Двс как работает: Как работает двигатель машины для начинающих и чайников

Содержание

Как работает двигатель внутреннего сгорания, описание процессов

Цикл работы двигателя замкнутый. Возможна организация работы ДВС с кривошипно-шатунным механизмом по двух и четырехтактному циклу. Но подавляющее большинство автомобильных двигателей внутреннего сгорания работает по четырехтактному циклу. Рассмотрим, каким образом происходит эта работа.

Но для начала немного терминологии

Коленчатый вал вращается. Соединенный с ним поршень совершает в цилиндре движение вверх — вниз. Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Это верхняя мёртвая точка (сокращенно ВМТ) и нижняя мёртвая точка (НМТ).

Перемещение поршня от одного крайнего положения до другого называется тактом. Следовательно у четырехтактного двигателя цикл работы выполняется за четыре движения поршня вверх-вниз, что соответствует двум оборотам коленчатого вала.

Если умножить площадь торца (днища) поршня на расстояние между ВМТ и НМТ получим, так называемый, рабочий объем цилиндра, обозначаемый Vh.

Если умножить рабочий объем цилиндра на количество цилиндров в двигателе получается тот самый рабочий объем двигателя. Эта цифра в литрах всегда фигурирует среди технических параметров автомобиля. Многие автопроизводители гордо выносят эту цифру на шильдик, располагая его на задней части автомобиля (часто цифру привирают).

Цифра указывающая на рабочий объем двигателя

Объем над поршнем, когда он замер в ВМТ, называют объемом камеры сгорания (Vс). Именно в этом объеме начинается горение смеси паров топлива и воздуха. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра :Va = Vh + Vс.

Следующий важный параметр двигателя, это геометрическая степень сжатия. Обозначается ε. Она показывает, во сколько раз изменяется объем над поршнем, когда он перемещается от НМТ к ВМТ, ε = Va/Vc. Чем больше ε, тем выше температура и давление в смеси газов над поршнем при приближении его к ВМТ. Повышение степени сжатия делает двигатель экономичнее и увеличивает его мощность.

Но величина ε зависит от топлива, на которое рассчитан двигатель. Для двигателя, работающего на бензине ε = 6 – 10, для газовых ε = 7 – 9, для дизельных ε = 15 – 20. Отсюда видно, почему бензиновый двигатель легко переоборудовать для работы на газе. У дизелей такое высокое значение ε необходимо для того, чтобы обеспечить самовоспламенение топлива.

Ну а теперь непосредственно о рабочем цикле

Первый такт цикла носит название «впуск». Поршень движется от ВМТ к НМТ. Впускной клапан открыт, и через него в цилиндр поступают пары бензина смешанные с воздухом, так называемая горючая смесь (у дизельного двигателя – чистый воздух).

Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ, рабочая смесь (горючая смесь и остатки продуктов горения от предыдущего цикла) сжимается. Когда поршень приближается в ВМТ, у бензиновых двигателей между контактами свечи зажигания проскакивает электрическая искра для поджигания смеси.

Почему искра подается не в ВМТ, а раньше?

Дело в том, что перед началом горения должны пройти реакции, подготавливающие смесь к горению. Интенсивное горение смеси должно начаться только когда поршень достигнет ВМТ. Время на подготовительные реакции всегда одинаковое, а скорость перемещения поршня изменяется при изменении оборотов коленчатого вала. Поэтому приходиться изменять момент подачи искры, изменять, так называемый «угол опережения зажигания».

Меняется угол опережения зажигания

У дизельных двигателей при приближении поршня к ВМТ через специальную форсунку в надпоршневое пространство под высоким давлением впрыскивается топливо. Пока поршень дойдет до ВМТ, топливо должно испариться, перемешаться с воздухом, приготовиться к горению и начать гореть, когда поршень окажется в ВМТ.

Время на подготовку также постоянное, поэтому на высоких оборотах топливо впрыскивается раньше. Изменяется так называемый «угол опережения впрыска».

Третий такт – рабочий ход. Клапаны закрыты. Смесь интенсивно горит, её давление, и температура резко повышаются. Под действием давления поршень движется от ВМТ к НМТ и подталкивает коленчатый вал, подпитывая его энергией.

Четвертый такт – выпуск. Выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и отработанные газы выдавливаются из цилиндра.

Цикл закончился и начинается следующий. Следует заметить, что подпитка энергией коленчатого вала происходит только во время такта рабочего хода. Во время всех остальных тактов поршень перемещается (так называемые насосные ходы) за счет энергии, накопленной коленчатым валом от предыдущих рабочих циклов.

Как работает двигатель внутреннего сгорания — видео:

То есть в течение двух оборотов коленчатого вала подпитка его энергией происходит только пол-оборота. Это одна из причин невысокого коэффициента полезного действия четырехтактных двигателей.

Загрузка…

Nissan разработала ДВС с изменяемой степенью сжатия / Хабр

Степень сжатия газообразной горючей смеси в цилиндре изменяется от 8:1 до 14:1



Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

Японский автопроизводитель Nissan Motor представил новый тип бензинового двигателя внутреннего сгорания, который по некоторым параметрам превосходит продвинутые современные дизельные двигатели.

Новый двигатель Variable Compression-Turbo (VC-T) способен при необходимости изменять степень сжатия газообразной горючей смеси, то есть изменять шаг хода поршней в цилиндрах ДВС. Этот параметр обычно является фиксированным. Судя по всему, VC-T станет первым в мире ДВС с изменяемой степенью сжатия смеси.


Степень сжатия — отношение объёма надпоршневого пространства цилиндра двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мёртвой точке (полный объём цилиндра) к объёму надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке, то есть к объёму камеры сгорания.

Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность и увеличивает КПД двигателя, то есть способствует снижению расхода топлива.

В обычных бензиновых двигателях степень сжатия обычно составляет от 8:1 до 10:1, а в спортивных машинах и гоночных болидах может достигать 12:1 или больше. При повышении степени сжатия двигатель нуждается в топливе с бóльшим октановым числом.


Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

На иллюстрации показана разница в шаге поршней на разной степени сжатия: 14:1 (слева) и 8:1 (справа). В частности, демонстрируется механизм изменения степени сжатия от 14:1 к 8:1. Он происходит таким образом.

  1. В случае необходимости изменить степень сжатия активируется модуль Harmonic Drive и сдвигает рычаг актуатора.
  2. Рычаг актуатора поворачивает приводной вал (Control Shaft на схеме).
  3. Когда приводной вал поворачивается, он изменяет угол наклона многорычажной подвески (
    Multi-link
    на схеме)
  4. Многорычажная подвеска определяет высоту, на которую каждый поршень способен подняться в своём цилиндре. Таким образом, изменяется степень сжатия. Нижняя мёртвая точка поршня, судя по всему, остаётся прежней.

Конструкция запатентована Nissan (

патент США № 6,505,582

от 14 июня 2003 года).

Изменение степени сжатия в ДВС можно в каком-то смысле сравнить с изменением угла атаки в винтах регулируемого шага — концепции, которая много десятилетий применяется в воздушных и гребных винтах. Изменяемый шаг винта позволяет поддерживать эффективность движителя близкой к оптимальной вне зависимости от скорости движения носителя в потоке.

Технология изменения степени сжатия ДВС даёт возможность сохранить мощность двигателя при соблюдении строгих нормативов к экономичности двигателя. Вероятно, это вообще самый реальный способ соблюсти эти нормативы. «Все сейчас работают над изменяемой степень сжатия и другими технологиями, чтобы значительно улучшить экономичность бензиновых двигателей, — говорит Джеймс Чао (James Chao), управляющий директор по Азиатско-Тихоокеанскому региону и консультант IHS, — По крайней мере последние двадцать лет или около того». Стоит упомянуть, что в 2000 году компания Saab показывала прототип такого двигателя Saab Variable Compression (SVC) для Saab 9-5, за который удостоилась ряда наград на технических выставках. Затем шведскую фирму купил концерн General Motors и прекратил работу над прототипом.


Двигатель Saab Variable Compression (SVC). Фото: Reedhawk

Двигатель VC-T обещают вывести на рынок в 2017 году с автомобилями марки Infiniti QX50. Официальная презентация назначена на 29 сентября на Парижском автосалоне. Этот двухлитровый четырёхцилиндровый двигатель будет обладать примерно такой же мощностью и крутящим моментом, что и 3,5-литровый двигатель V6, место которого займёт, но обеспечит экономию топлива 27%, по сравнению с ним.

Инженеры Nissan говорят также, что VC-T будет дешевле, чем современные продвинутые дизельные двигатели с турбонаддувом, и будет полностью соответствовать современным нормам на выбросы оксида азота и других выхлопных газов — такие правила действуют в Евросоюзе и некоторых других странах.

После Infiniti новыми двигателями планируется оснащать другие автомобили Nissan и, возможно, партнёрской компании Renault.

Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

Можно предположить, что усложнённая конструкция ДВС в первое время вряд ли будет отличаться надёжностью. Есть смысл выждать несколько лет, прежде чем покупать автомобиль с двигателем VC-T, если только вы не хотите участвовать в тестировании экспериментальной технологии.

Что такое ДВС и как работает двигатель внутреннего сгорания? Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. ДВС: устройство, работа, КПД

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля , необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение .

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

А ты и твой автомобиль готовы к наступившей зиме? Современные гаджеты помогут с комфортом пережить зиму:

Штрафы за пересечение стоп-линии и превышение скорости больше не побеспокоят!

Двигатель автомобиля может выглядеть как большая запутанная мешанина металлических частей, трубок и проводов для непосвященных. В то же время двигатель — это «сердце» почти любого автомобиля — 95% всех машин работают на двигателе внутреннего сгорания.

В этой статье мы обсудим работу двигателя внутреннего сгорания: его общий принцип, изучим конкретные элементы и фазы работы двигателя, узнаем, как именно потенциальная топлива преобразуется во вращательную силу, и постараемся ответить на 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, всё это просто и доступно, как дважды два.

Главная цель бензинового двигателя автомобиля заключается в преобразовании бензина в движение, чтобы Ваш автомобиль мог двигаться. В настоящее время самый простой способ создать движение от бензина — это попросту сжечь его внутри двигателя. Таким образом, автомобильный «движок» является двигателем внутреннего сгорания — т.е. сгорание бензина происходит внутри него.

Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели являются одной из форм, а газотурбинные — совсем другой. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Ну, как Вы заметите, раз существует двигатель внутреннего сгорания, то должен существовать и двигатель внешнего сгорания. Паровой двигатель в старомодных поездах и пароходах как раз таки и является лучшим примером двигателя внешнего сгорания. Топливо (уголь, дерево, масло, любое другое) в паровой машине горит вне двигателя для создания пара, и пар создаёт движение внутри двигателя. Разумеется, двигатель внутреннего сгорания является намного более эффективным (как минимум потребляет гораздо меньше топлива на километр пути автомобиля), чем внешнего сгорания, кроме того, двигатель внутреннего сгорания намного меньше по размерам, чем эквивалентный по мощности двигатель внешнего сгорания. Это объясняет, почему мы не видим ни одного автомобиля, похожего на паровоз.

А теперь давайте посмотрим более подробно, как же работает двигатель внутреннего сгорания.

Давайте рассмотрим принцип, лежащий в любом возвратно-поступательном движении двигателя внутреннего сгорания: если Вы поместите небольшое количество высокоэнергичного топлива (например, бензина) в небольшое закрытое пространство и зажжёте его (это топливо), то выделится невероятное количество энергии в виде расширяющегося газа. Вы можете использовать эту энергию, к примеру, для приведения в движение картофелины. В этом случае энергия преобразуется в движение этой картофелины. Например, если Вы в трубу, у которой один конец плотно закрыт, а другой — открыт, нальёте немного бензина, а затем засунете картофелину и подожжёте бензин, то его взрыв спровоцирует приведение в движение этой картофелины за счёт выдавливания её взрывающимся бензином, таким образом, картофелина подлетит высоко в небо, если Вы направите трубу вверх. Это мы кратко описали принцип действия старинной пушки. Но Вы также можете использовать такую энергию бензина в более интересных целях. Например, если Вы можете создать цикл взрывов бензина в сотни раз в минуту, и если Вы сможете использовать эту энергию в полезных целях, то знайте, что у Вас уже есть ядро ​​для двигателя автомобиля!

Почти все автомобили в настоящее время используют то, что называется четырёхтактным циклом сгорания для преобразования бензина в движение. Четырёхтактный цикл также известен как цикл Отто — в честь Николая Отто, который изобрел его в 1867 году. Итак, вот они, эти 4 такта работы двигателя:

  1. Такт впуска топлива
  2. Такт сжатия топлива
  3. Такт сгорания топлива
  4. Такт выпуска отработавших газов

Вроде бы уже всё понятно из этого, не так ли? Вы можете посмотреть ниже на рисунке, что элемент, который называется поршень, заменяет картошку в описанной нами ранее «картофельной пушке». Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Только не пугайтесь новых терминов — их, на самом деле не так много в принципе работы двигателя!

На рисунке буквами обозначены следующие элементы двигателя:

A — Распределительный вал
B — Крышка клапанов
C — Выпускной клапан
D — Выхлопное отверстие
E — Головка цилиндра
F — Полость для охлаждающей жидкости
G — Блок двигателя
H — Маслосборник
I — Поддон двигателя
J — Свеча зажигания
K — Впускной клапан
L — Впускное отверстие
M — Поршень
N — Шатун
O — Подшипник шатуна
P — Коленчатый вал

Вот что происходит, когда двигатель проходит свой ​​полный четырёхтактный цикл:

  1. Начальное положение поршня — в самом верху, в этот момент открывается впускной клапан, и поршень движется вниз, таким образом, засасывая в цилиндр приготовленную смесь бензина и воздуха. Это такт впуска. Всего лишь крошечная капля бензина должна смешаться с воздухом, чтобы всё это работало.
  2. Когда поршень достигает своей нижней точки, то впускной клапан закрывается, а поршень начинает перемещаться обратно вверх (бензин оказывается в «западне»), сжимая эту смесь из топлива и воздуха. Сжатие впоследствии сделает взрыв мощнее.
  3. Когда поршень достигает верхней точки своего хода, свеча зажигания испускает искру, порождённую напряжением более десятка тысяч Вольт, чтобы зажечь бензин. Происходит детонация, и бензин в цилиндре взрывается, с невероятной силой толкая поршень вниз.
  4. После того, как поршень снова достигает дна своего хода, настаёт очередь открываться выпускному клапану. Затем поршень движется вверх (это происходит уже по инерции) и отработавшая смесь бензина и воздуха выходит через выхлопное отверстие из цилиндра, чтобы отправиться в своё путешествие до выхлопной трубы и далее в верхние слои атмосферы.

Теперь, когда клапан снова в самом верху, двигатель готов к следующему циклу, так что он всасывает следующую порцию смеси воздуха и бензина, чтобы ещё сильнее раскрутить коленчатый вал, который, собственно и передаёт своё кручение далее через трансмиссию к колёсам. Теперь посмотрите ниже, как работает двигатель во всех своих четырёх тактах.

Более наглядно работу двигателя внутреннего сгорания Вы можете увидеть на двух анимациях ниже:

Как работает двигатель — анимация

Обратите внимание, что движение, которое создаётся работой двигателя внутреннего сгорания, является вращением, в то время как движение, создаваемое «картофельной пушкой», является линейным (прямым). В двигателе линейное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Вращательное движение нам нужно, потому что мы планируем повернуть наши колёса автомобиля.

Теперь давайте посмотрим на все части, которые работают вместе в дружной команде, чтобы это произошло, начиная с цилиндров!

Ядром двигателя является цилиндр с поршнем, который двигается вверх и вниз внутри цилиндра. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Казалось бы, что ещё нужно для автомобиля?! А вот и нет, автомобилю для комфортной езды на нём нужны по меньшей мере ещё 3 таких цилиндра с поршнями и всеми необходимыми этой парочке атрибутами (клапанами, шатунами и так далее), а вот один цилиндр подойдёт разве что для большинства газонокосилок. Посмотрите — ниже на анимации Вы увидите работу 4-хцилиндрового двигателя:

Типы двигателей

Автомобили чаще всего имеют четыре, шесть, восемь и даже десять, двенадцать и шестнадцать цилиндров (последние три варианта устанавливают, в основном на спортивные автомобили и болиды). В многоцилиндровом двигателе все цилиндры, как правило, расположены одним из трёх способов:

  • Рядный
  • V-образный
  • Оппозитный

Вот они — все три типа расположения цилиндров в двигателе:

Рядное расположение 4-х цилиндров

Оппозитное 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 использования некоторых конкретных транспортных средств. Так, 4-хцилиндровые двигатели редко имеет смысл делать V-образными, таким образом, они обычно рядные; а 8-цилиндровые двигатели делают чаще с V-образным расположением цилиндров.

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

Давайте рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя более подробно:

А теперь внимание! На основе всего прочитанного посмотрим на полный цикл работы двигателя со всеми его элементами:

Полный цикл работы двигателя

Почему двигатель не работает?

Допустим, Вы выходите утром к машине и начинаете её заводить, но она не заводится . Что может быть не так? Теперь, когда Вы знаете, как работает двигатель, можно понять основные вещи, которые могут помешать двигателю завестись. Три фундаментальные вещи могут случиться:

  • Плохая топливная смесь
  • Отсутствие сжатия
  • Отсутствие искры

Да, есть ещё тысячи незначительных вещей, которые могут создать проблемы, но указанная «большая тройка» является чаще всего следствием или причиной одной из них. На основе простого представления о работе двигателя мы можем составить краткий список того, как эти проблемы влияют на двигатель.

Плохая топливная смесь может быть следствием одной из причин:

  • У Вас попросту закончился в баке бензин, и двигатель пытается завестись от воздуха.
  • Воздухозаборник может быть забит, поэтому в двигатель поступает топливо, но ему не хватает воздуха, чтобы сдетонировать.
  • Топливная система может поставлять слишком много или слишком мало топлива в смесь, а это означает, что горение не происходит должным образом.
  • В топливе могут быть примеси (а для российского качества бензина это особенно актуально), которые мешают топливу полноценно гореть.

Отсутствие сжатия — если заряд воздуха и топлива не могут быть сжаты должным образом, процесс сгорания не будет работать как следует. Отсутствие сжатия может происходить по следующим причинам:

  • Поршневые кольца изношены (позволяя воздуху и топливу течь мимо поршня при сжатии)
  • Впускные или выпускные клапаны не герметизируются должным образом, снова открывая течь во время сжатия
  • Появилось отверстие в цилиндре.

Отсутствие искры может быть по ряду причин:

  • Если свечи зажигания или провод, идущий к ним, изношены, искра будет слабой.
  • Если провод повредился или попросту отсутствует или если система, которая посылает искру по проводу, не работает должным образом.
  • Если искра происходит либо слишком рано или слишком поздно в цикле, топливо не будет зажжено в нужное время, и это может вызвать всевозможные проблемы.

И вот ещё ряд причин, по которым двигатель может не работать, и здесь мы затронем некоторые детали за пределами двигателя:

  • Если аккумулятор мёртв, Вы не сможете прокрутить двигатель, чтобы запустить его.
  • Если подшипники, которые позволяют коленчатому валу свободно вращаться, изношены, коленчатый вал не сможет провернуться, поэтому двигатель не сможет работать.
  • Если клапаны не открываются и не закрываются в нужное время или не работают вообще, воздух не сможет войти, а выхлопы — выйти, поэтому двигатель опять-таки не сможет работать.
  • Если кто-то из хулиганских побуждений засунул картошку в выхлопную трубу, выпускные газы не смогут выйти из цилиндра, и двигатель снова не будет работать.
  • Если в двигателе недостаточно масла, то поршень не сможет двигаться вверх и вниз свободно в цилиндре, что затруднит или сделает невозможным нормальную работу двигателя.

В правильно работающем двигателе все эти факторы находятся в пределах допуска. Как Вы можете видеть, двигатель имеет ряд систем, которые помогают ему сделать свою работу преобразования топлива в движение безупречной. Мы же рассмотрим различные подсистемы, используемые в двигателях, в следующих разделах.

Большинство подсистем двигателя может быть реализована с использованием различных технологий, и лучшие технологии могут значительно повысить производительность двигателя. Вот почему развитие автомобилестроения продолжается высочайшими темпами, ведь конкуренция среди автоконцернов достаточно велика, чтобы вкладывать большие деньги в каждую дополнительно выжатую лошадиную силу из двигателя при том же объёме. Давайте посмотрим на различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с работы клапанов в двигателе.

Как работают клапаны?

Система клапанов состоит из, собственно, клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Система открытия и закрытия их называется распределительным валом . Распределительный вал имеет специальные детали на своей оси, которые движут клапаны вверх и вниз, как показано на рисунке ниже.

Большинство современных двигателей имеют то, что называют накладными кулачками . Это означает, что вал расположен над клапанами, как Вы видите на рисунке. Старые двигатели используют распределительный вал, расположенный в картере возле коленчатого вала. Распределительный вал, крутясь, двигает кулачок выступом вниз таким образом, чтобы он продавливал клапан вниз, создавая зазор для прохода топлива или выпуска отработавших газов. Ремень ГРМ или цепной привод приводится в движение коленчатым валом и передаёт кручение от него к распределительному валу так, что клапаны находятся в синхронизации с поршнями. Распределительный вал всегда крутится в один-два раза медленнее коленчатого вала. Многие высокопроизводительные двигатели имеют четыре клапана на цилиндр (два для приёма топлива внутрь и два для вытяжки отработавшей смеси).

Как работает система зажигания?

Система зажигания производит заряд высокого напряжения и передаёт его к свечам зажигания с помощью проводов зажигания. Заряд сначала проходит к катушке зажигания (эдакому дистрибьютору, который распределяет подачу искры по цилиндрам в определённое время), которую Вы можете легко найти под капотом большинства автомобилей. Катушка зажигания имеет один провод, идущий в центре и четыре, шесть, восемь проводов или больше в зависимости от количества цилиндров, которые выходят из него. Эти провода зажигания отправляют заряд к каждой свече зажигания. Двигатель получает такую искру по времени таким образом, что только один цилиндр получает искру от распределителя в один момент времени. Такой подход обеспечивает максимальную гладкость работы двигателя.

Как работает охлаждение?

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует через проходы (каналы) вокруг цилиндров, а затем проходит через радиатор, чтобы тот её максимально охладил. Однако, существуют такие модели автомобилей (в первую очередь Volkswagen Beetle (Жук)), а также большинство мотоциклов и газонокосилок, которые имеют двигатель с воздушным охлаждением. Вы вероятно, видел такие двигатели с воздушным охлаждением, сбоку которых расположены эдакие плавники — ребристая поверхность, украшающие снаружи каждый цилиндр, чтобы помочь рассеять тепло.

Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но горячее, и как правило, уменьшается срок службы двигателя и общая производительность. Так что теперь Вы знаете, как и почему Ваш двигатель остаётся не перегретым.

Как работает пусковая система?

Повышение производительности Вашего двигателя является большим делом, но важнее то, что именно происходит, когда Вы поворачиваете ключ, чтобы запустить его ! Пусковая система состоит из стартера с электродвигателем. Когда Вы поворачиваете ключ зажигания, стартер крутит двигатель на несколько оборотов, чтобы процесс горения начал свою работу, и остановить его смог только поворот ключа в обратную сторону, когда перестаёт подаваться искра в цилиндры, и двигатель, таким образом, глохнет.

Стартер же имеет мощный электродвигатель, который вращает холодный двигатель внутреннего сгорания. Стартер — это всегда довольно мощный и, следовательно, «кушающий» ресурсы аккумулятора двигатель, ведь должен преодолеть:

  • Всё внутреннее трение, вызванное поршневыми кольцами и усугубляющееся холодным непрогретым маслом.
  • Давление сжатия любого цилиндра (цилиндров), которое происходит в процессе такта сжатия.
  • Сопротивление, оказываемое открытием и закрытием клапанов распределительным валом.
  • Все иные процессы, непосредственно связанные с двигателем, в том числе сопротивление водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

Мы видим, что стартеру необходимо очень много энергии. Автомобиль чаще всего использует 12-вольтовую электрическую систему, и сотни ампер электричества должны поступать в стартер.

Как работает впрыск и смазочная система?

Когда дело доходит ежедневного обслуживания автомобиля, Ваша первая забота, вероятно, состоит в проверке количества бензина в Вашем автомобиле. А как бензин попадает из топливного бака в цилиндры? Топливная система двигателя высасывает бензин из бака с помощью топливного насоса, который находится в баке, и смешивает его с воздухом так, чтобы надлежащая смесь воздуха и топлива могла протекать в цилиндры. Топливо поставляется в одном из трёх распространённых способов: карбюратор, впрыск топлива и система непосредственного впрыска топлива.

Карбюраторы на сегодняшний день сильно устарели, и их не помещают в новые модели автомобилей. В инжекторном двигателе нужное количество топлива впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо прямо в впускной клапан (впрыск топлива) или непосредственно в цилиндр (непосредственный впрыск топлива).

Масло также играет важную роль. Идеально и правильно смазанная система гарантирует, что каждая подвижная часть в двигателе получает масло так, что она может легко перемещаться. Две главные части, нуждающиеся в масле — это поршень (а, точнее, его кольца) и любые подшипники, которые позволяют таким элементам, как коленчатый и другие валы, свободно вращаться. В большинстве автомобилей масло всасывается из масляного поддона масляным насосом, проходит через масляный фильтр для удаления частиц грязи, а затем брызгается под высоким давлением на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает в отстойник, где снова собирается, и цикл повторяется.

Система выпуска отработавших газов

Теперь, когда мы знаем о ряде вещей, которые мы положили (налили) в свой ​​автомобиль, давайте посмотрим на другие вещи, которые выходят из него. Система выпуска включает в себя выхлопную трубу и глушитель. Без глушителя Вы бы услышали звук тысяч маленьких взрывов из своей ​​выхлопной трубы. Глушитель гасит звук. Выхлопная система также включает в себя каталитический нейтрализатор, который использует катализатор и кислород, чтобы сжечь всё неиспользованное топливо и некоторые другие химические веществ в выхлопных газах. Таким образом, Ваш автомобиль соответствует определённым евростандартам по уровню загрязнения воздуха.

Что ещё есть, кроме всего вышеперечисленного в автомобиле? Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора

Как работает двигатель? Видео

Однако светильный газ годился не только для освещения.

Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару . Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.

В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. Кроме того, двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Несмотря на это, Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре была применена кривошипно-шатунная передача. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС

Роторный ДВС

Газотурбинный ДВС

  • Поршневые двигатели — камера сгорания содержится в цилиндре , где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма .

ДВС классифицируют:

а) По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор, инжектор) и внутреннее (в цилиндре ДВС).

г) По способу воспламенения (с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, калоризаторные).

д) По расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные с одним и с двумя коленвалами, V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, VR-образные и W-образные, однорядные и двухрядные звездообразные, Н-образные, двухрядные с параллельными коленвалами, «двойной веер», ромбовидные, трехлучевые и некоторые другие.

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа, состоящий из четырёх отдельных тактов:

  1. впуска,
  2. сжатия заряда,
  3. рабочего хода и
  4. выпуска (выхлопа).

Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения . Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW , Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (СААБ), обладающие большей гибкостью характеристики.

Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ ) до 20-30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20-30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД . В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил , увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.

Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Фербенкс — Морзе, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20-30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.

Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.

В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия . Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля , в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки(предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения(для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламениня топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).

См. также

  • Филипп Лебон — французский инженер , получивший в 1801 году патент на двигатель внутреннего сгорания со сжатием смеси газа и воздуха.
  • Роторный двигатель: конструкции и классификация
  • Роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

Примечания

Ссылки

  • Бен Найт «Увеличиваем пробег» //Статья о технологиях, которые уменьшают расход топлива автомобильным ДВС

В подавляющем большинстве автомобилей используются в качестве топлива для двигателей производные нефти. При сгорании этих веществ выделяются газы. В замкнутом пространстве они создают давление. Сложный механизм воспринимает эти нагрузки и трансформирует их сначала в поступательное движение, а затем — во вращательное. На этом основан принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Далее вращение уже передается на ведущие колеса.

Поршневой двигатель

В чем преимущество такого механизма? Что дал новый принцип работы двигателя внутреннего сгорания? В настоящее время им оборудуются не только автомобили, но и сельскохозяйственный и погрузочный транспорт, локомотивы поездов, мотоциклы, мопеды, скутера. Двигатели такого типа устанавливаются на военной технике: танках, бронетранспортерах, вертолетах, катерах. Еще можно вспомнить о бензопилах, косилках, мотопомпах, генераторных подстанциях и другом мобильном оборудовании, в котором используется для работы дизельное топливо, бензин или газовая смесь.

До изобретения принципа внутреннего сгорания топливо, чаще твердое (уголь, дрова), сжигалось в отдельной камере. Для этого применялся котел, который грел воду. В качестве первоисточника движущей силы использовался пар. Такие механизмы были массивными и габаритными. Ими оборудовались локомотивы паровозов и теплоходы. Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало возможность в разы уменьшить габариты механизмов.

Система

При работе двигателя постоянно происходит ряд цикличных процессов. Они должны быть стабильными и проходить за строго определенный промежуток времени. Это условие обеспечивает бесперебойную работу всех систем.

У дизельных двигателей топливо предварительно не подготавливается. Система подачи топлива доставляет его из бака, и оно подается под высоким давлением в цилиндры. Бензин же по пути предварительно смешивается с воздухом.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания таков, что система зажигания воспламеняет эту смесь, а кривошипно-шатунный механизм принимает, трансформирует и передает энергию газов на трансмиссию. Газораспределительная система выпускает из цилиндров продукты горения и выводит их за пределы транспортного средства. Попутно снижается звук выхлопа.

Система смазки обеспечивает возможность вращения подвижных узлов. Тем не менее трущиеся поверхности нагреваются. Система охлаждения следит за тем, чтобы температура не выходила за пределы допустимых значений. Хотя все процессы происходят в автоматическом режиме, за ними все же необходимо наблюдать. Это обеспечивает система управления. Она передает данные на пульт в кабину водителя.

Достаточно сложный механизм должен иметь корпус. В нем монтируются основные узлы и агрегаты. Дополнительное оборудование для систем, обеспечивающих нормальную его работу, размещается поблизости и монтируется на съемных креплениях.

В блоке цилиндров располагается кривошипно-шатунный механизм. Основная нагрузка от сгоревших газов топлива передается на поршень. Он шатуном соединен с коленчатым валом, который преобразует поступательное движение во вращательное.

Также в блоке размещается цилиндр. По его внутренней плоскости перемещается поршень. На нем прорезаны канавки, в которых помещаются уплотнительные кольца. Это необходимо для минимизации зазора между плоскостями и создания компрессии.

Сверху к корпусу крепится головка блока цилиндров. В ней монтируется газораспределительный механизм. Он состоит из вала с эксцентриками, коромысел и клапанов. Их поочередное открытие и закрытие обеспечивают впуск топлива внутрь цилиндра и выпуск затем отработанных продуктов горения.

К низу корпуса монтируется поддон блока цилиндров. Туда стекает масло после того, как оно смажет трущиеся соединения деталей узлов и механизмов. Внутри двигателя еще расположены каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Принцип работы ДВС

Суть процесса заключается в преобразовании одного вида энергии в другой. Это происходит при сжигании топлива в замкнутом пространстве цилиндра двигателя. Выделяющиеся при этом газы расширяются, и внутри рабочего пространства создается избыточное давление. Его воспринимает поршень. Он может двигаться вверх-вниз. Поршень посредством шатуна соединен с коленчатым валом. По сути это главные детали кривошипно-шатунного механизма — основного узла, отвечающего за преобразование химической энергии топлива во вращательное движение вала.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на поочередной смене циклов. При поступательном движении поршня вниз совершается работа — на определенный угол проворачивается коленчатый вал. На одном его конце закреплен массивный маховик. Получив ускорение, он по инерции продолжает движение, и это еще проворачивает коленчатый вал. Теперь шатун толкает поршень вверх. Он занимает рабочее положение и снова готов принять на себя энергию воспламененного топлива.

Особенности

Принцип работы ДВС легковых автомобилей чаще всего основан на преобразовании энергии сгораемого бензина. Грузовики, трактора и специальная техника оборудуются в основном дизельными двигателями. Еще в качестве топлива может использоваться сжиженный газ. Дизельные двигатели не имеют системы зажигания. Воспламенение топлива происходит от создаваемого давления в рабочей камере цилиндра.

Рабочий цикл может осуществляться за один или два оборота коленчатого вала. В первом случае происходит четыре такта: впуск топлива и его воспламенение, рабочий ход, сжатие, выпуск отработанных газов. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания полный цикл осуществляет за один оборот коленчатого вала. При этом за один такт происходит впуск топлива и его сжатие, а на втором — воспламенение, рабочий ход и выпуск отработанных газов. Роль газораспределительного механизма в двигателях такого типа играет поршень. Двигаясь вверх-вниз, он поочередно открывает окна впуска топлива и выпуска отработанных газов.

Кроме поршневых ДВС существуют еще турбинные, реактивные и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Преобразование в них энергии топлива в поступательное движение транспортного средства осуществляется по другим принципам. Устройство двигателя и вспомогательных систем также существенно отличается.

Потери

Несмотря на то что ДВС отличается надежностью и стабильностью работы, его эффективность недостаточно высока, как это может показаться на первый взгляд. В математическом измерении КПД двигателя внутреннего сгорания составляет в среднем 30-45 %. Это говорит о том, что большая часть энергии сгораемого топлива расходуется вхолостую.

КПД лучших бензиновых двигателей может составлять лишь 30 %. И только массивные экономные дизели, у которых много дополнительных механизмов и систем, могут эффективно преобразовать до 45 % энергии топлива в пересчете на мощность и полезную работу.

Устройство двигателя внутреннего сгорания не может исключить потери. Часть топлива не успевает сгорать и уходит с отработанными газами. Другая статья потерь — это расход энергии на преодоление различного рода сопротивлений при трении сопряженных поверхностей деталей узлов и механизмов. И еще какая-то часть ее тратится на приведение в действие систем двигателя, обеспечивающих его нормальную и бесперебойную работу.

На наших дорогах чаще всего можно встретить автомобили, потребляющие бензин и дизельной топливо. Время электрокаров пока не настало. Поэтому рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Отличительной чертой его является превращение энергии взрыва в механическую энергию.

При работе с бензиновыми силовыми установками различают несколько способов формирования топливной смеси. В одном случае это происходит в карбюраторе, а потом это все подается в цилиндры двигателя. В другом случае бензин через специальные форсунки (инжекторы) впрыскивается непосредственно в коллектор или камеру сгорания.

Для полного понимания работы ДВС необходимо знать, что существует несколько типов современных моторов, доказавших свою эффективность в работе:

  • бензиновые моторы;
  • двигатели, потребляющие дизельное топливо;
  • газовые установки;
  • газодизельные устройства;
  • роторные варианты.

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

Такты ДВС

В каждом есть топливо, которое взрываясь в камере сгорания, расширяется и толкает поршень, установленный на коленчатом валу. Далее это вращение посредством дополнительных механизмов и узлов передается на колеса автомобиля.

В качестве примера будем рассматривать бензиновый четырехтактный мотор, так как именно он является самым распространенным вариантом силовой установки в машинах на наших дорогах.

Такты :

  1. открывается впускное отверстие и происходит заполнение камеры сгорания подготовленной топливной смесью
  2. происходит герметизация камеры и уменьшение ее объема в такте сжатия
  3. взрывается смесь и выталкивает поршень, который получает импульс механической энергии
  4. камера сгорания освобождается от продуктов горения

В каждом из этих этапов работы ДВС заложена своя происходит несколько одновременных процессов. В первом случае поршень находится в самой нижней своей позиции, при этом открыты все клапаны, впускающие топливо. Следующий этап начинается с полного закрытия всех отверстий и перемещения поршня в максимальную верхнюю позицию. При этом все сжимается.

Достигнув снова крайней верхней позиции поршня, на свечу поступает напряжение, и она создает искру, зажигая смесь для взрыва. Сила этого взрыва толкает поршень вниз, а в это время открываются выпускные отверстия и камера очищается от остатков газа. Затем все повторяется.

Работа карбюратора

Формирование топливной смеси в машинах первой половины прошлого века происходило с помощью карбюратора. Чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, нужно знать, что автомобильные инженеры сконструировали топливную систему так, что в камеру сгорания подавалась уже подготовленная смесь.

Устройство карбюратора

Ее формированием занимался карбюратор. Он в нужных соотношениях перемешивал бензин и воздух и отправлял это все в цилиндры. Такая относительная простота конструкции системы позволяла ему долгое время оставаться незаменимой частью бензиновых агрегатов. Но позже его недостатки стали преобладать над достоинствами и не обеспечивать повышающихся требований к автомобилям в целом.

Недостатки карбюраторных систем:

  • нет возможности обеспечивать экономные режимы при внезапных переменах режимов езды;
  • превышение лимитов вредных веществ в выхлопных газах;
  • низкая мощность автомобилей из-за несоответствия подготовленной смеси состоянию автомобиля.

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

Принцип работы инжекторного двигателя заключается в непосредственном впрыске бензина во впускной коллектор или камеру сгорания. Визуально все схоже с работой дизельной установки, когда подача выполняется дозировано и только в цилиндр. Разница лишь в том, что у инжекторных агрегатов установлены свечи для поджигания.

Конструкция инжектора

Этапы работы бензиновых моторов с прямым впрыском не отличаются от карбюраторного варианта. Разница лишь в месте формирования смеси.

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

  • увеличение мощности до 10% при схожих технических характеристиках с карбюраторным;
  • заметная экономия бензина;
  • улучшение экологических характеристик по выбросам.

Но при таких достоинствах есть и недостатки. Основными являются обслуживание, ремонтопригодность и настройка. В отличие от карбюраторов, которые можно самостоятельно разобрать, собрать и отрегулировать, инжекторы требуют специального дорогостоящего оборудования и установленного большого числа разных датчиков в автомобиле.

Способы впрыска топлива

В ходе эволюции подачи топлива в двигатель происходило постоянное сближение этого процесса с камерой сгорания. В наиболее современных ДВС произошло слияние точки подачи бензина и места сгорания. Теперь смесь формируется уже не в карбюраторе или впускном коллекторе, а впрыскивается в камеру напрямую. Рассмотрим все варианты инжекторных устройств.

Одноточечный вариант впрыска

Наиболее простой вариант конструкции выглядит как впрыск топлива через одну форсунку во впускной коллектор. Разница с карбюратором в том, что последний подает готовую смесь. В инжекторном варианте проходит подача топлива через форсунку. Выгода заключается в получении экономии при расходе.

Моноточечный вариант подачи топлива

Такой способ также формирует смесь вне камеры, но здесь задействованы датчики, которые обеспечивают подачу непосредственно к каждому цилиндру через впускной коллектор. Это более экономичный вариант использования топлива.

Прямой впрыск в камеру

Этот вариант пока наиболее эффективно использует возможности инжекторной конструкции. Топливо напрямую распыляется в камере. За счет этого снижается уровень вредных выхлопов, и автомобиль получает кроме большей экономии бензина увеличенную мощность.

Увеличенная степень надежности системы снижает негативный фактор, касающийся обслуживания. Но такие устройства нуждаются в качественном топливе.

Как работает двигатель автомобиля?

03.02.2019 Автомобильный двигатель: большой, грозный, но не такой уж сложный

Если бы кто-то сказал заглянуть под капот и найти там мотор, у большинства из нас не было бы больших проблем с ним. Вы просто показываете на самую большую деталь, здесь сомнений нет – силовой агрегат – самая огромная часть автомобиля. Но что на самом деле скрыто под этим чугунным или алюминиевым корпусом? Достижение поколений — это точно. Говорят, что двигатель — это сердце автомобиля — и это правильно — без него машина не поедет.

Так как же это работает и почему? Что заставляет автомобиль воспроизводить приятную симфонию звуков после поворота ключа в замке зажигания? Как получилось, что двигатель способен привести в движение колеса? Было бы сложно описать последовательно все существующие типы двигателей в мире. Однако существует схема, которая, за исключением нескольких случаев, остается неизменной и на которой проще всего объяснить, как работает двигатель автомобиля, то есть тот тип моторов, который сжигает бензин, дизельное топливо или масло.

Поршень: отсюда начинается всё

Вообще всю работу в двигателе выполняет поршень. Именно он движется в цилиндре по принципу «скольжения» — прямолинейно и поступательно. Последовательно — один раз вверх, один раз вниз. Задача поршня, как следует из названия, заключается в нажатии. Если не один, то другой путь.

Чтобы выполнить работу, привести к появлению полезной энергии (КПД больше нуля), поршень должен немного поработать и сделать четыре движения в цилиндре — первоначально он всасывает воздух или смесь через открытый всасывающий клапан, скользя вниз до самого дна цилиндра. Когда он располагается на дне цилиндра, наполненного воздухом, клапан закрывается. Когда цилиндр наполняется воздухом «до зубов», поршень крепко сжимает его, поднимаясь вверх. Специально для такого сжатого воздуха топливо впрыскивается сверху (в дизельном двигателе) или возникает искра (вариант с бензиновым вариантом), которая вызывает взрыв. Независимо от силы взрыва (бывает, что из-за простоя автомобиля, первая искра недостаточно сильна) поршень отправляется вниз. Когда поршень заканчивает свой путь, цикл может считаться оконченным, затем он совершает еще один ход — вверх. Его уже ждет открытый выпускной клапан, через который поршень выталкивает весь этот ненужный мусор (выхлопной газ) наружу.

Поршневой цикл: схема

Это тот самый дым, который в конечном итоге выходит из выхлопной трубы под вашей машиной. И так продолжается снова и снова: всасывание воздуха — поршень опускается, сжатие воздуха – поршень уходит вверх. Взрыв — поршень опущен, выталкивание выхлопа — поршень вверх. И все время снова и снова.

Таким образом, энергия взрыва превращается в работу, потому что движение поршня, соединенного с шатуном, вызывает вращение коленчатого вала, что приводит в движение силовой агрегат, который перемещает колесо автомобиля. Конечно, двигатель обычно имеет несколько поршней и цилиндров. В целом, чем они больше, тем больше работа двигателя и чем больше мощность этих цилиндров, тем больше потенциал двигателя и, следовательно, — лучшее ускорение, лучшая динамика, но также и большая потребность в топливе.

Предлагаем вам посмотреть занимательное видео, в котором подробно рассказывается и показывается каким именно образом работаем двигатель внутреннего сгорания автомобиля:

Например, когда указатель тахометра в вашей машине приближается к 2000 об./мин. (2 тысячи оборотов коленвала), это означает, что поршень совершает 4000 ходов в это время, и смесь попадает в цилиндр 1000 раз! Все это за минуту. И всего на один цилиндр. Теперь подумайте, сколько топлива нужно двигателю, если вы «стреляете» в него все время, разгоняя до 6000 оборотов при нажатой педали газа в пол!

Важность моторного масла

Чтобы двигатель работал исправно, очень важно наличие в картере масла. Каждый из нас отлично знает, что, чем лучше скольжение, тем более плавным является движение (вспомните фигурное катание). В принципе, там, где есть движение в двигателе, где одна деталь соприкасается с другой, туда и попадает масло. Его путь начинается с масляного поддона, который расположен под двигателем, масло всасывается специальным насосом, затем масляный насос вдавливает его в трубчатую сборку, которая направляет смазочный растовр в множество мест двигателя.

Представьте, что случилось бы, если бы в течение длительного времени все компоненты двигателя двигались «всухую». Теперь вы, наверное, понимаете, почему так важно время от времени проверять уровень масла в двигателе.

Бензиновый и дизельный моторы: в чем принципиальные отличия?

В чем главное отличие бензинового двигателя от дизельного? Речь идет о принципе зажигания. Бензиновые двигатели имеют искровое зажигание, дизель является самоходным. Что означают эти слова?

Бензиновые двигатели для взрыва в цилиндре используют искру, генерируемую на свече зажигания. В дизельных двигателях всё совсем иначе. В дизельном моторе воздух в цилиндре сжимается поршнем гораздо сильнее. Настолько, что внутри создается высокая температура, достаточная для взрыва смеси в цилиндре без искры. Бензин не возгорается из-за большого давления, соляра (дизельное топливо), наоборот, не горит при нормальных условиях от обычной искры.

Двигатели также различаются по расположению и количеству цилиндров. В Европе наиболее популярными являются рядные двигатели — как можно заключить из названия, цилиндры, в которых движутся поршни, в них расположены в ряд. Рядный четырехцилиндровый двигатель будет отмечается символом R4, шестицилиндровый R6 и т. д. Теперь представьте, что Lamborghini собирается смонтировать большой 12-цилиндровый двигатель под капотом своей модели. Если бы производитель хотел установить все цилиндры в один ряд, двигатель занял бы много места. Таким образом, было изобретено другое решение — разветвленное расположение цилиндров в два ряда, под углом 60, 90 и даже 180 градусов (оппозитный мотор). Все двигатели этого типа обозначены буквой V, в данном случае это будет двигатель V12. Однако более популярными являются установки V6 и V8. Такие автомобили изготавливались в середине прошлого века в США, после финансового кризиса их посчитали недостаточно оправданными.

Эти «демонические», действительно мощные, производительные моторы, встречаются реже, их можно обнаружить, чаще всего, в Subaru или Porsche. Здесь поршни расположены с обеих сторон коленчатого вала, лицом друг к другу, что делает весь двигатель, по сравнению с другими, очень плоским, но не менее объемным.

Рядный двигатель

Когда дело доходит до поршневого устройства, существует еще один тип двигателя, который сильно отличается от остальных. Это двигатель с одним вихревым поршнем, так называемый Двигатель Ванкеля. Также существуют специальные роторные моторы (цилиндры расположены по кругу), сферические моторы (поршень двигается не поступательно, а описывает сферу) и многие другие изобретения.

Новости : Кафедра ДВС : АлтГТУ

30 июня 2021 года на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» состоялось чествование ветеранов кафедры Андрея Алексеевича Балашова и Павла Кондратьевича Сеначина.

Андрей Алексеевич Балашов родился в 1938 году. Окончил Новосибирский институт инженеров водного транспорта в 1960 году по специальности «Судовые машины и механизмы». По распределению работал в должности мастера слесарно-механического цеха на Барнаульской базе речного флота. С 1964 года и по настоящее время работает на кафедре ДВС АлтГТУ, пройдя все должностные ступени: от аспиранта, ассистента, ст. преподавателя, доцента, профессора. Андрей Алексеевич доктор технических наук по специальности «Тепловые двигатели».

Андрей Алексеевич принимал и принимает активное участие в жизни кафедры, факультета и университета. Активно передает свой опыт работы молодым сотрудникам кафедры, за последние годы им подготовлено 2 учебных пособия, более 10 научных публикаций в соавторстве с аспирантами и молодыми учеными, им подготовлено два кандидата наук. Он активно занимается общественной работой: руководил комиссией по охране труда и технике безопасности в профкоме университета, длительное время был куратором академических групп, ответственным за трудоустройство молодых специалистов по кафедре ДВС, председателем совета ветеранов факультета и общественным инспектором по технике безопасности на кафедре ДВС.

Андрей Алексеевич награжден медалью «За освоение целинных и залежных земель», «60 лет начала освоения целинных и залежных земель на Алтае», отмечен знаком «Почетный работник высшего образования России», удостоен звания лауреата краевого и всероссийского конкурсов на лучшую книгу, неоднократно отмечался наградами АлтГТУ.

Стаж работы Андрея Алексеевича в АлтГТУ 54 года.

Павел Кондратьевич Сеначин родился в 1946 году. Окончив 7 классов средней школы № 27 г. Барнаула, поступил в Барнаульский машиностроительный техникум, где получил квалификацию «техник-электрик». Павел Кондратьевич окончил НЭТИ, г.Новосибирск, по окончании которого работал на Алтайском моторном заводе электриком, энергетиком цеха, инженером-конструктором и инженером-электроником, в Алтайском государственном университете научным сотрудником на кафедре «Общая физика», старшим научным сотрудником 49 отдела НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова.

С 1990 года Павел Кондратьевич переходит в Алтайский политехнический институт им. И.И. Ползунова и работает на кафедре физики, а с 2002 года — «Двигатели внутреннего сгорания».

Павел Кондратьевич в период с 2001 года по 2008 год работал в должности заведующего и профессора региональной кафедры «Математика и информатика» филиала Всероссийского заочного финансово-экономического института в г. Барнауле.

Павел Кондратьевич — доктор технических наук по специальностям «Тепловые двигатели» и «Теплофизика и теоретическая теплотехника». Им за время работы в АлтГТУ подготовлено 9 кандидатов наук и 2 доктора наук.

Автор более 400 научных и учебно-методических работ и изобретений, т.ч. 5 монографий и более 10 учебных пособий. Он ведет активную научно-исследовательскую работу. Является специалистом в области моделирования рабочих процессов двигателей, физики горения и взрыва, теплофизики и теплоэнергетики.

Павел Кондратьевич награжден Почетными грамотами АлтГУ, АлтГТУ, ВЗФИ, Управления Алтайского края по образованию и делам молодежи, Алтайского краевого законодательного собрания, является лауреатом Премии Алтайского края в области науки и техники, удостоен знака «Почетный работник высшего профессионального образования РФ».

Лариса Иннокентьевна Сучкова проректор по учебной работе высказала теплые слова в адрес ветеранов, отметила их заслуги в учебной, методической, научной работе и за значительный вклад в дело подготовки квалифицированных специалистов вручила почетные награды Алтайского государственного технического университета им.И.И. Ползунова – Почетную грамоту АлтГТУ и Памятный знак «За заслуги перед АлтГТУ».

Декан факультета Алексей Сергеевич Баранов и коллеги по кафедре высказали слова благодарности ветеранам. Выпускники кафедры прислали многочисленные видеообращения с добрыми пожеланиями Андрею Алексеевичу и Павлу Кондратьевичу.

Уважаемые Андрей Алексеевич и Павел Кондратьевич! Ваши ученики, товарищи, друзья и коллеги по кафедре двигателей внутреннего сгорания горячо и сердечно желают Вам здоровья, творческого долголетия, любви и уважения Ваших учеников.

Как работают ледогенераторы | HowStuffWorks

Существует множество способов сконфигурировать большой отдельно стоящий ледогенератор — все, что вам нужно, — это система охлаждения, водоснабжение и 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 панели 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 конденсирует 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. Когда вы замораживаете все сразу, как в домашнем льдогенераторе, вы получаете мутный лед (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 , поэтому разрыхленный лед может самостоятельно выскользнуть в сборный бункер, расположенный ниже. Некоторые системы имеют поршневой цилиндр , который слегка толкает лоток, выбивая кубики.

Такая система популярна в ресторанах и отелях, поскольку она 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.

Как работает сухой лед?

Что такое сухой лед?

Сухой лед — это замороженный диоксид углерода . Блок сухого льда имеет температуру поверхности -109,3 градуса по Фаренгейту (-78,5 градуса по Цельсию). Сухой лед также имеет очень приятную особенность сублимации — при разложении он превращается непосредственно в углекислый газ, а не в жидкость.Благодаря сверхнизкой температуре и функции сублимации сухой лед отлично подходит для охлаждения. Например, если вы хотите отправить что-то замороженное по стране, вы можете упаковать это в сухой лед. Он будет заморожен, когда достигнет места назначения, и не останется грязной жидкости, как это было бы с обычным льдом.

Многие люди знакомы с жидким азотом, который кипит при -320 ° F (-196 ° C). Жидкий азот довольно грязный и сложный в обращении. Так почему же азот жидкий, а углекислый газ — твердый? Эта разница вызвана особенностями твердого, жидкого и газообразного азота и углекислого газа.

Все мы знакомы с поведением воды твердое тело-жидкость-газ. Мы знаем, что на уровне моря вода замерзает при 32 ° F (0 ° C) и закипает при 212 ° F (100 ° C). Однако вода ведет себя по-другому, когда вы меняете давление. При понижении давления температура кипения падает. Если вы достаточно понизите давление, вода закипит при комнатной температуре. Если вы изобразите поведение твердого, жидкого и газообразного вещества, такого как вода, на графике, показывающем как температуру, так и давление, вы создадите так называемую фазовую диаграмму для этого вещества.На фазовой диаграмме показаны температуры и давления, при которых вещество меняется между твердым, жидким и газообразным.

При нормальном давлении углекислый газ перемещается прямо между газом и твердым телом. Жидкий углекислый газ можно найти только при гораздо более высоком давлении. Например, баллон высокого давления с углекислым газом или огнетушитель с углекислым газом содержит жидкую двуокись углерода.

Температура сухого льда

Чтобы сделать сухой лед, вы начинаете с емкости высокого давления, наполненной жидким диоксидом углерода.Когда вы выпускаете жидкий диоксид углерода из резервуара, расширение жидкости и быстрое испарение газообразного диоксида углерода охлаждает оставшуюся жидкость до точки замерзания, где она превращается непосредственно в твердое вещество. Если вы когда-нибудь видели в действии углекислотный огнетушитель, вы видели, как в сопле образовывался углекислый снег. Вы сжимаете снег из углекислого газа, чтобы создать блок сухого льда. Сухой лед сублимируется при температуре выше -109,2 ° F, поэтому вам нужно будет использовать его быстро или хранить при температурах ниже -109.2 ° F, так как в отличие от обычного льда он превращается в газ, а не в жидкость.

Как хранить сухой лед

Сухой лед следует хранить в хорошо изолированном контейнере снаружи, например, в холодильнике, с только слегка закрытой крышкой. Чем толще изоляция, тем лучше, так как она медленнее превращается в газ. Никогда не храните его в запечатанном контейнере, так как сублимированный газ CO2 тонет и может быть опасен. Если он герметичен, он может создать бомбу из сухого льда, и контейнер взорвется. Вы можете подумать, что морозильная камера — отличное место для охлаждения, но на самом деле она слишком теплая.Холодильник может выключиться из-за низкой температуры сухого льда.

Многочисленные применения сухого льда

  • Пищевая промышленность: Гранулы сухого льда добавляются для предотвращения роста бактерий во время крупномасштабных процессов смешивания или измельчения, таких как производство гамбургеров.
  • Глубокая очистка: Машины струйной очистки сухим льдом используются для удаления плесени, клея, краски, масла, жира и других трудно удаляемых клеящих материалов.
  • Медицинская промышленность: Сухой лед часто используется для хранения органов для трансплантации, а также при небольших дерматологических операциях, таких как удаление родинок, бородавок и других дефектов кожи.

Первоначально опубликовано: 1 апреля 2000 г.

Связанные статьи HowStuffWorks

Другие полезные ссылки

Как работает льдогенератор и что вы должны знать

Роль хладагента для льдогенератора

Хладагент жизненно важен для функционирования ледогенератора льдогенератор. Современные холодильные системы используют хладагент в той или иной форме, чтобы вода была достаточно холодной, чтобы ее можно было заморозить.

На протяжении всего пути хладагента он нагревается и охлаждается. Во время циклов нагрева и охлаждения хладагент меняет физическое состояние с жидкого на пар и снова обратно в жидкое.

К тому времени, когда хладагент достигнет испарителя, он должен быть в виде низкотемпературной жидкости под низким давлением. На этом этапе тепло воды перемещается в сторону холодного хладагента, понижая температуру воды до точки замерзания.

Компрессор льдогенератора

В компрессоре льдогенератор нагревает и нагнетает хладагент. Это важный шаг в подготовке хладагента к последующему быстрому расширению.

Находясь в этом состоянии, пар должен преобразоваться в жидкость под высоким давлением, прежде чем он пройдет через расширительный клапан.

Конденсатор льдогенератора

Конденсатор льдогенератора охлаждает хладагент, изменяя его состояние с пара на жидкость.

Конденсатор льдогенератора представляет собой набор металлических трубок внутри льдогенератора. Когда хладагент проходит через металлические змеевики, тепло уходит от хладагента, эффективно охлаждая его.

Ледогенератор завершает процесс охлаждения, нагнетая воздух (ледогенераторы с воздушным охлаждением) или проточную воду (ледогенераторы с водяным охлаждением) над горячими змеевиками.Тепло переносится в воздух или воду, где оно выбрасывается из машины. В конце концов, температура хладагента понижается настолько, что он превращается из пара под высоким давлением в жидкость под высоким давлением.

Расширительный клапан

Термостатический расширительный клапан (или TXV) сбрасывает давление в хладагенте за счет быстрого расширения.

Льдогенераторы производят порцию льда с помощью процесса, известного как адиабатическое охлаждение. Когда вещество под высоким давлением расширяется, изменение давления вызывает быстрое охлаждение вещества.По этой же причине сжатый воздух, который вы используете для очистки клавиатуры, становится холодным, когда вы удерживаете спусковой крючок. Когда воздух выходит, он сбрасывает давление в банке, в результате чего жидкость в банке остывает.

В процессе производства льда быстрое расширение превращает хладагент из жидкости с высокой температурой и высоким давлением в жидкость с низким давлением и низкой температурой.

Испаритель льдогенератора

В испарителе вода замерзает, образуя кубик льда.Как только жидкость низкого давления попадает в испаритель, тепло от воды мигрирует через пластину испарителя в хладагент.

Когда вода течет по испарителю, она начинает охлаждаться до точки замерзания. Со временем вода замерзает в форме кубика льда.

После того, как весь куб заморожен, льдогенератор запускает цикл сбора льда для использования. Льдогенератор использует горячий газ или воду комнатной температуры для нагрева испарителя, в результате чего лед тает и попадает в промышленный бункер для льда.

Льдогенератор работает только так же хорошо, как и его компоненты

Теперь, когда вы знаете, как работает льдогенератор, вы можете увидеть, насколько сложен на самом деле процесс охлаждения. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ваш бункер для льда не заполнится, поэтому у вас будет много льда для ваших клиентов и сотрудников.

Если какой-либо из этих жизненно важных компонентов льдогенератора выйдет из строя, льдогенератору будет сложно производить лед. Вот почему процедуры обслуживания льдогенератора так важны для обеспечения надежной подачи льда.

В Easy Ice мы обслуживаем и обслуживаем более 20 000 льдогенераторов. Мы разработали нашу комплексную программу подписки на льдогенераторы, чтобы гарантировать, что коммерческие льдогенераторы находятся в оптимальном состоянии круглый год. Профилактическое обслуживание и очистка жизненно важны для поддержания льдогенератора в рабочем состоянии.

Вы ищете легкую альтернативу льдогенератору? В наши подписки на льдогенераторы входят лучшие коммерческие льдогенераторы от Hoshizaki и Manitowoc. Наша команда опытных специалистов по производству льдогенераторов будет поддерживать ваше оборудование в отличном состоянии, проводя техническое обслуживание и чистку машины два раза в год.Все это входит в небольшую ежемесячную плату. Свяжитесь с нами для получения предложения сегодня!

Premier Orthopaedics IceWorks — Premier Orthopaedics IceWorks

Публичное катание 12:00

Публичное катание

1 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети до 4 лет : БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 $ ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4,00 доллара США Абонементы на общедоступное катание со скидкой Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

2 ноября с 12.00 до 13.30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Rentals: 2,00 доллара США ** * * Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат скейтов: 4 доллара США. Пропуск на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

3 ноября с 12.00 до 13.30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

4 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети до 4 лет: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2 доллара США ** ** БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков по средам: 4 доллара США.00 Общественное катание на конькахСкидка на фигурное катание Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

5 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети до 4 лет: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 $ ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4,00 доллара США Абонементы на общедоступное катание со скидкой Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 19:30

Публичное катание

5 ноября с 19:30 до 21:30

Входной билет для взрослых и детей старше 4 лет: 10,00 долларов США, для детей до 4 лет: бесплатный прокат коньков: 2 доллара США ** ** среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат пешеходов: абонемент на общедоступное катание за 4 доллара со скидкой Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 14:00

Публичное катание

6 ноября с 14.00 до 16.00

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Общественное катание 14:00

Общественное катание

7 ноября с 14:00 до 16:00

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и ниже: FREESkate Rentals: $ 2,00 ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда SkateWalker Rentals: 4 доллара США.00 Общественное катание на конькахСкидка на фигурное катание Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

8 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети до 4 лет: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 $ ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4,00 доллара США Абонементы на общедоступное катание со скидкой Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

9 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Rentals: 2,00 доллара США ** * * Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат скейтов: 4 доллара США. Абонемент на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

10 ноября с 12.00 до 13.30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

11 ноября с 12.00 до 13.30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов США Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда скейтов: 2 доллара США ** ** БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков по средам: 4 доллара США.00 Общественное катание на конькахСкидка на фигурное катание Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

12 ноября с 12.00 до 13.30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10,00 долларов Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Public Skating 19:30

Public Skating

12 ноября с 19:30 до 21:30

Входной билет для взрослых и детей старше 4 лет: 10,00 долларов США для детей до 4 лет: бесплатный прокат коньков: 2 доллара США ** ** среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат пешеходов: абонемент на общедоступное катание за 4 доллара со скидкой Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 14:00

Публичное катание

13 ноября с 14.00 до 16.00

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Общественное катание 14:00

Общественное катание

14 ноября с 14:00 до 16:00

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и ниже: FREESkate Rentals: $ 2,00 ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда SkateWalker Rentals: 4 доллара США.00 Общественное катание на конькахСкидка на фигурное катание Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

15 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10,00 долларов Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 $ ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4,00 доллара США Абонементы на общедоступное катание со скидкой Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

16 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Rentals: 2,00 доллара США ** * * Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат скейтов: 4 доллара США. Абонемент на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

17 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

18 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10,00 долларов Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда скейтов: 2 доллара США ** ** БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков по средам: 4 доллара США.00 Общественное катание на конькахСкидка на фигурное катание Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Общественное катание 19:30

Общественное катание

19 ноября 19:30 — 21:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети до 4 лет: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 14:00

Публичное катание

20 ноября с 14:00 до 16:00

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Rentals: 2,00 доллара США ** * * Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат скейтов: 4 доллара США. Абонемент на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 14:00

Публичное катание

21 ноября с 14.00 до 16.00

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

22 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети до 4 лет: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2 доллара США ** ** БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков по средам: 4 доллара США.00 Общественное катание на конькахСкидка на фигурное катание Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

23 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10,00 долларов Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

24 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Rentals: 2,00 доллара США ** * * Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат скейтов: 4 доллара США. Абонемент на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 14:00

Публичное катание

26 ноября с 14.00 до 16.00

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Общественное катание 19:30

Общественное катание

26 ноября 19:30 — 21:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Rentals : 2,00 $ ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4,00 доллара США. Абонемент на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 14:00

Публичное катание

27 ноября с 14.00 до 16.00

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Аренда: 2 доллара США ** * * Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат скейтов: 4 доллара США. Абонемент на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Общественное катание 19:30

Общественное катание

27 ноября в 19:30 — 21:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов.00Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** БЕСПЛАТНАЯ среда проката коньков Прокат коньков для прогулок: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой Катание на коньках Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Общественное катание 14:00

Общественное катание

28 ноября с 14:00 до 16:00

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и ниже: FREESkate Rentals: $ 2,00 ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда SkateWalker Rentals: 4 доллара США.00 Общественное катание на конькахСкидка на фигурное катание Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

29 ноября с 12.00 до 13.30

Входной билет Взрослые и дети старше 4: 10 долларов США Дети 4 и младше: БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков: 2,00 доллара ** ** Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат коньков: 4 доллара США. Абонементы на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Публичное катание 12:00

Публичное катание

30 ноября с 12:00 до 13:30

Входной билет Взрослые и дети старше 4 лет: 10,00 долларов США Дети 4 и младше: FREESkate Rentals: 2,00 доллара США ** * * Среда БЕСПЛАТНАЯ аренда коньков Прокат скейтов: 4 доллара США. Абонемент на общедоступное катание со скидкой. Ищете отличное семейное развлечение? Как насчет того, чтобы провести день […]

Почему лед такой скользкий?

Зимние ледовые виды спорта зависят от одного факта: лед скользкий.

Низкое трение льда — вот почему конькобежцы могут развивать скорость до 35 миль в час, почему фигуристы могут кружиться по головокружительным кругам, и почему 40-фунтовый камень для керлинга может скользить и выполнять все, что нужно для керлинга.

Но на протяжении большей части последних двух столетий ученые изо всех сил пытались объяснить, почему именно лед скользкий и почему коньки могут так хорошо скользить по нему (или, если уж на то пошло, почему по льду так легко поскользнуться).

Одно препятствие: коньки на льду удивительно трудно изучать.Вы не можете увидеть, что происходит, когда лезвие рассекает лед, потому что лезвие закрывает обзор. А слои льда, по которым скользят коньки, микроскопически тонкие.

Итак, для объяснения ученым приходится полагаться на свои знания физики и химии. Они придумали несколько совпадающих друг с другом, каждая из которых объясняет увлекательное свойство льда. Учитывая, что в Северном полушарии установились зимние холода, сейчас хорошее время, чтобы окопаться.

Прежде всего, напомню: что такое лед?

Getty Images

Лед — это твердая вода.Ты знаешь что. Но то, что происходит, когда оно становится твердым, делает это вещество необычным и завораживающим.

Для большинства веществ во Вселенной твердая фаза более плотная, чем жидкая. Когда материал охлаждается достаточно, чтобы образовать твердое тело, его молекулы связываются плотными массивами. Но лед — другое дело. Когда температура опускается ниже 32 ° F, специальные водородные связи, которые связывают молекулы воды вместе, создают дополнительное пространство между молекулами воды, когда они замерзают.

Слева молекулы жидкой воды неорганизованы и плотны.
Справа молекулы льда упорядочены и рассредоточены. Викискладе

И оказалось, что вы можете точно настроить лед, чтобы принести пользу спортсменам, занимающимся различными видами спорта.

Как поясняет журнал Smithsonian Magazine, лед, используемый на катках на олимпийском льду, представляет собой очищенную воду, распыляемую на катки по одному слою за раз для создания поверхностей безупречной консистенции. Толщина и температура льда на Олимпийских играх зависит от вида спорта. Фигуристы предпочитают лед, установленный близко к точке плавления при 25 ° F для дополнительного сцепления и контроля.Хоккеистам нравится более холодное, твердое и, в конечном итоге, более быстрое покрытие.

Твердый лед на самом деле менее плотен, чем жидкая вода (поэтому айсберги плавают в океане). И для ученых это стало ключом к пониманию того, почему лед такой чертовски скользкий.

Гипотеза 1: Давление тает лед. (Это в основном неверно. Но все же интересно.)

Начиная с XIX века, наиболее распространенным ответом на вопрос «почему лед скользкий» был «потому что лед тает под давлением».

Эта идея основана на работе Джеймса Томпсона, который в 1850-х годах разработал математику, описывающую очень странное свойство льда: то есть под высоким давлением лед снова превращается в воду.Это связано с тем, что твердый лед менее плотен, чем вода. Если сжать лед, он становится менее устойчивым и тает.

Вы можете продемонстрировать этот эффект с помощью очень простого эксперимента. Возьмите кусок проволоки и привяжите груз к каждому концу. Затем протяните проволоку через большую глыбу льда. Давление проволоки прорежет чистую линию через лед (который снова замерзнет, ​​как только проволока пройдет сквозь нее, процесс, называемый «регеляцией»). Смотрите, что происходит здесь:

Заманчиво думать, что коньки работают именно так: давление, оказываемое тонким лезвием на лед, растапливает достаточно воды, чтобы уменьшить трение и обеспечить скольжение.

Но вот в чем проблема: «Чтобы растопить лед в достаточной степени, чтобы кататься при любой разумной температуре, нужно быть невероятно массивным», — сказал в последнем интервью Дэвид Лиммер, профессор теоретической химии из Калифорнийского университета в Беркли. год.

Как объяснил Кеннет Чанг из New York Times, человек весом 150 фунтов, стоящий на лезвиях, снизит температуру плавления льда только с 32 ° F до 31,97 ° F, в то время как на катках для фигурного катания обычно поддерживается температура около 24 ° F. .Проще говоря: фигуристы не могут оказать достаточного давления, чтобы растопить лед.

«Итак, хотя основная идея верна — вы можете растопить лед, надавливая на него, — цифры совсем не работают», — говорит Лиммер. (В одной статье объясняется, что если лед очень холодный -4 ° F, потребуется давление 39 680 фунтов на квадратный дюйм, чтобы растопить достаточно, чтобы можно было кататься на коньках. Это более чем вдвое превышает давление на дне океана! И все же оно все еще можно кататься на таком холодном льду.)

Кроме того, плавление под давлением не происходит мгновенно, как вы можете видеть на видео выше.«Поэтому немыслимо, чтобы за миллисекунду, которую фигурист проводит в определенном месте на льду, можно просто под давлением растопить слой воды», — сказал Ханс ван Леувен, профессор теоретической физики на пенсии, недавно опубликовавший книгу «математическое объяснение фигурного катания», — сказал он.

Гипотеза 2: Трение тает лед. (Становится теплее. Но это не все объясняет.)

Значит, давление тонкого лезвия на лед не может объяснить скольжение коньков. А как насчет трения? Разве скользящие движения коньков по поверхности не могут генерировать достаточно тепла, чтобы растопить лед?

Это определенно часть ответа, но не объясняет, почему лед такой необычно скользкий.Любой, кто ходил по скользкому тротуару, знает, что по льду можно поскользнуться, как только его нога коснется. И этого времени недостаточно, чтобы вызвать трение, необходимое для плавления водяной пленки.

Трение «является эффектом второго порядка» в задаче катания на коньках, объясняет Лиммер. Трение помогает нам понять, почему коньки могут скользить все быстрее и быстрее при движении, но не почему они вообще могут начать движение.

Гипотеза 3. Поверх льда очень маленький слой жидкой воды.(Это ключ.)

За несколько лет до того, как Джеймс Томпсон объяснил, почему давление тает лед, физик Майкл Фарадей открыл еще одно интересное свойство льда: тонкий жидкий слой на его поверхности. Его эксперимент был настолько простым, что вы можете проводить его дома.

Возьмите два кубика льда в морозильную камеру и очень быстро, чтобы не нагреть их до точки плавления, сложите их друг на друга.

Вернись через несколько часов. Они держатся вместе.

Фарадей (правильно) предположил, что кубики льда слипаются из-за окружающего их слоя жидкости.Когда эти жидкие слои встречаются, они замерзают.

Этот очень тонкий слой жидкости делает лед еще более гладким. Но в то время Фарадей не мог доказать свою гипотезу. Наука об атомах и молекулах еще не могла помочь в объяснении.

В 1987 году ученые подтвердили существование этого «квазижидкого» слоя с помощью рентгеновских изображений. И он супер-супертонкий. По наилучшим оценкам, его толщина при -1 ° C (30,2 ° F) составляет от 1 до 94 нанометров. Это примерно в 1000 раз меньше бактерии.Совсем недавно ученые наблюдали поверхность жидкости с помощью чрезвычайно чувствительных микроскопов.

Вот диаграмма, показывающая, что происходит в молекулярном масштабе.

Давиде Донадио, Калифорнийский университет в Дэвисе

Когда вода заморожена, отдельные молекулы воды захватывают друг друга за счет водородных связей, удерживая друг друга на месте в кристаллической структуре, как вы можете видеть в нижней половине рисунка.Но у молекул на поверхности меньше других молекул, за которые можно цепляться, что делает их более дезорганизованными и, в конечном итоге, делает лед скользким.

Собираем все вместе

Ричард Хиткот / Getty Images

Итак, что происходит, когда коньки , сделанные из алюминия или стали, касаются льда?

Ван Левен объясняет, что крошечный слой жидкости является причиной того, что коньки могут мгновенно начать движение по льду.А поскольку лопасти движутся по льду все быстрее и быстрее, возникает большее трение, в результате чего растапливается больше воды. Когда фигуристка продвигается вперед, она физически продирается сквозь лед, деформируя его. Это вызывает большее трение и большее плавление. Все это позволяет фигуристам скользить, как на гидроплане, по тонкой, тонкой пленке воды в канале, который они вырезают. И все это происходит в одно мгновение.

Опять же, все это было бы очень трудно увидеть воочию в эксперименте. «Толщина слоя воды настолько мала, что его невозможно отличить от льда», — говорит Ван Леувен.Так что пока это остается гипотезой.

Но что интересно, Ван Левен считает, что кататься на коньках при температуре ниже -30 ° C будет очень сложно. Даже если на льду останется крошечный слой жидкости, потребуется слишком большое трение, чтобы произвести достаточно тепла, чтобы растопить что-нибудь еще. Кроме того, ниже этой температуры крошечный слой жидкости на поверхности льда становится все труднее и труднее обнаружить. Это как кататься на коньках по гравию. (Хотя почему вы хотите кататься на коньках при температуре -22 ° F, мне непонятно.)

На чем еще можно кататься?

Хорошо. Дело закрыто. Но у меня оставалось сомнение: есть ли другие покрытия, по которым мы могли бы кататься? Как объясняет Лиммер, «в основном все твердые вещества» образуют крошечный слой жидкости, «когда они близки к своей температуре плавления».

Ртуть замерзает при -37,89 ° F. Чтобы поддерживать каток с ртутью таким холодным, потребуется слишком много энергии. К тому же ртуть — мощный нейротоксин.

А как насчет галлия? Это металл, плавящийся при температуре 85,58 ° F — немного горячее для катка.Но только представьте, что фигуристы делают тройные аксели на серебристой зеркальной поверхности из галлия. «Это звучит как прекрасная идея», — говорит Лиммер. (Только убедитесь, что ваши коньки не сделаны из алюминия! Когда алюминий взаимодействует с галлием, он становится очень хрупким.)

Хотя твердый галлий будет более скользким вблизи точки плавления, будет ли он достаточно скользким для катания на коньках? Или достаточно легко пробиться? Есть только один способ узнать.

Как работает сухой лед и безопасность, лежащая в его основе

Сухой лед — невероятно полезный инструмент, который можно использовать для всего, от очистки до приготовления уникальных коктейлей для праздничных вечеринок.

Сухой лед — невероятно полезный инструмент, который можно использовать для всего, от очистки до приготовления уникальных коктейлей для праздничных вечеринок. Прежде чем покупать сухой лед и использовать его для чего-нибудь в доме, важно понять, как он работает и как с ним безопасно обращаться.

Как работает сухой лед?

Сухой лед — это замороженная форма углекислого газа. Вместо того, чтобы превращаться из газа в жидкость, а затем в твердое вещество, диоксид углерода переходит прямо в твердую форму.В результате, когда он тает, он также превращается прямо в газ. Сухой лед очень холодный и имеет температуру поверхности -109,3 градуса. Сухой лед настолько популярен, потому что его легко заморозить и относительно легко обращаться, если вы используете правильную технику.

Как безопасно обращаться с сухим льдом?

Для безопасного обращения с сухим льдом вы всегда должны:

  • Храните сухой лед в изолированном контейнере, который не является полностью герметичным. Герметичный контейнер может взорваться в результате сублимации.
  • Никогда не храните сухой лед в холодильнике или морозильнике.
  • Используйте сухой лед в хорошо проветриваемом помещении, поскольку содержащийся в воздухе углекислый газ может вызвать головные боли, одышку или отравление углекислым газом.
  • Обращайтесь с сухим льдом в толстых, тяжелых перчатках, которые могут надежно защитить ваши руки от холода.

Что произойдет, если не обращаться с сухим льдом должным образом?

Если вы сделаете ошибку из-за неправильного обращения с сухим льдом, это может иметь серьезные последствия. Прикосновение к сухому льду без защиты на самом деле похоже на прикосновение к горячей сковороде или кастрюле без использования прихватки для защиты себя.Если вы оттолкнетесь немедленно, вы не пострадаете, кроме небольшого укуса. Если вы задержитесь слишком долго, вы получите серьезный ожог. Сухой лед замораживает клетки кожи, с которыми он контактирует, поэтому его нельзя трогать голыми руками или проглатывать. При употреблении пищи, приготовленной из сухого льда, убедитесь, что она полностью сублимирована.

Сухой лед от Dry Ice Corp.

Dry Ice Corp — крупнейший региональный поставщик сухого льда и сопутствующих товаров на северо-востоке США.Наш свежий сухой лед доставляется прямо к вашему порогу. Мы будем рады помочь вам определить лучший способ доставки ваших товаров, будь то огромное количество печенья или один пирог, и поможем выбрать идеальное количество сухого льда для работы. Позвоните нам по телефону (201) 767-3200 или свяжитесь с нами через Интернет, чтобы узнать цену. Чтобы связаться с нами в Интернете, обязательно подпишитесь на нас в Facebook, Google+, Pinterest и Twitter.

Катков: крупномасштабное охлаждение

На чем вы катаетесь?

Крытые ледовые катки используются для самых лучших спортивных и развлекательных мероприятий — хоккея с шайбой, керлинга, фигурного катания, конькобежного спорта.Малейшее изменение качества льда могло быть различием между выступлением за золотую медаль или поцарапанным коленом.

Если вы когда-нибудь были на катке, вы могли бы задаться вопросом, как это работает. Если вы не находитесь на замерзшем пруду, вы можете не знать, что находится под вами.

Технология, используемая на катках с искусственной заморозкой, на самом деле очень знакома. Это та же механическая технология, которая используется в холодильниках и кондиционерах, которые влияют на нашу повседневную жизнь — это просто охлаждение, но в гораздо большем масштабе!

Как устроен каток?

Если вы не живете в очень холодной стране с озерами или прудами, которые замерзают, вам придется найти другую альтернативу созданию ледового катка — это процесс создания искусственно замороженного катка.

Преимущества? Что ж, не провалиться сквозь лед в ледяную воду — одно из них. Но другой вариант — это круглый год эффективно охлаждаемый каток, которым можно пользоваться как в дождь, так и в солнечную погоду.

А как это сделано?

Каток состоит из следующих слоев и элементов:

  1. Каток

  2. Холодная бетонная плита

  3. Изоляция

  4. Бетон с подогревом

  5. Песчано-гравийное основание

  6. Канализация грунтовых вод


Покрытие для катания

Для создания поверхности для катания на коньках лед создается слоями.
Вода аккуратно распыляется прямо на бетонную плиту толщиной около 1/32 дюйма.
Этот слой замерзает практически сразу при попадании на бетон и образует основу ледовой поверхности катка.

После нанесения первого слоя наносятся еще супертонкие слои, которым дают застыть.
В пределах первых нескольких слоев слой будет окрашен в белый цвет, чтобы контрастировать с черной шайбой.
На этом этапе также наносятся линии и логотипы, необходимые для хоккейных игр.
Весь процесс распыления воды, покраски и замораживания может занять до четырех дней.

Для образования поверхности хоккейной площадки требуется от 45 000 до 57 000 литров воды, а толщина поверхности обычно составляет от дюйма до 1 ½ дюйма.
Если лед слишком толстый, для его замораживания потребуется больше энергии, а верхний слой может остаться слишком мягким.
Если он будет слишком тонким, фигуристы могут прорезать лед до бетона.

Охлажденная бетонная плита

Поверхность льда поддерживается при необходимой температуре с помощью системы охлаждения, прокачиваемой через трубы, встроенные в бетонную плиту под поверхностью катка.
Идеальная температура поверхности катка для хоккея составляет около -4 ° C.
Обратите внимание, что на температуру льда влияют и другие факторы, в том числе температура в здании, температура наружного воздуха и влажность.

Изоляция и бетон с подогревом

Под ним находится слой изоляции и слой обогреваемого бетона .
Это предохраняет землю подо льдом от замерзания, которое может расшириться и, в конечном итоге, расколоть структуру катка.

Песчано-гравийное основание и канализация грунтовых вод

После этого весь каток располагается на нижнем слое из песка или гравия , на дне которого имеется дренаж подземных вод .

Как каток остается замороженным?

Наиболее распространенный метод охлаждения катка — это система непрямого охлаждения .

Здесь жидкий хладагент (часто аммиак) поглощает тепло от вторичной жидкости (часто солевого раствора), которая поглощает тепло от источника.Следовательно, он является косвенным, поскольку хладагент не контактирует напрямую с источником теплопередачи.

Почему рассол? Brinewater — это раствор хлорида кальция, который фактически используется в качестве антифриза. Рассол замерзает при более низкой температуре, чем вода на поверхности, и поэтому может оставаться жидкостью, когда течет по трубам, но все еще достаточно холодный, чтобы заморозить воду, вылитую на поверхность.

В теплообменнике этого цикла непрямого охлаждения используются три основных компонента:

  1. Чиллер

  2. Компрессор

  3. Конденсатор


Холодильный цикл:

Чиллер — это место, где рассол возвращается с теплом с поверхности ледового катка и поглощается более холодным жидким хладагентом (аммиаком).Аммиак затем закипит и испарится, поскольку он поглощает тепло рассола. Затем охлажденный рассол возвращается на каток.

  • Компрессор вытягивает испаренный аммиак из чиллера, в свою очередь понижая давление в чиллере.

  • Компрессор создает давление газообразного аммиака, температура которого повышается с примерно -12 ° C до более 100 ° C.

  • Когда газообразный аммиак достигает конденсатора, он начинает конденсироваться, далее охлаждается и возвращается в жидкую форму.Затем он возвращается в охладитель для поглощения тепла возвращающегося рассола, завершая цикл охлаждения.


Но как это сохраняет каток прохладным? Во время цикла охлаждения на площадке первичного охлаждения недавно охлажденный рассол перекачивается из чиллера в трубы, проложенные в полу катка.

Эти трубы обеспечивают циркуляцию по всему полу, и когда рассол проходит через него, он отбирает тепло от поверхности льда, поддерживая необходимую температуру около -4 ° C.Помните, что тепло всегда переходит от горячего к холодному, и, поскольку рассол холоднее поверхности, он отводит тепло.

Рассол затем возвращается в охладитель на несколько градусов теплее и отдает тепло, которое он поглотил от поверхности катка, обратно аммиачному хладагенту. Где процесс начинается снова.

Хотите узнать больше о том, какие компрессоры мы поставляем в Howden, чтобы удовлетворить ваши потребности в промышленном охлаждении? Компрессоры Howden

Как каток остается свежим и гладким?

После того, как лед испытал хотя бы пару минут, когда игроки бьют лезвиями, лед начинает рваться.Затем его необходимо поддерживать, и чаще всего это делается с помощью Zamboni.

Zamboni — это ледовая машина, которая обновляет поверхность катка, чтобы снова сделать его красивым и гладким для игроков. Сначала он соскребает и бреет лед, собирает снег, а затем оставляет слой свежей нагретой воды, которая в конечном итоге замерзает, создавая гладкую поверхность.

Мы гордимся спонсором Академии хоккея Саттон Стинг. Не упустите возможность посмотреть, как они измельчают лед, подписавшись на них в Twitter — Sutton Sting.

Хотите узнать больше о том, как Howden может помочь с вашими потребностями в промышленном охлаждении? Загрузите нашу холодильную документацию сегодня.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *