Roterende stempelmotor (RPE) eller Wankel-motor. Motor intern forbrænding, udviklet af Felix Wankel i 1957 i samarbejde med Walter Freude. I en RPD udføres et stempels funktion af en trekantet (trekant) rotor, som udfører rotationsbevægelser inde i et hulrum med kompleks form. Efter en bølge af eksperimentelle biler og motorcykler i 1960'erne og 1970'erne er interessen for RPD'er aftaget, selvom en række virksomheder stadig arbejder på at forbedre Wankel-motordesignet. I øjeblikket er personbiler udstyret med RPD Mazda. Rotationsstempelmotoren bruges til modellering.
Funktionsprincip
Kraften fra gastrykket fra den brændte brændstof-luftblanding driver en rotor monteret gennem lejer på en excentrisk aksel. Rotorens bevægelse i forhold til motorhuset (statoren) udføres gennem et par gear, hvoraf det ene, større, er fastgjort på rotorens indre overflade, det andet, understøttende, mindre, er stift fastgjort til indersiden af motorens sidedæksel. Samspillet mellem gearene fører til det faktum, at rotoren laver cirkulære excentriske bevægelser og rører kanterne med forbrændingskammerets indre overflade. Som et resultat dannes tre isolerede kamre med variabelt volumen mellem rotoren og motorlegemet, hvor processerne med kompression af brændstof-luftblandingen, dens forbrænding, udvidelse af gasser, der udøver tryk på rotorens arbejdsflade, og oprensning af forbrændingskammeret fra udstødningsgasser forekommer. Rotorens rotationsbevægelse overføres til en excentrisk aksel monteret på lejer og overfører drejningsmoment til transmissionsmekanismerne. Således fungerer to mekaniske par samtidigt i RPD: det første regulerer rotorens bevægelse og består af et par tandhjul; og den anden er transformativ Rundkørsel Cirkulation rotor til rotation af den excentriske aksel. Gearforholdet mellem rotor og stator gear er 2:3, altså i ét fuld omgang Den excentriske aksel tillader rotoren at rotere 120 grader. Til gengæld udføres en fuld firetaktscyklus af forbrændingsmotoren for en fuld omdrejning af rotoren i hvert af de tre kamre, der er dannet af dens flader.
RPD diagram
1 - indløbsvindue; 2 udløbsvindue; 3 - krop; 4 - forbrændingskammer; 5 - fast gear; 6 - rotor; 7 - gear; 8 - aksel; 9 – tændrør
Fordele ved RPD
Den største fordel ved en roterende stempelmotor er dens enkle design. RPD har 35-40 procent færre dele end en firetakts stempelmotor. RPD'en har ikke stempler, plejlstænger eller en krumtapaksel. I den "klassiske" version af RPD er der ingen gasdistributionsmekanisme. Brændstof-luftblandingen kommer ind i motorens arbejdshulrum gennem indløbsvinduet, som åbner kanten af rotoren. Udstødningsgasser udstødes gennem en udstødningsport, som igen skærer kanten af rotoren (dette ligner gasfordelingsenheden i en totakts stempelmotor).
Smøresystemet fortjener særlig omtale, som praktisk talt er fraværende i den enkleste version af RPD. Der tilsættes olie til brændstoffet - som ved betjening af totakts motorcykelmotorer. Smøring af friktionspar (primært rotoren og arbejdsflade forbrændingskammer) produceres af selve brændstof-luftblandingen.
Da rotorens masse er lille og let afbalanceres af massen af den excentriske aksels kontravægte, er RPD karakteriseret ved et lavt vibrationsniveau og god ensartet drift. I biler med RPD er det lettere at afbalancere motoren, hvilket opnår et minimum af vibrationer, hvilket har en god effekt på komforten i bilen som helhed. Twin-rotor motorer er særligt glatte, hvor rotorerne selv fungerer som vibrationsreducerende balancere.
En anden attraktiv kvalitet ved RPD er dens høje effekttæthed ved høj hastighed excentrisk skaft. Dette gør det muligt at opnå fremragende hastighedsegenskaber fra et køretøj med RPD med relativt lavt brændstofforbrug. Lav rotorinerti og øget specifik effekt sammenlignet med stempelforbrændingsmotorer gør det muligt at forbedre køretøjets dynamik.
Endelig er en vigtig fordel ved RPD dens lille størrelse. Roterende motor cirka halvdelen af størrelsen af en firetakts stempelmotor med samme effekt. Og det giver mulighed for en mere effektiv udnyttelse af pladsen motorrum, mere nøjagtigt beregne placeringen af transmissionsenheder og belastningen på for- og bagakslen.
Ulemper ved RPD
Den største ulempe ved en roterende stempelmotor er den lave effektivitet ved tætning af mellemrummet mellem rotoren og forbrændingskammeret. RPD-rotoren, som har en kompleks form, kræver pålidelige tætninger ikke kun langs fladerne (og der er fire af dem for hver overflade - to på de apikale flader, to på sidefladerne), men også på sidefladen i kontakt med motordækslerne. I dette tilfælde er tætningerne lavet i form af fjederbelastede strimler af højlegeret stål med særlig præcis bearbejdning af både arbejdsflader og ender. De indbyggede tolerancer i tætningernes design til metaludvidelse fra opvarmning forværrer deres egenskaber - det er næsten umuligt at undgå gasgennembrud ved endesektionerne af tætningspladerne (i stempelmotorer bruger de en labyrinteffekt, installerer tætningsringe med huller i forskellige retninger).
I de sidste år tætningspålidelighed er steget dramatisk. Designere har fundet nye materialer til sæler. Der er dog ingen grund til at tale om noget gennembrud endnu. Sæler er stadig de fleste flaskehals RPD.
Det komplekse rotortætningssystem kræver effektiv smøring af gnidningsoverfladerne. RPM forbruger mere olie end en firetakts stempelmotor (fra 400 gram til 1 kilogram pr. 1000 kilometer). I dette tilfælde brænder olien sammen med brændstoffet, hvilket har en dårlig effekt på motorernes miljøvenlighed. Der er flere stoffer, der er farlige for menneskers sundhed, i udstødningsgasserne fra RPD'er end i udstødningsgasserne fra stempelmotorer.
Der stilles også særlige krav til kvaliteten af olier, der anvendes i RPD. Dette skyldes for det første en tendens til øget slid (på grund af det store areal af kontaktende dele - rotoren og motorens indre kammer), og for det andet overophedning (igen på grund af øget friktion og på grund af lille størrelse af selve motoren). Uregelmæssige olieskift er dødbringende for RPD'er - da slibende partikler i gammel olie dramatisk øger motorslid og motoroverkøling. Start af en kold motor og utilstrækkelig opvarmning af den fører til, at der er lidt smøring i kontaktområdet af rotorpakningerne med overfladen af forbrændingskammeret og sidedæksler. Hvis en stempelmotor sætter sig fast, når den er overophedet, opstår RPD oftest ved start af en kold motor (eller ved kørsel i koldt vejr, når afkølingen er overdreven).
Generelt er driftstemperaturen for RPM'er højere end for stempelmotorer. Det mest termisk belastede område er forbrændingskammeret, som har et lille volumen og følgelig en øget temperatur, hvilket gør det vanskeligt at antænde brændstof-luftblandingen (RPD'er, på grund af forbrændingskammerets udvidede form, er tilbøjelige til at detonation, hvilket også kan tilskrives ulemperne ved denne type motor). Derfor RPD's krav til kvaliteten af stearinlys. De er normalt installeret i disse motorer i par.
Roterende stempelmotorer, på trods af deres fremragende kraft- og hastighedsegenskaber, viser sig at være mindre fleksible (eller mindre elastiske) end stempelmotorer. De producerer kun optimal kraft ved ret høje hastigheder, hvilket tvinger designere til at bruge RPD'er i forbindelse med flertrins gearkasser og komplicerer designet automatiske kasser smitte I sidste ende viser RPD'er sig ikke at være så økonomiske, som de burde være i teorien.
Praktisk anvendelse i bilindustrien
RPD'er blev mest udbredt i slutningen af 60'erne og begyndelsen af 70'erne af forrige århundrede, da patentet for Wankel-motoren blev købt af 11 førende bilproducenter i verden.
I 1967 udgav det tyske firma NSU en føljeton en bil business class NSU Ro 80. Denne model blev produceret i 10 år og solgt over hele verden i mængden af 37.204 eksemplarer. Bilen var populær, men manglerne ved RPD installeret i den ødelagde i sidste ende denne vidunderlige bils omdømme. Sammenlignet med langvarige konkurrenter så NSU Ro 80-modellen "bleg" ud - kilometertal op til eftersyn motor med en erklæret 100 tusinde kilometer oversteg ikke 50 tusind.
Citroen, Mazda og VAZ har eksperimenteret med RPD. Den største succes blev opnået af Mazda, som udgav sin personbil med RPD tilbage i 1963, fire år tidligere end udseendet af NSU Ro 80. I dag udstyrer Mazda-koncernen RX-serien sportsvogne med RPD. Moderne biler Mazda RX-8 er skånet for mange af manglerne ved Felix Wankel RPD. De er ret miljøvenlige og pålidelige, selvom de betragtes som "lunefulde" blandt bilejere og reparationsspecialister.
Praktisk anvendelse i motorcykelindustrien
I 70'erne og 80'erne eksperimenterede nogle motorcykelproducenter med RPD - Hercules, Suzuki og andre. I øjeblikket er småskalaproduktion af "roterende" motorcykler kun etableret i Norton-virksomheden, som producerer NRV588-modellen og forbereder NRV700-motorcyklen til serieproduktion.
Norton NRV588 er en sportscykel udstyret med en dobbeltrotormotor med et samlet volumen på 588 kubikcentimeter og udvikler en effekt på 170 Hestekræfter. Med en tør motorcykelvægt på 130 kg ser strømforsyningen til en sportscykel bogstaveligt talt uoverkommelig ud. Motoren på denne maskine er udstyret med variable indsugningssystemer og elektronisk indsprøjtning brændstof. Alt hvad man ved om NRV700-modellen er, at omdrejningstallet på denne sportscykel når op på 210 hk.
Definition.
Stempel motor- en af mulighederne for forbrændingsmotorer, drevet af konvertering indre energi brænde brændstof ind mekanisk arbejde translationel bevægelse af stemplet. Stemplet bevæger sig, når arbejdsvæsken i cylinderen udvider sig.
Krumtapmekanismen konverterer stemplets translationsbevægelse til rotationsbevægelse krumtapaksel.
Motorens driftscyklus består af en sekvens af slag af envejs translationelle slag af stemplet. Motorer er opdelt i to- og firetaktsmotorer.
Driftsprincip for totakts- og firetakts stempelmotorer.
Antal cylindre i stempelmotorer kan variere afhængigt af designet (fra 1 til 24). Motorvolumenet anses for at være lig med summen af rumfanget af alle cylindre, hvis kapacitet findes ved at gange tværsnittet med stempelslaget.
I stempelmotorer Forskellige designs har forskellige brændstoftændingsprocesser:
Elektrisk gnistudladning, som er dannet på tændrørene. Sådanne motorer kan køre på både benzin og andre typer brændstof ( naturgas).
Kompression af arbejdsvæsken:
I dieselmotorer, der opererer på dieselbrændstof eller gas (med tilsætning af 5% dieselbrændstof), komprimeres luften, og når stemplet når punktet for maksimal kompression, indsprøjtes brændstof, som antændes ved kontakt med opvarmet luft.
Kompressionsmodelmotorer. Brændstofforsyningen i dem er nøjagtig den samme som i benzinmotorer. Derfor kræves en speciel brændstofsammensætning til deres drift (med blandinger af luft og diethylether) samt præcis justering af kompressionsforholdet. Kompressormotorer har fundet vej til fly- og bilindustrien.
Glødemotorer. Princippet om deres drift ligner på mange måder motorer af kompressionsmodellen, men de er ikke uden designfunktioner. Antændingens rolle i dem udføres af - gløderør, hvis varme opretholdes af energien fra brændstoffet, der brænder i det foregående slag. Sammensætningen af brændstoffet er også speciel, baseret på methanol, nitromethan og ricinusolie. Sådanne motorer bruges i både biler og fly.
Kaloriserende motorer. I disse motorer opstår tænding, når brændstof kommer i kontakt med varme dele af motoren (normalt stemplets krone). Åben ildgas bruges som brændstof. De bruges som drivmotorer i valseværker.
Typer af brændstof brugt i stempelmotorer:
Flydende brændstof– diesel, benzin, alkoholer, biodiesel;
Gasser– naturlige og biologiske gasser, flydende gasser, brint, gasformige produkter fra råoliekrakning;
Produceret i en forgasser af kul, tørv og træ bruges kulilte også som brændsel.
Drift af stempelmotorer.
Motorens driftscyklusser detaljeret beskrevet i teknisk termodynamik. Forskellige cyklogrammer er beskrevet af forskellige termodynamiske cyklusser: Otto, Diesel, Atkinson eller Miller og Trinkler.
Årsager til fejl i stempelmotorer.
Effektiviteten af en stempelforbrændingsmotor.
Den maksimale effektivitet, der blev opnået ved stempelmotor er 60 %, dvs. lidt mindre end halvdelen af det forbrændte brændstof bruges på opvarmning af motordele og frigives også med varme udstødningsgasser. I den forbindelse er det nødvendigt at udstyre motorer med kølesystemer.
Klassificering af kølesystemer:
Air CO– overføre varme til luften på grund af cylindrenes ribbede ydre overflade. Gælder de?
bo na svage motorer(tiere af hk), eller ved kraftig flymotorer, som afkøles af en hurtig luftstrøm.
Flydende CO– der anvendes en væske (vand, frostvæske eller olie) som kølemiddel, som pumpes gennem kølekappen (kanaler i cylinderblokkens vægge) og kommer ind i køleradiatoren, hvori den afkøles af luftstrømme, naturlige eller fra fans. Sjældent bruges metallisk natrium også som kølevæske, som smelter fra varmen fra en opvarmningsmotor.
Ansøgning.
Stempelmotorer har på grund af deres effektområde (1 watt - 75.000 kW) vundet stor popularitet ikke kun i bilindustrien, men også i flykonstruktion og skibsbygning. De bruges også til at drive kamp, landbrug og byggeudstyr, elektriske generatorer, vandpumper, motorsave og andre maskiner, både mobile og stationære.
Den mest berømte og udbredte over hele verden mekaniske anordninger- Disse er forbrændingsmotorer (i det følgende benævnt ICE). Deres udvalg er omfattende, og de adskiller sig i en række funktioner, for eksempel antallet af cylindre, hvis antal kan variere fra 1 til 24, og det anvendte brændstof.
Drift af en stempelforbrændingsmotor
1-cylindret forbrændingsmotor kan betragtes som den mest primitive, ubalancerede og ujævnt kørende, på trods af at det er udgangspunktet i skabelsen af den nye generation af flercylindrede motorer. I dag bruges de i flymodellering, i produktionen af landbrugs-, husholdnings- og haveredskaber. Til bilindustrien er firecylindrede motorer og mere solide enheder meget brugt.
Hvordan fungerer det, og hvad består det af?
Stempel forbrændingsmotor har en kompleks struktur og består af:
- Et hus, herunder en cylinderblok, et cylinderhoved;
- Gas distribution mekanisme;
- krumtapmekanisme (i det følgende benævnt krumtapmekanisme);
- En række hjælpesystemer.
Krumtapakslen er bindeleddet mellem den energi, der frigives ved forbrænding af brændstof-luftblandingen (herefter benævnt FA) i cylinderen og krumtapakslen, som sikrer køretøjets bevægelse. Gasdistributionssystemet er ansvarlig for gasudveksling under driften af enheden: adgang atmosfærisk oxygen og brændstofsamlinger ind i motoren og rettidig fjernelse af gasser dannet under forbrænding.
Designet af en simpel stempelmotor
Hjælpesystemer præsenteres:
- Indtag, der sikrer tilførsel af ilt til motoren;
- Brændstof, repræsenteret ved et brændstofindsprøjtningssystem;
- Tænding, som giver en gnist og tænding af brændstofsamlinger til motorer, der kører på benzin (dieselmotorer er kendetegnet ved selvantændelse af blandingen på grund af høj temperatur);
- Et smøresystem, der reducerer friktion og slid på metaldele, der kommer i kontakt med maskinolie;
- Kølesystem, som forhindrer overophedning af motorens arbejdende dele, sikrer cirkulation specielle væsker type frostvæske;
- Et udstødningssystem, der sikrer fjernelse af gasser i den tilsvarende mekanisme, bestående af udstødningsventiler;
- Et styresystem, der giver overvågning af forbrændingsmotorens funktion på elektronikniveau.
Hovedarbejdselementet i den beskrevne enhed tages i betragtning forbrændingsmotor stempel, som i sig selv er en præfabrikeret del.
Motorstempeldesign
Trin-for-trin betjeningsdiagram
Driften af en forbrændingsmotor er baseret på energien fra ekspanderende gasser. De er resultatet af forbrænding af brændstofsamlinger inde i mekanismen. Denne fysiske proces tvinger stemplet til at bevæge sig i cylinderen. I dette tilfælde kan brændstoffet være:
- Væsker (benzin, diesel);
- Gasser;
- Kulilte som følge af afbrænding af fast brændsel.
Motordrift er en kontinuerlig lukket cyklus bestående af et vist antal cyklusser. De mest almindelige forbrændingsmotorer er af to typer, der adskiller sig i antallet af cyklusser:
- To-takts, der producerer kompression og slag;
- Firetakts - kendetegnet ved fire faser af samme varighed: indsugning, kompression, kraftslag og endelig - udstødning, dette indikerer en firedobbelt ændring i positionen af hovedarbejdselementet.
Begyndelsen af slaget bestemmes af stemplets placering direkte i cylinderen:
- Top dødpunkt (herefter benævnt TDC);
- Nederste dødpunkt (herefter benævnt BDC).
Ved at studere algoritmen for drift af en firetaktsprøve kan du grundigt forstå arbejdsprincippet for en bilmotor.
Princippet om drift af en bilmotor
Indsugning sker ved at føre arbejdsstemplet fra øverste dødpunkt gennem hele cylinderens hulrum med samtidig tilbagetrækning af brændstofsamlingen. Baseret på designfunktioner, kan blanding af indkommende gasser forekomme:
- I indsugningsmanifolden er dette relevant, hvis motoren er benzin med distribueret eller central indsprøjtning;
- I forbrændingskammeret, hvis vi taler om en dieselmotor, såvel som en motor, der kører på benzin, men med direkte indsprøjtning.
Første foranstaltning passerer med indsugningsventilerne til gasfordelingsmekanismen åbne. Antallet af indsugnings- og udstødningsventiler, hvor længe de forbliver åbne, deres størrelse og deres slidtilstand er faktorer, der påvirker motoreffekten. Stemplet i den indledende fase af kompression er placeret ved BDC. Efterfølgende begynder den at bevæge sig opad og komprimere den akkumulerede brændstofsamling til de dimensioner, der bestemmes af forbrændingskammeret. Forbrændingskammeret er det frie rum i cylinderen, der forbliver mellem toppen af cylinderen og stemplet ved øverste dødpunkt.
Anden foranstaltning indebærer lukning af alle motorventiler. Tætheden af deres pasform påvirker direkte kvaliteten af kompressionen af brændstofsamlingen og dens efterfølgende tænding. Slidniveauet af motorkomponenter har også stor indflydelse på kvaliteten af brændstofsamlingens kompression. Det udtrykkes i størrelsen af mellemrummet mellem stemplet og cylinderen, i ventilernes tæthed. Motorens kompressionsniveau er den vigtigste faktor, der påvirker dens kraft. Det måles af en speciel enhed kaldet en kompressionsmåler.
Arbejdsslag starter, når den forbinder til processen tændingssystem, der genererer en gnist. Stemplet er i den maksimale øvre position. Blandingen eksploderer, og gasser frigives, hvilket skaber højt blodtryk, og stemplet sættes i bevægelse. Krumtapmekanismen aktiverer til gengæld krumtapakslens rotation, som sikrer bilens bevægelse. Alle systemventiler er i lukket position på dette tidspunkt.
Slip slag er den sidste i den undersøgte cyklus. Alle udstødningsventiler er i åben position, så motoren kan "udånde" forbrændingsprodukter. Stemplet vender tilbage til sit udgangspunkt og er klar til at begynde en ny cyklus. Denne bevægelse bidrager til frigivelsen ind i udstødningssystemet og derefter ind miljø, udstødningsgasser.
Diagram over drift af en forbrændingsmotor, som nævnt ovenfor, er baseret på cyklicitet. Efter at have set på det i detaljer, hvordan fungerer en stempelmotor, kan vi opsummere, at effektiviteten af en sådan mekanisme ikke er mere end 60%. Denne procentdel skyldes det faktum, at kraftslaget på et givet tidspunkt kun udføres i én cylinder.
Ikke al den energi, der modtages på dette tidspunkt, er rettet mod at flytte bilen. En del af det bliver brugt på at holde svinghjulet i bevægelse, som ved inerti sikrer bilens drift under de tre andre slag.
En vis mængde termisk energi spildes ufrivilligt på opvarmning af huset og udstødningsgasser. Det er grunden til, at en bilmotors effekt bestemmes af antallet af cylindre, og som et resultat, det såkaldte motorvolumen, beregnet ved hjælp af en bestemt formel som det samlede volumen af alle arbejdscylindre.
Når brændstof forbrændes, frigives termisk energi. En motor, hvor brændstof brænder direkte inde i arbejdscylinderen, og energien fra de resulterende gasser opfattes af et stempel, der bevæger sig i cylinderen, kaldes en stempelmotor.
Så som tidligere nævnt er denne type motor den vigtigste for moderne biler.
I sådanne motorer er forbrændingskammeret placeret i en cylinder, hvor den termiske energi fra forbrændingen luft-brændstof blanding omdannes til den mekaniske energi af et stempel, der bevæger sig fremad, og omdannes derefter ved en speciel mekanisme kaldet en krumtap til rotationsenergi af krumtapakslen.
I henhold til dannelsesstedet for blandingen bestående af luft og brændstof (brændstof) er stempelforbrændingsmotorer opdelt i motorer med ekstern og intern konvertering.
Samtidig er motorer med ekstern blandingsdannelse, afhængigt af den anvendte type brændstof, opdelt i karburator- og indsprøjtningsmotorer, der kører på let flydende brændstof (benzin) og gasmotorer, der kører på gas (gasgenerator, belysning, naturgas). , etc.). Motorer med kompressionstænding er dieselmotorer (dieselmotorer). De kører på tungt flydende brændstof (diesel). Generelt er designet af selve motorerne næsten det samme.
Arbejdscyklussen for firetakts stempelmotorer er afsluttet, når krumtapakslen laver to omdrejninger. Per definition består den af fire separate processer (eller slag): indsugning (1 takt), kompression af luft-brændstofblandingen (2 takt), krafttakt (3 takt) og udstødningsgas (4 takt).
Ændring af motorens driftscyklusser sikres ved hjælp af en gasfordelingsmekanisme bestående af knastaksel, et transmissionssystem af pushere og ventiler, der isolerer cylinderens arbejdsrum fra det ydre miljø og hovedsageligt sikrer en ændring i ventiltiming. På grund af gassernes inerti (træk ved gasdynamiske processer), indsugnings- og udstødningsslag for rigtig motor overlap, hvilket betyder, at de handler sammen. Ved høje hastigheder har faseoverlapning en positiv effekt på motorens ydeevne. Tværtimod, jo mere er det lave omdrejninger, jo mindre motormoment. I gang moderne motorer dette fænomen tages i betragtning. De skaber enheder, der tillader ændring af ventiltiming under drift. Der er forskellige designs af sådanne enheder, hvoraf de mest egnede er elektromagnetiske enheder til justering af faserne af gasfordelingsmekanismer (BMW, Mazda).
Karburator forbrændingsmotorer
I karburatormotorer luft-brændstofblandingen forberedes, før den kommer ind i motorcylindrene, i speciel enhed- i karburatoren. I sådanne motorer antændes den brændbare blanding (en blanding af brændstof og luft), der kommer ind i cylindrene og blandes med de resterende udstødningsgasser (arbejdsblanding), af en ekstern energikilde - en elektrisk gnist fra tændingssystemet.
Forbrændingsmotorer med indsprøjtning
I sådanne motorer, på grund af tilstedeværelsen af forstøvningsdyser, der sprøjter benzin ind i indsugningsmanifold opstår der blandingsdannelse med luft.
Gas forbrændingsmotorer
I disse motorer er gastrykket efter at have forladt gasreduktionen reduceret kraftigt og bragt til tæt på atmosfærisk tryk, hvorefter det suges ind ved hjælp af en luft-gasblander og indsprøjtes ved hjælp af elektriske injektorer (tilsvarende indsprøjtningsmotorer) ind i motorens indsugningsmanifold.
Tænding, som i tidligere typer motorer, udføres af en gnist fra et tændrør, der hopper mellem dets elektroder.
Diesel forbrændingsmotorer
I dieselmotorer sker blandingsdannelse direkte inde i motorcylindrene. Luft og brændstof kommer separat ind i cylindrene.
I dette tilfælde kommer der først kun luft ind i cylindrene, den komprimeres, og i øjeblikket med dens maksimale kompression sprøjtes en strøm af fint forstøvet brændstof ind i cylinderen gennem en speciel dyse (trykket inde i cylindrene i sådanne motorer når meget højere værdier end i motorer af den tidligere type), den resulterende antændelse forekommer blandinger.
I dette tilfælde antændes blandingen som følge af en stigning i lufttemperaturen, når den er stærkt komprimeret i cylinderen.
Blandt ulemperne dieselmotorer Man kan fremhæve den højere mekaniske belastning af dens dele, især krumtapmekanismen, sammenlignet med tidligere typer af stempelmotorer, som kræver forbedrede styrkeegenskaber og som følge heraf større dimensioner, vægt og omkostninger. Det øges på grund af det sofistikerede design af motorer og brugen af materialer af højere kvalitet.
Derudover er sådanne motorer karakteriseret ved uundgåelige sodemissioner og et øget indhold af nitrogenoxider i udstødningsgasserne på grund af den heterogene forbrænding af arbejdsblandingen inde i cylindrene.
Gas-diesel forbrændingsmotorer
Driftsprincippet for en sådan motor ligner driften af enhver type gasmotor.
Luft-brændstofblandingen fremstilles efter et lignende princip, ved at tilføre gas til luft-gas-blanderen eller til indsugningsmanifolden.
Imidlertid antændes blandingen af en pilotdel af dieselbrændstof indsprøjtet i cylinderen analogt med driften af dieselmotorer og ikke ved hjælp af et elektrisk tændrør.
Roterende stempel forbrændingsmotorer
Ud over det etablerede navn er denne motor opkaldt efter videnskabsmanden-opfinderen, der skabte den og kaldes Wankel-motoren. Foreslået i begyndelsen af det 20. århundrede. I øjeblikket udvikles sådanne motorer af Mazda RX-8-producenterne.
Hoveddelen af motoren er dannet af en trekantet rotor (analog af et stempel), der roterer i et kammer med en bestemt form, med et indre overfladedesign, der minder om tallet "8". Denne rotor udfører funktionen af krumtapakselstemplet og gasfordelingsmekanismen og eliminerer dermed det gasfordelingssystem, der kræves til stempelmotorer. Den udfører tre fulde driftscyklusser på én omdrejning, hvilket gør det muligt for en sådan motor at erstatte en sekscylindret stempelmotor. På trods af mange positive egenskaber, herunder den grundlæggende enkelhed i dens design, har den ulemper, der forhindrer dens udbredte brug. De er forbundet med skabelsen af langvarige, pålidelige tætninger mellem kammeret og rotoren og konstruktionen af det nødvendige motorsmøringssystem. Driftscyklussen for roterende stempelmotorer består af fire slag: indtag af luft-brændstofblandingen (1 takt), kompression af blandingen (2 takt), udvidelse af forbrændingsblandingen (3 takt), udstødning (4 takt).
Roterende vinge forbrændingsmotorer
Dette er den samme motor, som bruges i Yo-mobilen.
Gasturbine forbrændingsmotorer
Allerede i dag kan disse motorer med succes erstatte stempelforbrændingsmotorer i biler. Og selvom designet af disse motorer først har nået den grad af perfektion inden for de sidste par år, er ideen om at bruge gasturbinemotorer i biler opstået for længe siden. Virkelig mulighed Oprettelsen af pålidelige gasturbinemotorer er nu sikret af teorien om vingemotorer, som har nået et højt niveau af udvikling, metallurgi og teknologien til deres produktion.
Hvad er en gasturbinemotor? For at gøre dette, lad os se på dets kredsløbsdiagram.
Kompressoren (pos. 9) og gasturbinen (pos. 7) er placeret på samme aksel (pos. 8). Gasturbineakslen roterer i lejer (pos. 10). Kompressoren tager luft fra atmosfæren, komprimerer den og leder den til forbrændingskammeret (punkt 3). Brændstofpumpen (punkt 1) drives også af turbineakslen. Den tilfører brændstof til dysen (punkt 2), som er installeret i forbrændingskammeret. Gasformige forbrændingsprodukter trænger ind gennem gasturbinens styrevinge (emne 4) på bladene på dens pumpehjul (emne 5) og tvinger den til at rotere i en given retning. Udstødningsgasser frigives til atmosfæren gennem røret (punkt 6).
Og selvom denne motor er fuld af mangler, bliver de gradvist elimineret, efterhånden som designet udvikler sig. Samtidig har en gasturbineforbrændingsmotor en række væsentlige fordele sammenlignet med stempelforbrændingsmotorer. Først og fremmest skal det bemærkes, at som dampturbine, kan der udvikles gas høj hastighed. Hvad giver dig mulighed for at modtage mere kraft fra mindre motorer og lettere vægt (næsten 10 gange). Derudover er den eneste form for bevægelse i en gasturbine rotation. Ud over rotationsbevægelse har en stempelmotor frem- og tilbagegående bevægelser af stemplerne og komplekse bevægelser af plejlstænger. Desuden kræver gasturbinemotorer ikke specielle systemer køling, smøring. Fraværet af betydelige friktionsflader med et minimum antal lejer sikrer langsigtet drift og høj pålidelighed gasturbine motor. Til sidst er det vigtigt at bemærke, at de er drevet ved hjælp af petroleum eller diesel, dvs. billigere typer end benzin. Grunden til at holde udviklingen af gasturbinemotorer til biler tilbage er behovet for kunstigt at begrænse temperaturen af de gasser, der kommer ind i turbinebladene, da meget brændbare metaller stadig er meget dyre. Hvilket resulterer i reduceret gavnlig brug(effektivitet) af motoren og øges specifikt forbrug brændstof (brændstofmængde pr. 1 hk). Til passager og fragt bilmotorer Gastemperaturen skal begrænses til 700°C, og i flymotorer op til 900°C. Men i dag er der nogle måder at øge effektiviteten af disse motorer ved at fjerne varmen fra udstødningsgasserne for at opvarme luften, der kommer ind i forbrændingskamre. Løsningen på problemet med at skabe en meget økonomisk gasturbinemotor til biler afhænger i høj grad af succesen med arbejdet på dette område.
Kombinerede forbrændingsmotorer
Et stort bidrag til de teoretiske aspekter af arbejdet og skabelsen af kombinerede motorer blev givet af USSR-ingeniøren, professor A.N. Shelest.
Alexey Nesterovich Shelest
Disse motorer er en kombination af to maskiner: et stempel og en vinge, som kan være en turbine eller en kompressor. Begge disse maskiner er vigtige dele af arbejdsprocessen. Som et eksempel på sådan en motor med gasturbine-overladning. I en konventionel stempelmotor tvinger en turbolader luft ind i cylindrene, hvilket øger motorkraften. Den er baseret på brugen af energi fra udstødningsgasstrømmen. Det virker på turbinehjulet monteret på akslen på den ene side. Og han snurrer den. Kompressorbladene er placeret på samme aksel på den anden side. Ved hjælp af en kompressor presses luft således ind i motorcylindrene på grund af vakuum i kammeret på den ene side og tvungen lufttilførsel, på den anden side kommer en stor mængde af en blanding af luft og brændstof ind i motoren. Som følge heraf øges mængden af brændt brændstof, og gassen, der kommer fra denne forbrænding, optager et større volumen, hvilket skaber større kraft på stemplet.
To-takts forbrændingsmotorer
Dette er navnet på en forbrændingsmotor med et usædvanligt gasdistributionssystem. Det implementeres i processen med at passere et stempel, der udfører frem- og tilbagegående bevægelser, gennem to rør: indløb og udløb. Du kan finde dens udenlandske betegnelse "RCV".
Motorens arbejdsprocesser foregår under én omdrejning af krumtapakslen og to stemplets slag. Funktionsprincippet er som følger. Først renses cylinderen, hvilket betyder indtag af en brændbar blanding med samtidig indtag af udstødningsgasser. Derefter komprimeres arbejdsblandingen i det øjeblik, krumtapakslen roterer 20-30 grader fra positionen af den tilsvarende BDC, når den flyttes til TDC. Og arbejdsslaget, hvis længde er stempelslaget fra det øverste dødpunkt (TDC), der ikke når det nederste dødpunkt (BDC) med 20-30 grader i krumtapakselomdrejninger.
Der er åbenlyse ulemper ved totaktsmotorer. For det første er det svage led i totaktscyklussen motorrensning (igen fra et gasdynamiksynspunkt). Dette sker på den ene side på grund af, at det er umuligt at sikre adskillelse af den friske ladning fra udstødningsgasserne, dvs. uundgåelige tab ved i det væsentlige at flyve ind udstødningsrør frisk blanding (eller luft hvis vi taler om diesel). På den anden side varer kraftslaget mindre end en halv omdrejning, hvilket allerede indikerer et fald i motoreffektiviteten. Endelig er varigheden ekstrem vigtig proces gasudveksling, som i en firetaktsmotor fylder halvdelen af arbejdscyklussen, kan ikke øges.
To-taktsmotorer er mere komplekse og dyrere på grund af den obligatoriske brug af et rense- eller overladningssystem. Der er ingen tvivl om, at den øgede termiske spænding af dele af cylinder-stempelgruppen kræver brug af dyrere materialer til individuelle dele: stempler, ringe, cylinderforinger. Stemplets udførelse af gasfordelingsfunktioner pålægger også en begrænsning på størrelsen af dets højde, bestående af højden af stempelslaget og højden af skyllevinduerne. Dette er ikke så kritisk i en knallert, men det gør stemplet markant tungere, når det monteres på biler, der kræver et betydeligt strømforbrug. Når effekt måles i tiere eller endda hundredvis af hestekræfter, er stigningen i stempelmasse således meget mærkbar.
Ikke desto mindre blev der udført noget arbejde for at forbedre sådanne motorer. I Ricardo-motorer blev der indført specielle distributionshylstre med lodret slaglængde, hvilket var et forsøg på at gøre det muligt at reducere stemplets størrelse og vægt. Systemet viste sig at være ret komplekst og meget dyrt at implementere, så sådanne motorer blev kun brugt i luftfarten. Det skal desuden bemærkes, at udstødningsventilerne har dobbelt så høj termisk spænding (med direkte strømningsventiludskylning) sammenlignet med ventilerne på firetaktsmotorer. Derudover har sæderne længere direkte kontakt med udstødningsgasserne, og derfor dårligere varmeafledning.
Seks-takts forbrændingsmotorer
Betjeningen er baseret på driftsprincippet for en firetaktsmotor. Derudover indeholder dens design elementer, der på den ene side øger dens effektivitet, mens den på den anden side reducerer dens tab. Der er to forskellige typer sådanne motorer.
I motorer, der kører på Otto- og Diesel-cyklussen, er der betydelige varmetab under brændstofforbrænding. Disse tab bruges i motoren af det første design som ekstra kraft. I design af sådanne motorer, ud over luft-brændstofblandingen, bruges damp eller luft som arbejdsmedium til stemplets ekstra slag, hvilket resulterer i øget kraft. I sådanne motorer, efter hver brændstofindsprøjtning, bevæger stemplerne sig tre gange i begge retninger. I dette tilfælde er der to arbejdsslag - en med brændstof og den anden med damp eller luft.
Følgende motorer er blevet oprettet i dette område:
Bajulaz-motor (fra engelsk Bajulaz). Det blev skabt af Bayulas (Schweiz);
Crower motor (fra engelsk Crower). Opfundet af Bruce Crower (USA);
Bruce Crower
Velozet motor (fra engelsk Velozeta) Blev bygget på en ingeniørhøjskole (Indien).
Driftsprincippet for den anden type motor er baseret på brugen i dets design af et ekstra stempel på hver cylinder og placeret overfor hovedcylinderen. Det ekstra stempel bevæger sig med en frekvens, der er reduceret til det halve sammenlignet med hovedstemplet, som giver seks stempelslag for hver cyklus. Det ekstra stempel erstatter til sit hovedformål motorens traditionelle gasfordelingsmekanisme. Dens anden funktion er at øge kompressionsforholdet.
Der er to hoveddesign af sådanne motorer, uafhængigt skabt af hinanden:
Beare Head motor. Opfundet af Malcolm Beer (Australien);
en motor kaldet "Charging Pump" (tysk ladepumpe). Opfundet af Helmut Kottmann (Tyskland).
Hvad vil der ske med forbrændingsmotoren i den nærmeste fremtid?
Ud over dem, der er angivet i begyndelsen af artiklen ulemper ved forbrændingsmotorer Der er endnu en grundlæggende ulempe, der ikke tillader brugen af en forbrændingsmotor adskilt fra køretøjets transmission. Kraftenhed Bilen er dannet af motoren i forbindelse med bilens transmission. Det gør det muligt for køretøjet at bevæge sig ved alle nødvendige hastigheder. Men en enkelt forbrændingsmotor udvikler kun sin højeste effekt i et snævert hastighedsområde. Det er faktisk derfor en transmission er nødvendig. Kun i undtagelsestilfælde klarer de sig uden transmission. For eksempel i nogle flydesigns.
Stempelforbrændingsmotorer bruges i vid udstrækning som energikilder i vej-, jernbane- og søtransport, i landbrugs- og byggeindustrien (traktorer, bulldozere), i nødstrømforsyningssystemer til særlige faciliteter (hospitaler, kommunikationslinjer osv.) og i mange andre områder med menneskelig aktivitet. I de senere år er minikraftvarmeanlæg baseret på gasstempelforbrændingsmotorer blevet særligt udbredt, ved hjælp af hvilke problemerne med energiforsyning til små boligområder eller industrier effektivt løses. Sådanne termiske kraftværkers uafhængighed fra centraliserede systemer(såsom RAO UES) øger pålideligheden og stabiliteten af deres drift.
Stempelforbrændingsmotorer, som er meget forskelligartede i design, er i stand til at levere et meget bredt effektområde - fra meget små (motorer til flymodeller) til meget store (motorer til oceantankskibe).
Vi har gentagne gange stiftet bekendtskab med det grundlæggende i design- og driftsprincippet for stempelforbrændingsmotorer, startende fra et skolefysikkursus og slutter med kurset "Teknisk termodynamik". Og alligevel, for at konsolidere og uddybe vores viden, lad os overveje dette spørgsmål meget kort igen.
I fig. 6.1 viser et diagram over motorens opbygning. Som det er kendt, udføres brændstofforbrænding i en forbrændingsmotor direkte i arbejdsfluidet. I stempelforbrændingsmotorer udføres en sådan forbrænding i arbejdscylinderen 1 med et bevægeligt stempel 6. Røggasserne fra forbrændingen skubber stemplet, hvilket får det til nyttigt arbejde. Stemplets translationsbevægelse ved hjælp af forbindelsesstangen 7 og krumtapakslen 9 omdannes til rotationsbevægelse, hvilket er mere bekvemt at bruge. Krumtapakslen er placeret i krumtaphuset, og motorcylindrene er placeret i en anden husdel kaldet cylinderblokken (eller kappen). 2. Cylinderdækslet 5 indeholder indløbet 3 og eksamen 4 ventiler med tvungen knastdrev fra en speciel knastaksel kinematisk forbundet til krumtapaksel biler.
Ris. 6.1.
For at motoren skal fungere kontinuerligt, er det nødvendigt med jævne mellemrum at fjerne forbrændingsprodukter fra cylinderen og fylde den med nye portioner brændstof og oxidationsmiddel (luft), hvilket sker på grund af stemplets bevægelser og driften af ventilerne .
Stempelforbrændingsmotorer klassificeres normalt efter forskellige generelle karakteristika.
- 1. Ud fra metoden til blandingsdannelse, tænding og varmeforsyning opdeles motorer i maskiner med tvangstænding og selvantændelse (karburator eller indsprøjtning og diesel).
- 2. I henhold til tilrettelæggelsen af arbejdsprocessen - i firetakts og totakts. I sidstnævnte afsluttes arbejdsprocessen ikke i fire, men i to slag af stemplet. Til gengæld er 2-takts forbrændingsmotorer opdelt i maskiner med direkte-flow ventil-spalte-udskylning, med krumtapkammerudskylning, med direkte-flow-udluftning og modsat bevægende stempler osv.
- 3. Efter formål - til stationære, skibs-, diesellokomotiver, biler, auto-traktorer osv.
- 4. Ifølge antallet af omdrejninger - lav hastighed (op til 200 rpm) og høj hastighed.
- 5. Baseret på den gennemsnitlige stempelhastighed d>n = ? P/ 30 - for lav hastighed og høj hastighed (th?„ > 9 m/s).
- 6. I henhold til lufttrykket i begyndelsen af kompressionen - konventionel og superladet ved hjælp af drivblæsere.
- 7. Ifølge brugen af varme fra udstødningsgasser - konventionel (uden at bruge denne varme), turboladet og kombineret. På turboladede biler åbner udstødningsventilerne lidt tidligere end normalt, og forbrændingsgasserne, ved et højere tryk end normalt, sendes til en pulsturbine, som driver en turbolader, der tilfører luft til cylindrene. Dette gør det muligt at forbrænde mere brændstof i cylinderen, hvilket forbedrer både effektiviteten og specifikationer biler. I kombinerede forbrændingsmotorer tjener stempeldelen stort set som en gasgenerator og producerer kun ~50-60% af maskinens effekt. Resten af den samlede effekt hentes fra en gasturbine drevet af røggasser. Til dette formål skal røggasser kl højt blodtryk R og temperatur / sendes til en turbine, hvis aksel vha gear transmission eller en væskekobling overfører den modtagne effekt til installationens hovedaksel.
- 8. Ifølge antallet og arrangementet af cylindre er motorer: enkelt-, dobbelt- og flercylindrede, in-line, K-formede, T-formede.
Lad os nu overveje den faktiske proces med en moderne firetakts dieselmotor. Det kaldes firetakts, fordi den fulde cyklus her udføres i fire fulde slag af stemplet, selvom der, som vi nu vil se, i løbet af denne tid udføres noget mere reelle termodynamiske processer. Disse processer er tydeligt præsenteret i figur 6.2.
Ris. 6.2.
I - sugning; II - kompression; III - arbejdsslag; IV - skubbe ud
Under beatet sugning(1) Suge(indsugnings)ventilen åbner et par grader før øverste dødpunkt (TDC). Åbningsøjeblikket svarer til et punkt G på R-^-diagram. I dette tilfælde opstår sugeprocessen, når stemplet bevæger sig til det nederste dødpunkt (BDC) og sker ved tryk r ns mindre atmosfærisk /; a (eller boosttryk рн). Når stempelbevægelsesretningen ændres (fra BDC til TDC), lukker indsugningsventilen heller ikke med det samme, men med en vis forsinkelse (på punktet T). Derefter, med ventilerne lukkede, komprimeres arbejdsvæsken (til det punkt). Med). I diesel biler ren luft suges ind og komprimeres, og i karburatormotorer - en fungerende blanding af luft og benzindamp. Dette slag af stemplet kaldes normalt et slag kompression(II).
Et par graders krumtapakselrotation, før TDC sprøjtes ind i cylinderen gennem en injektor. dieselbrændstof, dets selvantændelse, forbrænding og udvidelse af forbrændingsprodukter forekommer. I karburator biler arbejdsblandingen tvangsantændes ved hjælp af en elektrisk gnistutladning.
Når luft komprimeres, og der er relativt lille varmeudveksling med væggene, stiger dens temperatur betydeligt, hvilket overstiger brændstoffets selvantændelsestemperatur. Derfor opvarmes det indsprøjtede fint forstøvede brændstof meget hurtigt, fordamper og antændes. Som et resultat af brændstofforbrænding er trykket i cylinderen først skarpt, og derefter, når stemplet begynder sin rejse til BDC, stiger det med en faldende hastighed til et maksimum, og derefter, som de sidste portioner brændstof modtaget under indsprøjtning bliver brændt, begynder det endda at falde (på grund af det intensive vækstcylindervolumen). Det antager vi betinget på det tidspunkt Med" forbrændingsprocessen slutter. Dette efterfølges af processen med udvidelse af røggasserne, når kraften af deres tryk flytter stemplet til BDC. Det tredje slag af stemplet, som omfatter forbrændings- og ekspansionsprocesser, kaldes arbejdsslag(III), fordi kun på dette tidspunkt udfører motoren nyttigt arbejde. Dette arbejde akkumuleres ved hjælp af et svinghjul og gives til forbrugeren. En del af det akkumulerede arbejde forbruges i løbet af de resterende tre cyklusser.
Når stemplet nærmer sig BDC, åbner udstødningsventilen med en vis fremrykning (punkt b) og udstødningsrøggasser strømmer ind i udstødningsrøret, og trykket i cylinderen falder kraftigt næsten til atmosfærisk tryk. Når stemplet bevæger sig til TDC, skubbes forbrændingsgasser ud af cylinderen (IV - skubber ud). Da motorens udstødningskanal har en vis hydraulisk modstand, forbliver trykket i cylinderen over atmosfærisk tryk under denne proces. Udstødningsventilen lukker efter TDC (punkt P), Så i hver cyklus opstår der en situation, hvor både indsugnings- og udstødningsventilerne er åbne på samme tid (de taler om ventiloverlapning). Dette gør det muligt for arbejdscylinderen at blive bedre renset for forbrændingsprodukter, hvilket resulterer i øget effektivitet og fuldstændighed af brændstofforbrænding.
Cyklussen er organiseret anderledes for totaktsmaskiner (fig. 6.3). Disse er normalt superladede motorer, og for at gøre dette har de normalt en drivblæser eller turbolader 2 , som pumper luft ind i luftbeholderen, mens motoren kører 8.
Arbejdscylinderen i en totaktsmotor har altid rensevinduer 9, gennem hvilke luft fra modtageren kommer ind i cylinderen, når stemplet, der passerer til BDC, begynder at åbne dem mere og mere.
Under det første slag af stemplet, som almindeligvis kaldes kraftslaget, forbrændes det indsprøjtede brændstof i motorcylinderen, og forbrændingsprodukterne udvider sig. Disse processer er vist i indikatordiagrammet (fig. 6.3, EN) afspejlet med streg s - jeg - t. På punktet T udstødningsventilerne åbner, og under påvirkning af overtryk strømmer røggasser ind i udstødningskanalen 6, som resultat
Ris. 6.3.
1 - sugerør; 2 - blæser (eller turbolader); 3 - stempel; 4 - udstødningsventiler; 5 - dyse; 6 - udstødningskanal; 7 - arbejder
cylinder; 8 - luftmodtager; 9- rens vinduer
Så falder trykket i cylinderen mærkbart (punkt P). Når stemplet sænkes nok til, at skyllevinduerne begynder at åbne sig, strømmer trykluft fra modtageren ind i cylinderen 8 , ved at skubbe de resterende røggasser ud af cylinderen. I dette tilfælde fortsætter arbejdsvolumenet med at stige, og trykket i cylinderen falder næsten til trykket i modtageren.
Når stemplets bevægelsesretning vendes, fortsætter processen med udrensning af cylinderen, så længe udluftningsportene forbliver i det mindste delvist åbne. På punktet Til(Fig. 6.3, b) stemplet blokerer fuldstændigt udluftningsvinduerne, og komprimeringen af den næste del af luften, der kommer ind i cylinderen, begynder. Et par grader før TDC (på punktet Med") brændstofindsprøjtning begynder gennem dysen, og derefter opstår de tidligere beskrevne processer, hvilket fører til antændelse og forbrænding af brændstoffet.
I fig. 6.4 viser diagrammer, der forklarer strukturel enhed andre typer totaktsmotorer. Generelt svarer arbejdscyklussen for alle disse maskiner til den, der er beskrevet, og designfunktioner påvirker stort set kun varigheden
Ris. 6.4.
EN- sløjfeblæsning; 6 - direkte flowblæsning med modsat bevægende stempler; V- rensning af krumtapkammer
individuelle processer og som følge heraf på motorens tekniske og økonomiske egenskaber.
Afslutningsvis skal det bemærkes, at to takts motorer teoretisk set, ceteris paribus, gør de det muligt at opnå dobbelt så meget effekt, men i virkeligheden er denne gevinst på grund af dårligere cylinderrensningsforhold og relativt store interne tab noget mindre.
