямой контактной теплопередачи. Int. J. of Refr. 2004 г. Том 27 (Выпуск 5): 511–519. [Google Scholar]

Первый принцип успешного ледового плавания

Первым принципом успешного ледового плавания является сохранение свободы маневра. Как только корабль оказывается в ловушке льда, он идет туда, куда идет лед.

Ледовая навигация требует большого терпения и может утомлять.Если нам удастся избежать льда даже на более длинном маршруте, это будет предпочтительнее.

Во время ледового плавания мы должны помнить о следующих 3 основных правилах обращения с судном:
  1. Чрезмерная скорость означает повреждение льда. Каждый раз, когда касание льда неизбежно, скорость должна быть низкой. После контакта скорость можно медленно увеличивать.
  2. Продолжайте двигаться, даже если очень медленно. Не останавливайте корабль.
  3. Старайтесь работать с движением льда, а не против него.
При обращении с судном во льду необходимо учитывать следующие моменты:
  • Не стоит недооценивать твердость льда. Рассматривайте лед как плавающий бетонный блок, который может повредить корпус.
  • Будьте готовы в любой момент выйти за корму, но, насколько это возможно, следует избегать остановок и движения за кормой.
  • Выйти на лед на малой скорости, чтобы получить первый удар. Оказавшись во льдах, необходимо увеличить скорость, чтобы сохранить курс и управлять кораблем.
  • Следует избегать резких движений руля направления, таких как переворот, поскольку в таких случаях судно начинает быстро раскачиваться, что приводит к еще большему повреждению льда.
  • Каждый раз при выходе на опережение с кромки льда вход должен производиться под прямым углом на минимальной скорости.Источник изображения: NASA
  • Следует избегать постановки на якорь в условиях сильной сплоченности льда, если лед движется, судно также дрейфует со льдом и может порвать кабель.
  • Следует избегать образования льда под давлением.
  • Всем формам льда, то есть айсбергам, кускам берги и гроулингам в паковых льдах, следует отводить широкое пространство, поскольку они движутся с течением, тогда как паковый лед движется ветром.
  • Всегда следуйте рекомендованным маршрутом, указанным властями порта. На таких маршрутах ледоколы готовы оказать помощь в любой чрезвычайной ситуации.
  • Навигация в паковых льдах после наступления темноты не должна производиться без прожекторов высокой мощности, которыми можно легко управлять с мостика. Если видимость плохая, поднимитесь на минимальную скорость, но продолжайте медленно поворачивать гребной винт.
  • Если не удается избежать льдины, следует ударить по ней штоком прямо. Скользящее свечение может повредить обшивку носа и внезапно заставить судно изменить курс, и судно получит больше повреждений из-за льда.
Требования к судам, работающим во льдах:
  • Судно должно быть ледового класса.
  • Силовая установка и рулевое управление должны быть надежными.
  • Навигационное и коммуникационное оборудование должно быть надежным.
  • РАДАР должен быть новейшего типа, обеспечивающего максимальную производительность.
  • Взять тяжелый балласт.
  • Следует избегать чрезмерного дифферента кормы, поскольку он снижает маневренность.
  • Всегда переключайтесь с всасывания в открытом море на всасывание в низком море, чтобы избежать засорения всасывания в открытом море льдом.
  • На борту должно быть дополнительное топливо, еда и вода.
Требования к навигационному оборудованию согласно Полярному кодексу:
  • Суда должны иметь два немагнитных средства для определения и отображения своего курса. Оба средства должны быть независимыми и должны быть подключены к основному и аварийному источнику питания судна;
  • Судно, идущее на широту более 80 градусов, должно быть оборудовано по крайней мере одним компасом GNSS или эквивалентом, который должен быть подключен к основному и аварийному источнику питания судна.
  • Суда, за исключением судов, работающих исключительно в районах с круглосуточным дневным светом, должны быть оборудованы двумя дистанционно вращающимися узконаправленными прожекторами, управляемыми с мостика для освещения по дуге в 360 градусов, или другими средствами визуального обнаружения лед.
  • Суда, участвующие в операциях с ледокольным сопровождением, должны быть оборудованы мигающим красным светом, включаемым вручную, видимым с кормы, чтобы указать, когда судно остановлено. Дальность видимости этого огня должна составлять не менее двух морских миль, а горизонтальная и вертикальная дуги видимости должны соответствовать требованиям кормовых огней, требуемым Международными правилами предупреждения столкновений судов в море.
  • Суда должны иметь средства приема и отображения текущей информации о ледовой обстановке в районе операции.
  • Суда, построенные 1 января 2017 года или после этой даты и имеющие ледовое усиление в соответствии с главой 3 Полярного кодекса, должны иметь либо два независимых эхолотных устройства, либо одно эхолотное устройство с двумя отдельными независимыми преобразователями;
  • Для судов, работающих в районах и в периоды, когда существует вероятность обледенения, должны быть предусмотрены средства предотвращения скопления льда на антеннах, необходимых для навигации и связи.

Вот некоторые моменты, которые могут помочь вам во время ледового плавания.Есть некоторые моменты, которые могли быть упущены. Если что-то мы упустили, дайте нам знать в разделе комментариев и поделитесь своим мнением со всеми.

ice navigation

Принцип работы создателей мороженого: наука и удивительность позади

Хотя процесс изготовления мороженого кажется простым без каких-либо технических деталей, процесс, скрытый за кулисами, может быть одноразовым (за исключением людей с техническим образованием) . Как правило, принцип мороженого заключается в непрерывном подслащивании сливок или молока в низкотемпературной атмосфере.

В процессе объединения и смешивания воздух проходит через компонент, что предотвращает образование кристаллов льда. В конечном итоге это придает конечному продукту гладкую текстуру.

Режим работы лучшего мороженицы может иметь смысл только тогда, когда вы детально исследуете каждый компонент продукта.

Как работает машина для мороженого

Электродвигатель — неотъемлемая часть мороженого. Роль мотора — разделять чашу для образования смеси.Ниже описаны четыре основных типа льдогенераторов с различными принципами работы:

Настольные льдогенераторы

Это устройство имеет чашу с двойными стенками, между стенками которой находится жидкость (мочевина и дистиллированная вода). Используя эту необыкновенную жидкость, можно заморозить машину до температуры ниже стандартной точки замерзания примерно за сутки.

Пока чаша с двойными стенками замерзает, ее вставляют в устройство и добавляют смесь для мороженого. Машина выключится, облегчая вращение лопасти и перемешивание смеси.Смесь замерзает при контакте с замерзшей стенкой чаши.

Морозильник для льда

Хотя эта машина очень похожа на модель со столешницей, у нее нет двойных стенок. Его положат в морозилку и подключат к внешнему источнику питания. Когда он включен, ингредиент мороженого будет перемешиваться лопастью до подходящей консистенции.

Однако эта модель выделяется тем, что позволяет пользователям производить серии партий, не дожидаясь повторного замораживания дежи.С другой стороны, пользователям приходится мириться с недостатком, заключающимся в том, что дверца морозильной камеры должна быть закрыта через шнур, который будет подключен к внешнему источнику питания.

Встроенная машина для мороженого

Если вам нужна большая и эффективная машина для мороженого, это хороший выбор. Можно просто включить машину и дать ей поработать несколько минут. После этого налейте его для гребли. Вы также будете готовить лед за 20 минут. Встроенные охлаждающие жидкости избавляют от необходимости ждать в перерывах между сезонами.

Основным недостатком этого устройства является то, что его нельзя перемещать за 12 часов до использования, так как это нарушит баланс системы замораживания.

Ice and Salt Maker

Эта машина поставляется с внешней ванной, заполненной льдом и солью, которые смешиваются с оптимальной скоростью около 75 об / мин. Он приводится в действие двигателем, который вращает канистру и стабилизирует перемешивающую лопасть.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *