Οι Μηχανές Εσωτερικής Καύσης Αυτοκινήτων Στην Αγγλική Βιβλιογραφία

Abstract

Η ολοκληρωμένη κατανόηση των κινητήρων εσωτερικής καύσης που παρέχεται σε αυτή τη διπλωματική υπογραμμίζει τον κρίσιμο ρόλο των κινητήρων εσωτερικής καύσης στην αυτοκινητοβιομηχανία και τον αντίκτυπό τους στο περιβάλλον και την κοινωνία. Σε ορισμένες από τις πιο σημαντικές οικονομικές αγορές, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης έχουν αποδειχθεί αναμφισβήτητη επιτυχία, ιδιαίτερα στα ελαφρά οχήματα. Σε όλο τον κόσμο, υπάρχουν περίπου ένα δισεκατομμύριο από αυτά τα αυτοκίνητα και οι κινητήρες που τα τροφοδοτούν, και μέχρι το έτος 2020, αναμένεται ότι θα είναι περίπου δύο δισεκατομμύρια. Οι λόγοι για την επιτυχία τους περιλαμβάνουν σχετικά χαμηλό αρχικό κόστος, υψηλή πυκνότητα ισχύος, λογική αυτονομία οδήγησης, δυνατότητα ανεφοδιασμού με καύσιμα της τάξης των λεπτών σε πολλές τοποθεσίες, στιβαρότητα και ευελιξία, εύλογη απόδοση, ικανή να πληροί τα ρυθμιζόμενα όρια εκπομπών, και να ταιριάζουν καλά με τα διαθέσιμα καύσιμα. Ωστόσο, αυτές οι επιτυχίες συνοδεύονται από προκλήσεις, ιδίως όσον αφορά τη μείωση των εκπομπών και τη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα. Υπήρξαν πολλές διαφορετικές παραλλαγές του κινητήρα IC όλα αυτά τα χρόνια. Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες κινητήρων εσωτερικής καύσης: αυτοί που χρησιμοποιούν ανάφλεξη με σπινθήρα και αυτοί που χρησιμοποιούν ανάφλεξη με συμπίεση (ντίζελ). Σε έναν κινητήρα ανάφλεξης με σπινθήρα, η ανάμειξη καυσίμου και αέρα πρέπει να είναι (σχεδόν) συνεπής και η εξέλιξη της φλόγας πρέπει να είναι περισσότερο ή λιγότερο τακτική. Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία του κινητήρα. Προκειμένου αυτού του είδους η διαδικασία ανάφλεξης και καύσης να λειτουργήσει με επιτυχία, το καύσιμο πρέπει να μπορεί να αντέξει την αυτοανάφλεξη ενώ ταυτόχρονα να έχει την ικανότητα να εξατμίζεται σχετικά εύκολα. Αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να βρεθούν σε μια ποικιλία καυσίμων, όπως η βενζίνη, το φυσικό αέριο, το προπάνιο και πολλοί τύποι αλκοολών. Στους κινητήρες ανάφλεξης με σπινθήρα, ο λόγος συμπίεσης διατηρείται συχνά σε επίπεδο που θεωρείται κατάλληλο σε μια προσπάθεια να ελαχιστοποιηθεί το χτύπημα του σπινθήρα. Οι κινητήρες ανάφλεξης με σπινθήρα χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλα τα σημερινά ελαφρά αυτοκίνητα. πρακτικά όλοι αυτοί οι κινητήρες λειτουργούν με στοιχειομετρικά μείγματα και χρησιμοποιούν συστήματα καταλύτη τριών κατευθύνσεων για συμμόρφωση με τους κανονισμούς ρύπανσης. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης αποτελείται από μια ποικιλία διαδικασιών, οι πιο σημαντικές από τις οποίες είναι η επαγωγή, η συμπίεση, η καύση, η εκτόνωση και η εξάτμιση. Είναι δύσκολο για τον κινητήρα να επιτύχει ένα επίπεδο απόδοσης ίσο με εκατό τοις εκατό, δεδομένου ότι κάθε μία από αυτές τις διεργασίες (και οι υποδιεργασίες τους) είναι ευάλωτη σε πραγματικές συνέπειες (μη αναστρεψιμότητα και απώλειες ενέργειας). Ένα είδος απώλειας ενέργειας που εμποδίζει την επίτευξη της μέγιστης δυνατής απόδοσης είναι η μεταφορά θερμότητας από τα αέρια που βρίσκονται μέσα στον κύλινδρο. Η εργασία ξεκινά με μια εισαγωγή στις βασικές έννοιες, συμπεριλαμβανομένου του γιατί οι κινητήρες είναι σημαντικό να μελετηθούν, οι διαφορετικοί τύποι κινητήρων, ο σχεδιασμός του κινητήρα και η ταξινόμηση και τα εξαρτήματα των κινητήρων. Το ιστορικό υπόβαθρο των κινητήρων εσωτερικής καύσης συζητείται επίσης, ακολουθούμενη από μια λεπτομερή ανάλυση των κοινών κύκλων κινητήρα, ιδανικοί κύκλοι για κινητήρες αερίου, διαμορφώσεις κινητήρα, διαμόρφωση βαλβίδων για συστήματα εισαγωγής και εξαγωγής, υπερσυμπιεστές και υπερσυμπιεστές, κινητήρες με καρμπυρατέρ, συστήματα ψεκασμού καυσίμου, συστήματα για ψύξη και θερμοδυναμικές ιδιότητες. Όλες αυτές οι πτυχές του σχεδιασμού και της απόδοσης vi του κινητήρα είναι απαραίτητες για την κατανόηση του τρόπου δημιουργίας πιο αποδοτικών και φιλικών προς το περιβάλλον κινητήρων. Το δεύτερο κεφάλαιο επικεντρώνεται στα διαγνωστικά και τη διαχείριση κινητήρα, συμπεριλαμβανομένης της διαχείρισης βενζινοκινητήρων και πετρελαιοκινητήρων, διαγνωστικών κινητήρων, ανάπτυξης συστημάτων ελέγχου και ταξινόμησης κινητήρων εσωτερικής καύσης με βάση τα συστήματα ελέγχου τους. Το κεφάλαιο εξετάζει επίσης τις πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες διαχείρισης κινητήρων και διάγνωσης, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων που βασίζονται στην τεχνητή νοημοσύνη, της ανάλυσης μεγάλων δεδομένων και της ενσωμάτωσης της τεχνολογίας Διαδικτύου των πραγμάτων (IoT). Αυτές οι τεχνολογίες είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα και τη μείωση των εκπομπών και αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στο μέλλον του σχεδιασμού και της ανάπτυξης του κινητήρα. Το τρίτο κεφάλαιο διερευνά την τριβή και τη λίπανση, συμπεριλαμβανομένης της τριβής του κινητήρα, της λίπανσης, των λιπαντικών και των διαφόρων ιδιοτήτων τους, των συστημάτων λίπανσης και των διαφόρων εξαρτημάτων του κινητήρα που λιπαίνονται. Το κεφάλαιο υπογραμμίζει τη σημασία της αποτελεσματικής λίπανσης για τη μείωση της φθοράς του κινητήρα και τη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα. Συζητούνται επίσης οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία λίπανσης, συμπεριλαμβανομένων των λιπαντικών με βάση τη νανοτεχνολογία και των αυτολιπαινόμενων επιστρώσεων. Η αποτελεσματική λίπανση είναι μια ουσιαστική πτυχή του σχεδιασμού και της απόδοσης του κινητήρα και διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη μείωση των εκπομπών και στη βελτίωση της απόδοσης. Το τέταρτο κεφάλαιο επικεντρώνεται στους κινητήρες καύσης φυσικού αερίου, συμπεριλαμβανομένης της καύσης φυσικού αερίου με χρήση HCCI και της προηγμένης καύσης διπλών καυσίμων. Το κεφάλαιο εξετάζει τις δυνατότητες του φυσικού αερίου ως εναλλακτικού καυσίμου για κινητήρες εσωτερικής καύσης, τα πλεονεκτήματά του έναντι των παραδοσιακών ορυκτών καυσίμων και τις προκλήσεις που συνδέονται με τη χρήση του. Το κεφάλαιο εξετάζει επίσης τις πρόσφατες εξελίξεις στους κινητήρες φυσικού αερίου, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης προηγμένων τεχνολογιών καύσης και της ενσωμάτωσης υβριδικών κινητήρων. Οι κινητήρες φυσικού αερίου γίνονται ολοένα και πιο σημαντικοί στην αυτοκινητοβιομηχανία και αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στη μείωση των εκπομπών και στη βελτίωση της απόδοσης στο μέλλον. Συμπερασματικά, αυτή η διπλωματική παρέχει μια ολοκληρωμένη κατανόηση των κινητήρων εσωτερικής καύσης αυτοκινήτων και των διαφόρων εφαρμογών, τεχνολογιών και προκλήσεων τους. Η επιτυχία των κινητήρων εσωτερικής καύσης στην αυτοκινητοβιομηχανία είναι αναμφισβήτητη, αλλά συνοδεύεται επίσης από προκλήσεις που σχετίζονται με τη μείωση των εκπομπών και τη βελτίωση της απόδοσης. Οι διάφορες πτυχές του σχεδιασμού και της απόδοσης του κινητήρα, συμπεριλαμβανομένων των κύκλων κινητήρα, των διαγνωστικών και της διαχείρισης κινητήρα, της τριβής και λίπανσης και των κινητήρων καύσης φυσικού αερίου, είναι όλες απαραίτητες για την κατανόηση του τρόπου δημιουργίας πιο αποδοτικών και φιλικών προς το περιβάλλον κινητήρων. Οι πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες διαχείρισης και διάγνωσης κινητήρων, τεχνολογία λίπανσης και κινητήρες φυσικού αερίου αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στο μέλλον του σχεδιασμού και της ανάπτυξης κινητήρων, καθώς προσπαθούμε να δημιουργήσουμε πιο βιώσιμους και αποδοτικούς κινητήρες για να τροφοδοτούν τα οχήματα του αύριο