Применение светильного газа было известно уже давно еще на стационарных двигателях Отто. Однако на борту автомобиля это альтернативное топливо было трудно хранить. У нас уже тогда практически решили эту задачу и даже придумали проведение дорожных испытаний в автопробегах. Этими работами, как и испытаниями занимался профессор Бриллинг Н. Р. Он же занимался и организацией испытательных дизельных пробегов, то есть непосредственном практическим усовершенствованием дизельных двигателей. Других ученых двигателистов у нас в данном случае выделить сложно, так как они в большой степени занимались другими альтернативными конструкциями, а кроме того об этом мало что известно. Во всяком случае газогенераторные автопробеги у нас позволили выделить альтернативное топливо для дизелей еще тогда: сжатый и сжиженные газы, а также проводились эксперименты с топливом из древесных чурок и соломы. Это лишь одна из известных детально научных разработок по тепловым двигателям внутреннего сгорания из СССР причем именно на альтернативных топливах.
Все остальные исследователи уже не были авторами научной школы и теории данного типа изотермического процесса, принесшего колосальнейшую пользу человечеству, а лишь его исследователями, внесшими необходимые практические улучшения или изменения. Теория теплового процесса двигателя внутреннего сгорания в данном случае получила необходимое правильное направление и позволила развить системы впрыска от высокого давления до низкого. Сперва был создан процесс воспламенения от сжатия, а потом он еще был развит до впрыска для бензиновых двигателей. При этом были созданы сложные прецезионные схемы топливных насосов высокого давления и форсунок и более того усовершенствованные схемы с низким давлением и портативными форсунками. Для увеличения экономичности в данном случае были найдены способы практического наддува топливовоздушной смеси с охлаждением или подогревом, электронное и калильное зажигание, форкамерное зажигание, формы поршней и головок, и многое другое.
Таким образом, теория термического теплового процесса для тепловых двигателей внутреннего сгорания на практике сразу совершила гигантский скачек для транспортных большегрузных двигателей и даже породила новую форму для легкового впрыск топлива вместо процесса карбюрации. Эволюция данной области естествознания уже почти сразу определила и современные уровни и требования, а также качество техники и технический прогресс. Это было плодом определенных конкретных исследователей и ученых и их творческим вкладом в науку.
В 1957 г Ф. Ванклем (Япония) был создан работоспособный роторно-поршневой двигатель, который впервые появился на серйных моделях «НСУ-Спайдер». Однако при этом известно также, что в СССР в это же время проводились аналогичные работы под руководством академика Стечкина Б. С. в основном для аэросаней и другой спецтехники.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ
При проектировании тепловых двигателей, а так же в некоторых других случаях используются несколько фундаментальных научных дисциплин. Наряду непосредственно с машиноведением, то есть проектировочными тяговыми и прочностными расчетами и некоторыми другими, базовыми являются в первую очередь теплотехника и термодинамика. Они определяют сущность рабочих процессов, происходящих c газами и их законы. Более того, они являются интегрированными научными и учебными дисциплинами, обосновывающими достижения других в данной области (математики, физики, химии),то есть применительно непосредственно к устройствам, способным совершать работу (двигателям).Изучение данной дисциплины позволит получить необходимые первоначальные знания и сведения в области тепловых двигателей, которые могут потребоваться в дальнейшем для разных целей и на практике.
Основные термодинамические параметры газов
Газы, которые встречаются повсеместно являются инертными, но рассматриваются как рабочие тела с помощью которых происходит превращение теплоты в механическую работу и они подчиняются основным законом теплотехники. Идеальным называют вооброжаемый газ, в котором молекулы рассматриваются как материальные точки (обладающие массой, но не имеющие обьема), между которыми отсутствуют силы взаимодействия. Основными параметрами рабочего тела являются: давление (p),температура (Т),удельный обьем (отношение обьема газа к его плотности v).
С = dq / d T,где dq теплота [Дж],
dT приращение температуры, [K].
Она показывает, какое количество теплоты необходимо подвести к единице количества вещества для нагревания его на 1К..Различают теплоемкость: массовую [Дж/кгК],киломольную [Дж/кмольК],обьемную [Дж/м3К].Общая формулировка несколько иная:
С = dU/dT + p*dV/dT,
изменение которой в элементарном процессе равно отношению количества теплоты dq, участвующей в этом процессе к постоянной температуре Т.
u + p*v = i,Количество теплоты же тогда можно определить следующим образом:
Кроме указанных термодинамических параметров важную роль играет уравнение состояния:
P*V = R*T,
где R газовая постоянная, а для 1 Кмоля газа это уравнение имеет вид:
P*Vm = Ro*T,
где Ro=8,31*1000 [Дж/КмольК] универсальная газовая постоянная, одинаковая для любого газа,
Vm=v*m=m/p обьем, занимаемый 1 Кмолем газа при нормальных условиях. Киломоль это количество вещества в килограммах, численно равное его молекулярной массе.
Основные законы теплотехники и термодинамики
С помощью газов можно совершать положительную работу, т.е. их обычно используют для приводов тепловых двигателей различных типов или холодильных машин. Поэтому для оценки работы необходимо знать основные понятия о термодинамическом процессе.
Состояние системы газа может быть равновесным или неравновесным. Равновесным считают состояние при котором параметры газа (P,V,T) остаются неизменными сколько угодно долго, пока какие-либо внешние воздействия не изменят их. Иначе состояние считается неравновесным. Последовательность же изменения термодинамического состояния системы называют термодинамическим процессом. Если в результате прямого термодинамического процесса система перешла из одного состояния в другое, а затем вернулась обратно к первоначальному состоянию, то возник обратный термодинамический процесс. Обратимым называют равновесный процесс, который протекает в прямом и обратном направлениях через один и тот же ряд равновесных состояний, не вызывая изменения в самом газе и в телах, окружающих систему. Неравновесные процессы необратимы и все действительные процессы в теплотехнике практически необратимы.
При расширении и сжатии газа совершается работа (изнутри или извне).Здесь она определяется как:
dL = p * dV
где р сила, dV элементарное изменение обьема.
Полная работа является суммой или интегралом этого выражения и измеряется в [Дж]: 1 Дж= 1 Квтч. Работа газа в практической области давно уже применяется для тепловых двигателей и других машин и поэтому имеет свои исторические законы.
Законы в термодинамике играют важную роль и обуславливаются для идеальных газов: но на практике переносятся на реальные газы. Далее приводятся основные термодинамические законы и некоторые аспекты их практического применения.
Закон Авогадро для идеальных газов гласит, что все газы при одинаковом давлении и температуре содержат в равном обьеме одинаковое число молекул.