În 1799, a primit un brevet pentru utilizarea și metoda de producere a gazului de iluminat prin distilarea uscată a lemnului sau cărbunelui, dar gazul de iluminat nu era potrivit doar pentru iluminat.
Onoarea de a construi un motor de succes comercial combustie interna aparține mecanicului belgian Jean Etienne Lenoir. În timp ce lucra într-o fabrică galvanică, Lenoir a venit la ideea că amestecul combustibil-aer dintr-un motor pe gaz ar putea fi aprins cu o scânteie electrică și a decis să construiască un motor pe baza acestei idei. După ce a rezolvat problemele apărute pe parcurs (cursa strânsă și supraîncălzirea pistonului, ducând la confiscare), după ce s-a gândit la sistemul de răcire și lubrifiere a motorului, Lenoir a creat un motor cu ardere internă funcțional. În 1864, au fost produse peste trei sute de motoare de diferite capacități. După ce s-a îmbogățit, Lenoir a încetat să mai lucreze la îmbunătățirea mașinii sale și acest lucru și-a predeterminat soarta - a fost eliminat de pe piață de un motor mai avansat creat de inventatorul german August Otto și a primit un brevet pentru invenția modelului său de motor pe gaz în 1864
În 1864, inventatorul german Augusto Otto a semnat un acord cu bogatul inginer Langen pentru punerea în aplicare a invenției sale - a fost creată compania „Otto and Company”. Nici Otto și nici Langen nu aveau cunoștințe suficiente în domeniul ingineriei electrice și au abandonat aprinderea electrică. Au fost aprinse cu o flacără deschisă printr-un tub. Cilindrul motorului Otto, spre deosebire de motorul Lenoir, era vertical. Arborele rotativ a fost plasat peste cilindru din lateral. Principiul de funcționare: arborele rotativ a ridicat pistonul cu 1/10 din înălțimea cilindrului, drept urmare s-a format un spațiu rarefiat sub piston și a fost aspirat un amestec de aer și gaz. Amestecul s-a aprins apoi. În timpul exploziei, presiunea sub piston a crescut la aproximativ 4 atm. Sub acțiunea acestei presiuni, pistonul a crescut, volumul de gaz a crescut și presiunea a scăzut. Pistonul, mai întâi sub presiunea gazului și apoi prin inerție, a crescut până când s-a creat un vid sub el. Astfel, energia combustibilului ars a fost utilizată în motor cu eficiență maximă. Aceasta a fost principala descoperire originală a lui Otto. Cursa de lucru în jos a pistonului a început sub influența presiunii atmosferice și, după ce presiunea din cilindru a ajuns la atmosferă, supapa de evacuare a fost deschisă, iar pistonul a deplasat gazele de eșapament cu masa sa. Datorită extinderii mai complete a produselor de ardere, eficiența acestui motor a fost semnificativ mai mare decât eficiența motorului Lenoir și a ajuns la 15%, adică a depășit eficiența celor mai bune motoare cu aburi din acea vreme. În plus, motoarele Otto au fost de aproape cinci ori mai economice decât motoarele Lenoir și au devenit imediat foarte solicitate. În anii următori, au fost produse aproximativ cinci mii dintre ele. În ciuda acestui fapt, Otto a muncit din greu pentru a-și îmbunătăți designul. În curând, a fost folosită o manivelă. Cu toate acestea, cea mai semnificativă dintre invențiile sale a venit în 1877, când Otto a primit un brevet pentru un nou motor cu patru timpi. Acest ciclu este în centrul majorității motoarelor pe benzină și pe benzină până în prezent.
Tipuri de motoare cu ardere internă
Motor cu combustie internă cu piston
Rotary ICE
Motor cu combustie internă cu turbină cu gaz
- Motoare alternative - camera de ardere este conținută în cilindru, unde energia termică a combustibilului este transformată în energie mecanică, care din mișcarea de translație a pistonului este transformată în energie de rotație folosind mecanismul manivelei.
Motoarele cu ardere internă sunt clasificate:
a) Prin programare - sunt împărțite în transport, staționar și special.
b) După tipul de combustibil utilizat - lichid ușor (benzină, gaz), lichid greu (motorină, păcură marină).
c) Conform metodei de formare a amestecului combustibil - extern (carburator, injector) și intern (în cilindrul motorului cu ardere internă).
d) Pe cale de aprindere (cu aprindere forțată, cu aprindere prin compresie, calorizant).
e) Conform aranjamentului cilindrilor, în linie, vertical, opuși cu unul și doi arbori cotiți, în formă de V cu arborele cotit superior și inferior, în formă de VR și în formă de W, cu un singur rând și cu două rânduri în formă de stea, în formă de H, cu două rânduri cu arbori cotiți paraleli, „ventilator dublu”, în formă de diamant, cu trei grinzi și altele.
Benzină
Carburator pe benzină
Ciclul de lucru al unui motor cu ardere internă în patru timpi durează două viraje complete, compuse din patru curse separate:
- admisie,
- compresie de încărcare,
- accident vascular cerebral de lucru și
- eliberare (evacuare).
Schimbarea curselor de lucru este asigurată de un mecanism special de distribuție a gazului, cel mai adesea este reprezentat de unul sau doi arbori cu came, un sistem de împingători și supape care asigură direct o schimbare de fază. Unele motoare cu ardere internă au folosit în acest scop căptușeli de bobină (Ricardo) cu orificii de admisie și / sau evacuare. Comunicarea cavității cilindrului cu colectoarele în acest caz a fost asigurată de mișcările radiale și de rotație ale manșonului bobinei, ferestrele deschizând canalul dorit. Datorită particularităților dinamicii gazelor - inerția gazelor, momentul apariției vântului gazului, cursele de admisie, cursă și evacuare într-un ciclu real de patru timpi se suprapun, aceasta se numește sincronizarea supapei suprapuse... Cu cât turația de funcționare a motorului este mai mare, cu atât suprapunerea fazelor este mai mare și cu atât este mai mare, cu atât este mai mic cuplul motorului cu ardere la turații mici. Prin urmare, în motoarele moderne cu ardere internă, sunt utilizate din ce în ce mai mult dispozitive care permit schimbarea temporizării supapei în timpul funcționării. Motoarele cu comandă a electrovalvei (BMW, Mazda) sunt potrivite în special în acest scop. Motoarele cu compresie variabilă (SAAB) sunt, de asemenea, disponibile cu o flexibilitate mai mare a performanței.
Motoarele în doi timpi au o gamă largă de planuri și o mare varietate de sisteme de proiectare. Principiul de bază al oricărui motor în doi timpi este acela că pistonul îndeplinește funcțiile unui element de distribuție a gazului. Ciclul de lucru constă, strict vorbind, din trei pași: cursa de lucru care durează din punctul mort superior ( TDC) până la 20-30 de grade până la punctul mort jos ( NMT), eliminând, combinând eficient admisia și evacuarea, și compresia, durând de la 20-30 de grade după BDC la TDC. Purjarea, din punctul de vedere al dinamicii gazelor, este veriga slabă a unui ciclu în doi timpi. Pe de o parte, este imposibil să se asigure o separare completă a încărcăturii proaspete și a gazelor de eșapament, prin urmare, fie pierderea amestecului proaspăt zboară literalmente în țeava de eșapament este inevitabilă (dacă motorul cu ardere internă este diesel, vorbim despre pierderea de aer), pe de altă parte, cursa de lucru nu durează jumătate cifra de afaceri, dar mai puțin, ceea ce, în sine, reduce eficiența. În același timp, durata procesului de schimb de gaz extrem de important, care într-un motor în patru timpi ocupă jumătate din ciclul de funcționare, nu poate fi mărită. Este posibil ca motoarele în doi timpi să nu aibă deloc un sistem de distribuție a gazului. Cu toate acestea, dacă nu vorbim despre motoare ieftine simplificate, un motor în doi timpi este mai complicat și mai scump din cauza utilizării obligatorii a unei suflante sau a unui sistem de presurizare, densitatea de căldură crescută a CPG necesită materiale mai scumpe pentru pistoane, inele și căptușeli ale cilindrilor. Executarea funcțiilor elementului de distribuție a gazului de către piston obligă să aibă înălțimea sa nu mai mică decât cursa pistonului + înălțimea orificiilor de purjare, ceea ce nu este critic într-un motoret, dar în mod semnificativ face ca pistonul să fie mai greu chiar și la puteri relativ mici. Când puterea este măsurată în sute de cai putere, creșterea masei pistonului devine un factor foarte serios. Introducerea manșoanelor de distribuție a cursei verticale în motoarele Ricardo a fost o încercare de a face posibilă reducerea dimensiunii și greutății pistonului. Sistemul sa dovedit a fi complex și costisitor de realizat, cu excepția aviației, astfel de motoare nu au fost folosite nicăieri altundeva. Supapele de eșapament (cu suflare cu supapă cu un singur debit) au intensitatea căldurii de două ori mai mare decât în \u200b\u200bcomparație cu supapele de eșapament ale motoarelor în patru timpi și condiții mai proaste pentru îndepărtarea căldurii, iar scaunele lor au un contact direct mai lung cu gazele de eșapament.
Cea mai simplă din punct de vedere al ordinii de lucru și cea mai complexă din punct de vedere al proiectării este sistemul Fairbanks - Morse, prezentat în URSS și în Rusia, în principal de dieselurile de locomotive diesel din seria D100. Acest motor este un sistem simetric cu două arbori cu pistoane divergente, fiecare dintre acestea fiind conectat la propriul arborele cotit. Astfel, acest motor are două arbori cotiți, sincronizați mecanic; cel conectat la pistoanele de evacuare este cu 20-30 de grade înaintea admisiei. Datorită acestui avans, calitatea purjării se îmbunătățește, care în acest caz este cu flux direct, iar umplerea cilindrului este îmbunătățită, deoarece la sfârșitul purjării orificiile de evacuare sunt deja închise. În anii 30 - 40 ai secolului XX, au fost propuse scheme cu perechi de pistoane divergente - în formă de diamant, triunghiulare; existau dieseluri de avioane cu trei pistoane divergente radial, dintre care două erau de admisie și unul de evacuare. În anii 1920, Junkers a propus un sistem cu un singur arbore cu tije de legătură lungi conectate la știfturile superioare ale pistonului prin brațe de basculare speciale; pistonul superior a transmis forțele arborelui cotit de o pereche de biele lungi și existau trei coate de arbore pe cilindru. Pe brațele basculante erau și pistoane pătrate ale cavităților de purjare. Motoarele în doi timpi cu pistoane divergente ale oricărui sistem au practic două dezavantaje: în primul rând, sunt foarte complexe și dimensionale, iar în al doilea rând, pistoanele de evacuare și căptușelile din zona ferestrelor de evacuare au o tensiune semnificativă la temperatură și o tendință de supraîncălzire. Inelele pistonului de evacuare sunt, de asemenea, tensionate termic, predispuse la cocsare și la pierderea elasticității. Aceste caracteristici fac din proiectarea unor astfel de motoare o sarcină non-banală.
Motorul cu supapă cu debit direct este echipat cu un arbore cu came și supape de evacuare. Acest lucru reduce semnificativ cerințele pentru materiale și proiectarea CPG. Admisia se face prin geamurile din căptușeala cilindrului, deschise de piston. Acesta este modul în care sunt asamblate cele mai moderne motoare diesel în doi timpi. Zona ferestrei și căptușeala din partea de jos sunt, în multe cazuri, răcite cu aer de încărcare.
În cazurile în care una dintre cerințele principale pentru motor este reducerea costurilor sale, se utilizează diferite tipuri de suflare a ferestrei conturului camerei cu manivelă - buclă, buclă de retur (deflector) în diferite modificări. Pentru a îmbunătăți parametrii motorului, se utilizează diverse tehnici de proiectare - lungimea variabilă a canalelor de admisie și evacuare, numărul și locația canalelor de bypass pot varia, se utilizează bobine, tăietoare de gaz rotative, căptușeli și obloane care modifică înălțimea geamurilor (și, în consecință, momentele de la începutul admisiei și evacuării). Majoritatea acestor motoare sunt răcite pasiv cu aer. Dezavantajele lor sunt calitatea relativ scăzută a schimbului de gaze și pierderea amestecului combustibil în timpul epurării; în prezența mai multor butelii, secțiunile camerelor manivele trebuie separate și sigilate, designul arborelui cotit devine mai complicat și mai scump.
Unități suplimentare necesare pentru motorul cu ardere internă
Dezavantajul unui motor cu ardere internă este că își dezvoltă cea mai mare putere doar într-o gamă îngustă de turații. Prin urmare, transmisia este un atribut integral al unui motor cu ardere internă. Doar în unele cazuri (de exemplu, în avioane) este posibil să se facă fără o transmisie complexă. Ideea unei mașini hibride cucerește treptat lumea, în care motorul funcționează întotdeauna la maxim.
În plus, un motor cu ardere internă are nevoie de un sistem de alimentare (pentru alimentarea cu combustibil și aer - pregătirea unui amestec combustibil-aer), un sistem de evacuare (pentru eliminarea gazelor de eșapament), de asemenea, nu se poate lipsi de un sistem de lubrifiere (conceput pentru a reduce forțele de frecare din mecanismele motorului, pentru a proteja piesele motor de coroziune, precum și împreună cu sistemul de răcire pentru a menține condiții termice optime), sisteme de răcire (pentru a menține condițiile termice optime ale motorului), sistem de pornire (se folosesc metode de pornire: demaror electric, folosind un motor auxiliar de pornire, pneumatic, folosind puterea musculară umană ), un sistem de aprindere (pentru aprinderea amestecului combustibil-aer, utilizat la motoarele cu aprindere forțată).
Vezi si
- Philippe Le Bon este un inginer francez care a primit un brevet în 1801 pentru un motor cu ardere internă cu comprimarea unui amestec de gaz și aer.
- Motor rotativ: modele și clasificare
- Motor cu piston rotativ (motor Wankel)
Note
Link-uri
- Ben Knight „Kilometraj în creștere” // Articol despre tehnologiile care reduc consumul de combustibil al motoarelor interne pentru automobile
Motor cu combustie interna - un motor în care combustibilul arde direct în camera de lucru ( interior ) motor. ICE transformă presiunea din arderea combustibilului în lucru mecanic.
- nu are elemente suplimentare de transfer de căldură - combustibil, ardere, el însuși formează un fluid de lucru.
- mai compact, deoarece nu are un număr de unități suplimentare
- mai ușor
- mai economic
- consumă combustibil gazos sau lichid, care are parametri foarte rigid specificați (volatilitate, punctul de aprindere al vaporilor, densitatea, căldura de ardere, numărul octanic sau cetanic), deoarece performanța motorului cu ardere internă depinde de aceste proprietăți.
YouTube enciclopedic
1 / 4
Principiul de funcționare al motorului cu ardere internă
Dispozitiv general al unui motor cu ardere internă
Lecția 179. Motor cu ardere internă - 1
Cele mai ciudate mini mașini cu motoare cu ardere internă
Subtitrări
Istoria creației
În 1807, un inventator franco-elvețian Francois Isaac de Rivas * (François Isaac de Rivaz) a construit primul motor cu piston, adesea numit motorul de Rivas... Motorul funcționa pe hidrogen gazos, având elemente structurale care au fost incluse de atunci în prototipurile ICE ulterioare: un grup bielă-piston și aprindere prin scânteie. Primul motor cu combustie în doi timpi practic utilizabil a fost proiectat de mecanicul francez Etienne Lenoir (1822-1900) în 1860. Puterea a fost de 8,8 kW (11,97 CP). Motorul era o mașină monocilindrică, orizontală, cu efect dublu, care funcționa pe un amestec de aer și gaz de iluminat cu aprindere electrică cu scânteie dintr-o sursă externă. Eficiența motorului nu a depășit 4,65%. În ciuda neajunsurilor, motorul Lenoir a câștigat o oarecare popularitate. Folosit ca motor pentru bărci.
După ce a făcut cunoștință cu motorul Lenoir, designerul german remarcabil Nikolaus August Otto (1832-1891) a creat un motor cu combustie internă în doi timpi în 1863. Motorul avea un aranjament vertical al cilindrilor, aprindere cu flacără deschisă și eficiență de până la 15%. A deplasat motorul Lenoir.
În 1876, Nikolaus August Otto a construit un motor cu combustie internă cu patru timpi îmbunătățit.
În 1885, inginerii germani Gottlieb Daimler și Wilhelm Maybach au dezvoltat un motor cu carburator ușor pe benzină. Daimler și Maybach au folosit-o pentru a crea prima motocicletă în 1885, iar în 1886 pe prima mașină.
Primul tractor cu motor cu combustie internă practic utilizabil a fost tractorul american cu trei roți Ivel din 1902 de Dan Alborn. Aproximativ 500 dintre aceste mașini ușoare și puternice au fost construite.
Aproape simultan, în Germania, din ordinul URSS și prin proiectul profesorului Yu. V. Lomonosov, la instrucțiunile personale ale lui VI Lenin în 1924, a fost construită o locomotivă diesel Eel2 (inițial Yue001) la uzina germană Esslingen (fosta Kessler) de lângă Stuttgart.
Tipuri de motoare cu ardere internă
Dacă combustibilul este inflamabil, blițul apare înainte ca pistonul să ajungă la TDC. Acest lucru, la rândul său, va face ca pistonul să arunce arborele cotit în direcția opusă - un fenomen numit contraîntoarcere.
Numărul octanic este o măsură a procentului de izooctan dintr-un amestec de heptan-octan și reflectă capacitatea unui combustibil de a rezista la autoaprindere prin temperatură. Combustibilii cu cifre octanice mai mari permit unui motor cu un raport de compresie ridicat să funcționeze fără tendința de a aprinde și detona spontan și, prin urmare, au un raport de compresie mai mare și o eficiență mai mare.
Contrar credinței populare, motoarele moderne, denumite în mod tradițional diesel, nu funcționează conform ciclului Diesel, ci conform ciclului Trinkler-Sabate cu o sursă de căldură mixtă.
Dezavantajele motoarelor diesel se datorează particularităților ciclului de funcționare - solicitări mecanice mai mari, care necesită o rezistență structurală sporită și, ca urmare, o creștere a dimensiunilor, greutății și costului crescut datorită unui design complicat și utilizării unor materiale mai scumpe. De asemenea motoare diesel datorită arderii eterogene, acestea se caracterizează prin emisii inevitabile de funingine și un conținut crescut de oxizi de azot în gazele de eșapament.
Motoare pe gaz
Un motor care arde hidrocarburi ca combustibil în stare gazoasă în condiții normale:
- amestecuri de gaze lichefiate - stocate într-un cilindru sub presiune de vapori saturați (până la 16 atm). Faza lichidă sau faza de vapori a amestecului evaporat în evaporator își pierde presiunea în reductor de gaz până la apropierea atmosferică și este aspirată de motor în colectorul de admisie printr-un mixer de aer-gaz sau injectată în colectorul de admisie prin intermediul duzelor electrice. Aprinderea se efectuează cu ajutorul unei scântei care alunecă între electrozii bujiei.
- gaze naturale comprimate - stocate într-un cilindru sub o presiune de 150-200 atm. Proiectarea sistemelor de alimentare este similară cu sistemele de alimentare cu gaz lichefiat, diferența este absența unui evaporator.
- gaz generator - gaz obținut prin transformarea combustibilului solid în combustibil gazos. Următoarele sunt utilizate ca combustibili solizi:
Gaz-motorină
Porția principală de combustibil este pregătită, ca la unul dintre tipurile de motoare pe gaz, dar este aprinsă nu de o priză electrică, ci de o porțiune pilot de combustibil diesel, injectată în cilindru în mod similar cu un motor diesel.
Piston rotativ
Propus de inventatorul Wankel la începutul secolului XX. Baza motorului este un rotor triunghiular (piston) care se rotește într-o cameră specială în formă de 8 care acționează ca piston, arborele cotit și distribuitor de gaz. Acest design permite efectuarea oricărui ciclu în 4 timpi de Diesel, Stirling sau Otto fără utilizarea unui mecanism special de sincronizare a supapelor. Într-o singură revoluție, motorul efectuează trei cicluri de lucru complete, ceea ce este echivalent cu funcționarea unui motor cu șase cilindri cu piston. Construită în serie de NSU în Germania (RO-80), VAZ în URSS (VAZ-21018 Zhiguli, VAZ-416, VAZ-426, VAZ-526), \u200b\u200bMazda în Japonia (Mazda RX-7, Mazda RX-8 ). În ciuda simplității sale fundamentale, are o serie de dificultăți semnificative de proiectare care îngreunează implementarea pe scară largă. Principalele dificultăți sunt asociate cu crearea de etanșe durabile și eficiente între rotor și cameră și cu construcția unui sistem de lubrifiere.
În Germania, la sfârșitul anilor 70 ai secolului XX, a existat o anecdotă: „Voi vinde NSU, voi da în plus două roți, un far și 18 motoare de rezervă în stare bună”.
- RCV este un motor cu ardere internă, al cărui sistem de distribuție a gazului se realizează datorită mișcării pistonului, care se alternează, trecând alternativ conductele de intrare și ieșire.
Motor combinat cu ardere internă
- - un motor cu ardere internă, care este o combinație de mașini cu pistoane și lame (turbină, compresor), în care ambele mașini sunt implicate într-o măsură relativă în implementarea procesului de lucru. Un exemplu de motor combinat cu ardere internă este un motor cu piston cu încărcare a turbinei cu gaz (turbocompresor). O mare contribuție la teoria motoarelor combinate a fost adusă de inginerul sovietic, profesorul A. N. Shelest.
Turboalimentare
Cel mai comun tip de motor combinat este motorul cu piston turbo. Un turbocompresor sau turbocompresor (TK, TH) este un supraalimentator care este acționat de gazele de eșapament. Și-a luat numele de la cuvântul „turbină” (fr. Turbine din latina turbo - vortex, rotație). Acest dispozitiv constă din două părți: o roată a rotorului turbinei, acționată de gazele de eșapament și un compresor centrifugal, fixat la capetele opuse ale unui arbore comun. Jetul fluidului de lucru (în acest caz, gazele de eșapament) acționează asupra lamelor, fixate în jurul circumferinței rotorului și le pune în mișcare împreună cu arborele, care este fabricat dintr-o singură bucată cu rotorul turbinei dintr-un aliaj apropiat de oțelul aliat. Pe arbore, pe lângă rotorul turbinei, există un rotor compresor din aliaje de aluminiu, care, atunci când arborele se rotește, permite „pomparea” aerului sub presiune în cilindrii motorului cu ardere internă. Astfel, ca urmare a acțiunii gazelor de eșapament asupra palelor turbinei, rotorul turbinei, arborele și rotorul compresorului sunt rotite simultan. Utilizarea unui turbocompresor împreună cu un intercooler (intercooler) permite alimentarea cu aer mai dens cilindrilor motorului cu ardere internă (în motoarele turbocompresive moderne aceasta este schema utilizată). Adesea, atunci când un turbocompresor este utilizat într-un motor, se vorbește despre o turbină fără a menționa compresorul. Turbocompresorul este dintr-o singură bucată. Nu puteți utiliza energia gazelor de eșapament pentru a furniza amestecul de aer sub presiune cilindrilor motorului cu ardere internă folosind doar o turbină. Injecția este asigurată de acea parte a turbocompresorului, care se numește compresor.
La ralanti, la turații reduse, turbocompresorul produce puțină putere și este acționat de o cantitate mică de gaze de eșapament. În acest caz, turbocompresorul este ineficient și motorul funcționează în același mod ca și fără supraalimentare. Când este necesară o putere mult mai mare de la motor, rpm-ul său, precum și jocul clapetei de accelerație cresc. Atâta timp cât există suficient gaz de eșapament pentru a roti turbina, este furnizat mult mai mult aer prin colectorul de admisie.
Turbocompresorul permite motorului să funcționeze mai eficient, deoarece turbocompresorul folosește energie din gazele de eșapament care altfel ar fi (cel mai mult) irosite.
Cu toate acestea, există o limitare tehnologică cunoscută sub numele de „turbo lag” („turbo delay”) (cu excepția motoarelor cu două turbocompresoare - unul mic și unul mare, atunci când un TK mic funcționează la turații mici și unul mare la turații mari, asigurând împreună cantitatea necesară de amestec de aer în cilindri sau când se utilizează o turbină cu geometrie variabilă, sportul cu motor folosește și o accelerație forțată a turbinei utilizând un sistem de recuperare a energiei). Puterea motorului nu crește instantaneu datorită faptului că va dura un anumit timp pentru a schimba turația motorului, care are o oarecare inerție, și, de asemenea, datorită faptului că cu cât este mai mare masa turbinei, cu atât va dura mai mult timp pentru a vă relaxa și a crea presiune. suficient pentru a crește puterea motorului. În plus, presiunea crescută a eșapamentului duce la faptul că gazele de eșapament transferă o parte din căldura lor către părțile mecanice ale motorului (această problemă este rezolvată parțial de producătorii de motoare cu ardere internă japoneză și coreeană prin instalarea unui sistem de răcire suplimentar pentru turbocompresorul cu antigel).
Cicluri de funcționare a motoarelor cu combustie internă cu piston
Motoare alternative arderea internă este clasificată după numărul de curse din ciclul de lucru în două și patru timpi.
Ciclul de lucru al motoarelor cu ardere internă în patru timpi durează două rotații complete ale manivelei sau 720 de grade de rotație a arborelui cotit (PCV), constând din patru curse separate:
- admisie,
- compresie de încărcare,
- accident vascular cerebral de lucru și
- eliberare (evacuare).
Schimbarea curselor de lucru este asigurată de un mecanism special de distribuție a gazului, cel mai adesea este reprezentat de unul sau doi arbori cu came, un sistem de împingători și supape care asigură direct o schimbare de fază. Unele motoare cu ardere internă au folosit în acest scop căptușeli de bobină (Ricardo) cu orificii de admisie și / sau evacuare. Comunicarea cavității cilindrului cu colectoarele în acest caz a fost asigurată de mișcările radiale și de rotație ale manșonului bobinei, ferestrele deschizând canalul dorit. Datorită particularităților dinamicii gazelor - inerția gazelor, momentul apariției vântului gazului, cursele de admisie, cursă și evacuare într-un ciclu real de patru timpi se suprapun, aceasta se numește sincronizarea supapei suprapuse... Cu cât turația de funcționare a motorului este mai mare, cu atât suprapunerea fazelor este mai mare și cu atât este mai mare, cu atât este mai mic cuplul motorului cu ardere la turații mici. Prin urmare, în motoarele moderne cu ardere internă, sunt utilizate din ce în ce mai mult dispozitive care permit schimbarea temporizării supapei în timpul funcționării. Motoarele cu comandă a electrovalvei (BMW, Mazda) sunt potrivite în special în acest scop. Sunt disponibile și motoare cu raport de compresie variabil (SAAB AB), oferind o flexibilitate mai mare a performanței.
Motoarele în doi timpi au o gamă largă de planuri și o mare varietate de sisteme de proiectare. Principiul de bază al oricărui motor în doi timpi este acela că pistonul îndeplinește funcțiile unui element de distribuție a gazului. Ciclul de lucru constă, strict vorbind, din trei pași: cursa de lucru care durează din punctul mort superior ( TDC) până la 20-30 de grade până la punctul mort jos ( NMT), curățarea, combinând de fapt admisia și evacuarea, și compresia, durând de la 20-30 de grade după BDC la TDC. Purjarea, din punctul de vedere al dinamicii gazelor, este veriga slabă a unui ciclu în doi timpi. Pe de o parte, este imposibil să se asigure o separare completă a încărcăturii proaspete și a gazelor de eșapament, prin urmare, fie pierderea amestecului proaspăt zboară literalmente în țeava de eșapament este inevitabilă (dacă motorul cu ardere internă este diesel, vorbim despre pierderea de aer), pe de altă parte, cursa de lucru nu durează jumătate cifra de afaceri, dar mai puțin, ceea ce, în sine, reduce eficiența. În același timp, durata procesului de schimb de gaz extrem de important, care într-un motor în patru timpi ocupă jumătate din ciclul de funcționare, nu poate fi mărită. Este posibil ca motoarele în doi timpi să nu aibă deloc un sistem de distribuție a gazului. Cu toate acestea, dacă nu vorbim despre motoare ieftine simplificate, un motor în doi timpi este mai complicat și mai scump din cauza utilizării obligatorii a unei suflante sau a unui sistem de presurizare, densitatea de căldură crescută a CPG necesită materiale mai scumpe pentru pistoane, inele și căptușeli ale cilindrilor. Executarea funcțiilor elementului de distribuție a gazului de către piston obligă să aibă înălțimea sa nu mai mică decât cursa pistonului + înălțimea orificiilor de purjare, care este necritică într-un motoret, dar în mod semnificativ face ca pistonul să fie mai greu chiar și la puteri relativ mici. Când puterea este măsurată în sute de cai putere, creșterea masei pistonului devine un factor foarte serios. Introducerea manșoanelor verticale de distribuție a cursei în motoarele Ricardo a fost o încercare de a face posibilă reducerea dimensiunii și greutății pistonului. Sistemul s-a dovedit a fi complex și costisitor de realizat, cu excepția aviației, astfel de motoare nu au fost folosite nicăieri altundeva. Supapele de eșapament (cu suflare cu supapă cu un singur debit) au intensitatea de două ori mai mare decât cea a supapelor de eșapament ale motoarelor în patru timpi și condiții mai proaste pentru disiparea căldurii, iar scaunele lor au un contact direct mai lung cu gazele de eșapament.
Cel mai simplu din punct de vedere al ordinii de lucru și cel mai complex din punct de vedere al designului este sistemul Koreyvo, prezentat în URSS și în Rusia, în principal de către motoarele diesel cu locomotive diesel din seria D100 și motoarele diesel cu rezervor KhZTM. Acest motor este un sistem simetric cu două arbori cu pistoane divergente, fiecare dintre acestea fiind conectat la propriul arborele cotit. Astfel, acest motor are două arbori cotiți, sincronizați mecanic; cel asociat cu pistoanele de evacuare este cu 20-30 de grade înaintea admisiei. Datorită acestui avans, calitatea purjării se îmbunătățește, care în acest caz este cu flux direct, iar umplerea cilindrului este îmbunătățită, deoarece la sfârșitul purjării orificiile de evacuare sunt deja închise. În anii 30 - 40 ai secolului XX, au fost propuse scheme cu perechi de pistoane divergente - în formă de diamant, triunghiulare; existau dieseluri de avioane cu trei pistoane divergente radial, dintre care două erau de admisie și unul de evacuare. În anii 1920, Junkers a propus un sistem cu un singur arbore cu tije de legătură lungi conectate la știfturile superioare ale pistonului prin brațe basculante speciale; pistonul superior a transmis forțele arborelui cotit de o pereche de biele lungi și existau trei coate de arbore pe cilindru. Pe brațele basculante erau și pistoane pătrate ale cavităților de purjare. Motoarele în doi timpi cu pistoane divergente ale oricărui sistem prezintă practic două dezavantaje: în primul rând, sunt foarte complexe și dimensionale și, în al doilea rând, pistoanele de evacuare și căptușelile din zona ferestrelor de evacuare au o tensiune semnificativă la temperatură și o tendință de supraîncălzire. Inelele pistonului de evacuare sunt, de asemenea, tensionate termic, predispuse la cocsare și la pierderea elasticității. Aceste caracteristici fac din proiectarea unor astfel de motoare o sarcină non-banală.
Motorul cu supapă cu debit direct este echipat cu un arbore cu came și supape de evacuare. Acest lucru reduce semnificativ cerințele pentru materiale și proiectarea CPG. Admisia se face prin geamurile din căptușeala cilindrului, deschise de piston. Acesta este modul în care sunt asamblate cele mai moderne motoare diesel în doi timpi. Zona ferestrei și căptușeala din partea de jos sunt, în multe cazuri, răcite cu aer de încărcare.
În cazurile în care una dintre cerințele principale pentru motor este reducerea costurilor sale, se utilizează diferite tipuri de suflare a ferestrei conturului camerei cu manivelă - buclă, buclă de retur (deflector) în diferite modificări. Pentru a îmbunătăți parametrii motorului, se utilizează diverse tehnici de proiectare - lungimea variabilă a canalelor de admisie și evacuare, numărul și locația canalelor de bypass pot varia, se utilizează bobine, tăietoare de gaz rotative, căptușeli și obloane care modifică înălțimea geamurilor (și, în consecință, momentele de la începutul admisiei și evacuării). Majoritatea acestor motoare sunt răcite pasiv cu aer. Dezavantajele lor sunt calitatea relativ scăzută a schimbului de gaze și pierderea amestecului combustibil în timpul epurării; în prezența mai multor butelii, secțiunile camerelor manivele trebuie separate și sigilate, designul arborelui cotit devine mai complicat și mai scump.
Unități suplimentare necesare pentru motorul cu ardere internă
Dezavantajul unui motor cu ardere internă este că își dezvoltă cea mai mare putere doar într-o gamă îngustă de turații. Prin urmare, transmisia este un atribut integral al unui motor cu ardere internă. Doar în unele cazuri (de exemplu, în avioane) este posibil să se facă fără o transmisie complexă. Ideea unei mașini hibride cucerește treptat lumea, în care motorul funcționează întotdeauna la maxim.
În plus, un motor cu ardere internă are nevoie de un sistem de alimentare (pentru alimentarea cu combustibil și aer - pregătirea unui amestec combustibil-aer), un sistem de evacuare (pentru eliminarea gazelor de eșapament), de asemenea, nu se poate lipsi de un sistem de lubrifiere (conceput pentru a reduce forțele de frecare din mecanismele motorului, pentru a proteja piesele motor de coroziune, precum și împreună cu sistemul de răcire pentru a menține condiții termice optime), sisteme de răcire (pentru a menține condițiile termice optime ale motorului), sistem de pornire (se folosesc metode de pornire: demaror electric, folosind un motor auxiliar de pornire, pneumatic, folosind puterea musculară umană ), un sistem de aprindere (pentru aprinderea amestecului combustibil-aer, utilizat la motoarele cu aprindere forțată).
Caracteristici tehnologice de fabricație
Cerințele ridicate sunt prelucrate la prelucrarea găurilor din diferite părți, inclusiv la piesele motorului (găurile chiulasei (chiulasa), căptușelile cilindrilor, găurile capului manivelei și pistonului, găurile angrenajelor) etc. Sunt utilizate tehnologii de șlefuire și rectificare de înaltă precizie.
Vezi si
| la Wikimedia Commons | |
| Motor cu combustie interna pe Wikinews |
- Sistem de răcire a motorului cu ardere internă
- Philippe Le Bon este un inginer francez care a primit un brevet în 1801 pentru un motor cu ardere internă cu comprimarea unui amestec de gaz și aer.
- Motor cu piston rotativ (motor Wankel)
GHEAŢĂ este un motor care arde diferiți combustibili direct în interiorul unității. Spre deosebire de motoarele de alt tip, ICE-urile sunt private de: orice elemente care transferă căldura pentru o conversie ulterioară în energie mecanică, conversia are loc direct din arderea combustibilului; mult mai compact; au o greutate redusă față de alte tipuri de unități cu putere comparabilă; necesită utilizarea unui anumit combustibil cu caracteristici stricte de temperatură de ardere, viteza de evaporare, numărul octanic etc.
Motoarele în patru timpi sunt utilizate în industria auto:
1. Admisie;
2. Comprimare;
3. Accident vascular cerebral de lucru;
4.
Eliberare.
Dar există și versiuni în doi timpi ale motoarelor cu ardere internă, dar în lumea modernă, acestea sunt de utilizare limitată.
În acest articol, vor fi luate în considerare numai motoarele instalate pe mașini.
Tipuri de motoare pentru combustibilul utilizat
Motoarele pe benzină, după cum sugerează și numele, sunt utilizate ca combustibil pentru lucru - benzină cu numere octanice diferite și au un sistem pentru aprinderea forțată a amestecului de combustibil folosind o scânteie electrică.Acestea pot fi împărțite în funcție de tipul de admisie în carburator și injecție. Motoarele carburatorului dispar deja din producție din cauza dificultății de reglare fină, a consumului ridicat de benzină, a ineficienței în amestecarea amestecului de combustibil și a inadecvării la cerințele moderne de mediu stricte. La astfel de motoare, amestecarea amestecului combustibil începe în camerele carburatorului și se termină pe parcurs în galeria de admisie.
Unitățile de injecție se dezvoltă într-un ritm rapid, iar sistemul de injecție a combustibilului s-a îmbunătățit cu fiecare generație. Primii injectori au avut o „injecție mono” cu o singură duză. De fapt, a fost modernizarea motoarelor cu carburator. De-a lungul timpului, pe majoritatea unităților, sistemele au început să fie utilizate cu duze separate pentru fiecare cilindru. Utilizarea injectoarelor în sistemul de admisie a făcut posibilă controlul mai precis al proporțiilor de combustibil și aer în diferite moduri de funcționare ale unității, reducerea consumului de combustibil, creșterea calității amestecului de combustibil și creșterea puterii și a ecologiei unităților de putere.
Injectoarele moderne instalate pe unitățile de putere cu un sistem de injecție directă a combustibilului în cilindri sunt capabile să producă mai multe injecții separate de combustibil pe cursă. Acest lucru îmbunătățește în continuare calitatea amestecului de combustibil și maximizează rentabilitatea energiei din cantitatea de benzină utilizată. Adică, economia și performanța motoarelor au crescut și mai mult.
Unități diesel - utilizați principiul aprinderii unui amestec de motorină și aer atunci când este încălzit prin compresie puternică. În același timp, sistemele de aprindere forțată nu sunt utilizate în unitățile diesel. Aceste motoare au o serie de avantaje față de motoarele pe benzină, în primul rând, sunt consum de combustibil (până la 20%), cu o putere comparativă. Se consumă mai puțin combustibil datorită raportului de compresie mai mare din cilindri, care îmbunătățește caracteristicile de ardere și puterea de energie a amestecului de combustibil și, prin urmare, este nevoie de mai puțin combustibil pentru a obține aceleași rezultate. În plus, unitățile diesel nu utilizează supape de accelerație, ceea ce îmbunătățește fluxul de aer către unitatea de putere, ceea ce reduce și mai mult consumul de combustibil. Motoarele diesel dezvoltă un cuplu mai mare și la turații mai mici ale motorului.
Nu fără defecte. Datorită sarcinii crescute pe pereții cilindrilor, proiectanții au trebuit să utilizeze materiale mai fiabile și să mărească dimensiunea structurii (creșterea greutății și a costurilor de producție). În plus, funcționarea motorului diesel este puternică datorită particularităților aprinderii combustibilului. Și masa crescută a pieselor nu permite motorului să dezvolte turații mari la aceeași viteză ca cele pe benzină, iar valoarea maximă a turațiilor arborelui cotit este mai mică decât cea a unităților pe benzină.
Un fel de motor cu ardere internă prin design
Grup de propulsie hibrid
Acest tip de mașină a început să câștige popularitate în ultimii ani. Datorită eficienței sale în economia de combustibil și creșterii puterii totale a vehiculului prin combinarea celor două tipuri de unități. De fapt, acest design constă din două unități separate - un mic motor cu ardere internă (cel mai adesea diesel) și un motor electric (sau mai multe motoare electrice) cu o baterie de mare capacitate.
Avantajele combinării sunt exprimate în capacitatea de a combina energia a două unități în timpul accelerației sau de a utiliza fiecare tip de motor separat, în funcție de nevoie. De exemplu, atunci când conduceți într-un blocaj de trafic din oraș, numai motorul electric poate funcționa, economisind motorină. Când conduceți pe drumuri de țară, ICE funcționează ca o unitate mai durabilă, mai puternică și cu o unitate mare de rezervă de putere.
În același timp, o baterie specială pentru motoare electrice poate fi reîncărcată de la un generator sau folosind un sistem de recuperare în timpul frânării, care economisește nu numai combustibil, ci și energia electrică necesară pentru încărcarea bateriei.
Motor cu piston rotativ
Motorul cu piston rotativ este construit în conformitate cu un model unic de mișcare a pistonului-rotor, care se deplasează în interiorul cilindrului nu de-a lungul unei căi alternative, ci în jurul axei sale. Acest lucru se datorează designului special al pistonului triunghiular și aranjamentului special al intrării și ieșirii în cilindru.
Datorită acestui design, motorul crește rapid turația, ceea ce mărește caracteristicile dinamice ale mașinii. Dar odată cu dezvoltarea designului clasic ICE, motorul Wankel a început să-și piardă relevanța din cauza constrângerilor de proiectare. Principiul mișcării pistonului nu permite obținerea unui raport de compresie ridicat al amestecului de combustibil, ceea ce exclude utilizarea combustibilului diesel. O resursă mică, complexitatea întreținerii și reparațiilor, precum și indicatorii de mediu slabi nu permit producătorilor de automobile să dezvolte această direcție.
Soiuri de unități de putere după aspect
Datorită necesității de a reduce greutatea și dimensiunile, precum și plasarea unui număr mai mare de pistoane într-o singură unitate, a condus la apariția tipurilor de motoare în ceea ce privește aspectul.Motoare în linie
Motorul în linie este cea mai clasică versiune a unității de putere. În care toți pistoanele și cilindrii sunt situați într-un singur rând. În același timp, motoarele moderne cu un aspect în linie conțin nu mai mult de șase cilindri. Dar motoarele cu șase cilindri în linie au cele mai bune performanțe în echilibrarea vibrațiilor în timpul funcționării. Singurul dezavantaj este lungimea semnificativă a motorului, în raport cu alte planuri.
Motoare în formă de V
Aceste motoare au apărut ca urmare a dorinței proiectanților de a reduce dimensiunea motoarelor și a necesității de a plasa mai mult de șase pistoane într-un bloc. În aceste motoare, cilindrii sunt în planuri diferite. Vizual, dispunerea cilindrilor formează litera „V”, de unde și numele. Unghiul dintre cele două rânduri se numește unghiul de înclinare și variază pe o gamă largă, împărțind acest tip de motor în subgrupuri.
Motoare boxer
Motoarele Boxer au primit un unghi maxim de înclinare de 180 de grade. Acest lucru a permis proiectanților să reducă înălțimea unității la o dimensiune minimă și să distribuie sarcina pe arborele cotit, sporind resursa acestuia.
Motoare VR
Este o combinație a proprietăților unităților în linie și V. Unghiul de înclinare în astfel de motoare atinge 15 grade, ceea ce permite utilizarea unui cap de cilindru cu un singur mecanism de sincronizare a supapei.
Motoare în formă de W.
Unul dintre cele mai puternice și „extreme” modele ICE. Pot avea trei rânduri de cilindri cu un unghi mare de înclinare sau două blocuri VR combinate. Astăzi, motoarele pentru opt și doisprezece cilindri sunt răspândite, dar designul permite utilizarea mai multor cilindri.
Caracteristicile motorului cu ardere internă
După examinarea multor informații despre diferite mașini, orice persoană interesată va vedea anumiți parametri de bază ai motorului:Puterea unității de putere, măsurată în CP. (sau kWh);
Cuplul maxim dezvoltat de unitatea de putere, măsurat în N / m;
Majoritatea pasionaților de mașini împart unitățile de putere numai prin putere. Dar această diviziune nu este pe deplin corectă. Cu siguranță, o unitate de 200 de "cai" este preferabilă unui motor de 100 de "cai" pe un crossover greu. Și pentru un hatchback urban ușor, este suficient un motor de 100 de cai putere. Dar există unele nuanțe.
Puterea maximă indicată în documentația tehnică este atinsă la anumite viteze ale arborelui cotit. Dar când folosește o mașină în condiții urbane, șoferul rotește rar motorul peste 2.500 rpm. Prin urmare, cu cât timpul de funcționare al mașinii este mai mare, este implicată doar o parte din puterea potențială.
Dar, adesea, există cazuri pe drum. Când este necesar să măriți brusc viteza de depășire sau să evitați o urgență. Cuplul maxim care afectează capacitatea unității de a câștiga rapid viteza și puterea necesare. Pur și simplu, cuplul afectează dinamica vehiculului.
Merită remarcat o ușoară diferență între motoarele pe benzină și cele diesel. Motor pe benzină - oferă un cuplu maxim la turația arborelui cotit de la 3.500 la 6.000 rpm, iar motoarele diesel pot atinge parametrii maximi la turații mai mici. Prin urmare, li se pare multora. Că unitățile diesel sunt mai puternice și „trag” mai bine. Dar, majoritatea celor mai puternice unități utilizează combustibil pe benzină, deoarece sunt capabile să dezvolte un număr mai mare de rotații pe minut.
Și pentru o înțelegere detaliată a termenului de cuplu, ar trebui să vă uitați la unitățile de măsurare ale acestuia: Newtoni înmulțiți cu metri. Cu alte cuvinte, cuplul determină forța cu care pistonul împinge arborele cotit, care, la rândul său, transferă puterea către cutia de viteze și, în cele din urmă, spre roți.
De asemenea, putem menționa tehnica puternică, în care cuplul maxim poate fi atins la o viteză de 1.500 pe minut. Practic, acestea sunt tractoare, basculante puternice și unele vehicule pentru toate terenurile diesel. Bineînțeles, astfel de mașini nu trebuie să rotească motorul la rotații maxime.
Pe baza informațiilor furnizate, putem concluziona că cuplul depinde de volumul unității de putere, de dimensiunile sale, de dimensiunile pieselor și de greutatea acestora. Cu cât aceste elemente sunt mai grele, cu atât cuplul predomină la turații mici. Unitățile diesel au un cuplu mai mare și rotații ale arborelui cotit mai mici (inerția mai mare a arborelui cotit greu și alte elemente nu permit dezvoltarea rotațiilor mari).
Puterea motorului mașinii
Merită să recunoaștem că puterea și cuplul sunt parametri interdependenți care depind unul de celălalt. Puterea este o anumită cantitate de muncă efectuată de un motor într-un timp. La rândul său, lucrul motorului este cuplul. Prin urmare, puterea este caracterizată ca cantitatea de cuplu pe unitate de timp.Există o formulă binecunoscută care caracterizează raportul dintre putere și cuplu:
Putere \u003d cuplu * rpm / 9549
Ca rezultat, obținem valoarea puterii în kilowați. Dar, firesc, uitându-ne la caracteristicile mașinilor, suntem mai obișnuiți să vedem cifrele din „CP”. Pentru a converti kilowați în CP trebuie să multiplicați valoarea rezultată cu 1,36.
Se încarcă ...