Pístový spalovací motor je znám již přes století a téměř tolik, lépe řečeno od roku 1886, se používá v automobilech. Zásadní řešení tohoto typu motoru našli v roce 1867 němečtí inženýři E. Langen a N. Otto. Ukázalo se to docela úspěšně, aby tomuto typu motoru zajistil vedoucí postavení, které se v automobilovém průmyslu zachovalo dodnes. Vynálezci mnoha zemí však neúnavně usilovali o sestrojení jiného motoru schopného překonat pístový spalovací motor z hlediska nejdůležitějších technických ukazatelů. Jaké jsou tyto ukazatele? V prvé řadě se jedná o tzv. efektivní koeficient výkonu (COP), který charakterizuje, kolik tepla, které bylo ve spotřebovaném palivu, se přemění na mechanickou práci. Účinnost pro dieselový spalovací motor je 0,39 a pro karburátor - 0,31. Jinými slovy, efektivní účinnost charakterizuje účinnost motoru. Specifické ukazatele jsou neméně významné: specifický obsazený objem (hp / m3) a specifická hmotnost (kg / hp), které indikují kompaktnost a lehkost designu. Neméně důležitá je schopnost motoru přizpůsobit se různému zatížení, ale také složitost výroby, jednoduchost zařízení, hlučnost a obsah toxických látek ve zplodinách spalování. Se všemi pozitivními aspekty konkrétního konceptu elektrárny trvá doba od počátku teoretického vývoje až po její zavedení do sériové výroby někdy velmi dlouho. Tvůrci motoru s rotačním pístem, německému vynálezci F. Wankelovi, trvalo 30 let, i přes jeho nepřetržitou práci, než dovedl svůj agregát k průmyslovému designu. Mimochodem, řekne se, že zavedení vznětového motoru u sériového vozu trvalo téměř 30 let (Benz, 1923). Tak dlouhé zpoždění ale nezpůsobil technický konzervatismus, ale nutnost vyčerpávajícího vypracování nového návrhu, tedy vytvoření potřebných materiálů a technologií, které umožní jeho sériovou výrobu. Tato stránka obsahuje popis některých typů netradičních motorů, které však v praxi prokázaly svou životaschopnost. Pístový spalovací motor má jednu ze svých nejvýznamnějších nevýhod - je to poměrně masivní klikový mechanismus, protože hlavní ztráty třením jsou spojeny s jeho provozem. Již na počátku našeho století byly činěny pokusy zbavit se takového mechanismu. Od té doby bylo navrženo mnoho důmyslných konstrukcí, které převádějí vratný pohyb pístu na rotační pohyb hřídele této konstrukce.
Spojovací bezpístnicový motor S. Balandin
Přeměna vratného pohybu skupiny pístů na pohyb rotační je prováděna mechanismem založeným na kinematice "přesné přímky". To znamená, že dva písty jsou pevně spojeny tyčí působící na klikový hřídel rotující s ozubenými věnci v klikách. Úspěšné řešení problému našel sovětský inženýr S. Balandin. Ve 40. a 50. letech 20. století navrhl a postavil několik modelů leteckých motorů, kde táhlo spojující písty s převodníkem nekmitalo. Taková konstrukce bez ojnice, i když do určité míry komplikovanější než mechanismus, zabírala menší objem a poskytovala menší ztráty třením. Nutno podotknout, že designově podobný motor byl koncem dvacátých let testován v Anglii. Ale zásluhou S. Balandina je, že uvažoval o nových možnostech transformačního mechanismu bez ojnice. Protože se táhlo u takového motoru vůči pístu nekýve, je možné na druhou stranu pístu připevnit i spalovací komoru s konstrukčně jednoduchým těsněním táhla procházející jeho krytem.
Motor s rotačním pístem F. Wankel
Má trojstěnný rotor, který provádí planetární pohyb kolem excentrického hřídele. Měnící se objem tří dutin tvořených stěnami rotoru a vnitřní dutinou klikové skříně umožňuje provádět pracovní cyklus tepelného motoru s expanzí plynů. Od roku 1964 u sériově vyráběných automobilů, ve kterých jsou instalovány rotační pístové motory, vykonává funkci pístu trojstěnný rotor. Pohyb rotoru požadovaný ve skříni vzhledem k excentrické hřídeli je zajištěn mechanismem přizpůsobení planetového převodu (viz obrázek). Takový motor se stejným výkonem jako pístový motor je kompaktnější (má o 30 % menší objem), o 10-15 % lehčí, má méně dílů a je lépe vyvážený. Ale zároveň byl horší než pístový motor, pokud jde o životnost, spolehlivost těsnění v pracovních dutinách, spotřeboval více paliva a jeho výfukové plyny obsahovaly více toxických látek. Po mnoha letech dolaďování se však tyto nedostatky podařilo odstranit. Hromadná výroba automobilů s motory s rotačními písty je však v současnosti omezená. Kromě konstrukce F. Wankela jsou známy četné konstrukce rotačních pístových motorů jiných vynálezců (E. Cauertz, G. Bradshaw, R. Seyrich, G. Ruzhitsky aj.). Objektivní důvody jim však nedávaly možnost experimentální fázi opustit – často kvůli nedostatečné technické náročnosti.
Plynová dvouhřídelová turbína
Ze spalovací komory proudí plyny ke dvěma oběžným kolům turbíny, každé připojené k nezávislým hřídelím. Odstředivý kompresor je poháněn z pravého kola a výkon směrovaný na kola vozu je odebírán z levého. Jím vháněný vzduch vstupuje přes výměník tepla do spalovací komory, kde je ohříván výfukovými plyny. Elektrárna s plynovou turbínou se stejným výkonem je kompaktnější a lehčí než pístový spalovací motor a je také dobře vyvážená. Méně toxické a výfukové plyny. Vzhledem ke zvláštnostem jeho trakčních charakteristik lze plynovou turbínu použít na autě bez převodovky. Technologie výroby plynových turbín je v leteckém průmyslu již dávno zvládnutá. Z jakého důvodu, když vezmeme v úvahu experimenty se stroji s plynovou turbínou, které probíhají přes 30 let, nejdou do sériové výroby? Hlavním důvodem je nízká efektivní účinnost a nízká účinnost ve srovnání s pístovými spalovacími motory. Také motory s plynovou turbínou jsou poměrně drahé na výrobu, takže se v současnosti vyskytují pouze na experimentálních autech.Parní pístový motor
Pára je střídavě přiváděna na dvě protilehlé strany pístu. Jeho přísun je regulován cívkou, která se nasouvá přes válec v parní distribuční skříni. Ve válci je pístnice utěsněna objímkou a spojena s celkem masivním křížovým mechanismem, který převádí její vratný pohyb na rotační.R. Stirlingův motor. Motor s vnějším spalováním
Dva písty (spodní - pracovní, horní - výtlačné) jsou spojeny s klikovým mechanismem soustřednými tyčemi. Plyn umístěný v dutinách nad a pod výtlačným pístem, ohřívaný střídavě od hořáku v hlavě válce, prochází výměníkem tepla, chladičem a zpět. Cyklická změna teploty plynu je doprovázena změnou objemu a tedy ovlivněním pohybu pístů. Podobné motory běžely na topný olej, dřevo, uhlí. Mezi jejich přednosti patří odolnost, hladký chod, vynikající trakční vlastnosti, díky nimž se lze obejít zcela bez převodovky. Hlavní nevýhody: působivá hmotnost pohonné jednotky a nízká účinnost. Experimentální vývoj posledních let (např. Američan B. Lear a další) umožnil navrhovat jednotky s uzavřeným cyklem (s úplnou kondenzací vody), volit složení parotvorných kapalin s indikátory příznivějšími než voda. Přesto se ani jeden závod v posledních letech neodvážil sériově vyrábět vozy s parními motory. Horkovzdušný motor, jehož myšlenku navrhl R. Stirling již v roce 1816, patří k motorům s vnějším spalováním. V něm je pracovní tekutinou helium nebo vodík, který je pod tlakem, střídavě chlazen a ohříván. Takový motor (viz obrázek) je principiálně jednoduchý, má nižší spotřebu paliva než spalovací pístové motory, nevypouští při provozu plyny, které mají škodlivé látky a má také vysokou efektivní účinnost rovnou 0,38. Zavedení motoru R. Stirling do sériové výroby však brání vážné potíže. Je těžký a velmi objemný, ve srovnání s pístovým spalovacím motorem pomalu nabírá na síle. Navíc je technicky obtížné zajistit spolehlivé utěsnění pracovních dutin. Mezi netradičními motory vyniká keramika, která se konstrukčně neliší od tradičního čtyřdobého pístového spalovacího motoru. Pouze jeho nejdůležitější části jsou vyrobeny z keramického materiálu, který odolává teplotám 1,5x vyšším než kov. Keramický motor tedy nevyžaduje chladicí systém, a proto nedochází k tepelným ztrátám, které jsou spojeny s jeho provozem. To umožňuje navrhnout motor, který bude pracovat v tzv. adiabatickém cyklu, což slibuje výrazné snížení spotřeby paliva. Mezitím podobné práce provádějí američtí a japonští specialisté, ale zatím neopustili fázi hledání řešení. Přestože o experimenty s nejrůznějšími netradičními motory stále není nouze, dominantní postavení v automobilech, jak již bylo zmíněno výše, si zachovává a možná ještě dlouho zůstane pístovými čtyřdobými spalovacími motory.Historie stvoření
První praktický plynový spalovací motor zkonstruoval francouzský mechanik Etienne Lenoir (1822-1900) v roce 1860. Výkon motoru byl 8,8 kW (12 k). Motor byl jednoválcový ležatý dvojčinný stroj, pracující na směs vzduchu a svítiplynu s elektrickým jiskrovým zapalováním z vnějšího zdroje. účinnost motor nepřesáhl 4,65 %. Navzdory nedostatkům dostal motor Lenoir určitou distribuci. Používá se jako lodní motor.
Po seznámení s motorem Lenoir vytvořil vynikající německý konstruktér Nikolai August Otto (1832-1891) v roce 1863 dvoudobý atmosférický spalovací motor. Motor měl svislý válec, zapalování s otevřeným plamenem a účinnost. až 15 %. Vytlačený motor Lenoir.
V roce 1876 Nikolaus August Otto sestrojil pokročilejší čtyřdobý plynový spalovací motor.
Motocykl Daimler s ICE 1885
V roce 1885 němečtí inženýři Gottlieb Daimler a Wilhelm Maybach vyvinuli lehký benzinový karburátorový motor. Daimler a Maybach z něj postavili svůj první motocykl v roce 1885 a v roce 1886 na svůj první vůz.
V roce 1896 byl Charlesem W. Hartem a Charlesem Parrem vyvinut dvouválcový benzínový motor. V roce 1903 jejich firma postavila 15 traktorů. Jejich šestitunový tahač je nejstarším tahačem se spalovacím motorem ve Spojených státech a je umístěn v Smithsonian's National Museum of American History ve Washingtonu, DC. Benzinový dvouválcový motor měl zcela nespolehlivý zapalovací systém a výkon 30 litrů. S. na volnoběh a 18 litrů. S. pod zátěží.
Dan Albon se svým prototypem farmářského traktoru Ivel
První praktický traktor poháněný spalovacím motorem byl americký tříkolový traktor Ivel z roku 1902 od Dana Elborna. Těchto lehkých a výkonných strojů bylo postaveno asi 500 kusů.
Typy spalovacích motorů
pístový motor
rotační spalovací motor
Spalovací motor s plynovou turbínou
- Pístové motory - spalovací prostor je obsažen ve válci, kde se tepelná energie paliva přeměňuje na mechanickou energii, která se pomocí klikového mechanismu přeměňuje z translačního pohybu pístu na pohyb rotační.
ICE jsou klasifikovány:
a) Podle účelu - dělí se na dopravní, stacionární a speciální.
b) Podle druhu použitého paliva - lehká kapalina (benzín, plyn), těžká kapalina (nafta, lodní topný olej).
c) Podle způsobu tvorby hořlavé směsi - vnější (karburátor) a vnitřní (ve válci motoru).
d) Podle způsobu zapalování (s nuceným zapalováním, s kompresním zapalováním, kalorizací).
e) Podle umístění válců se dělí na řadové, svislé, protilehlé s jedním a dvěma klikovými hřídeli, ve tvaru V s horním a dolním klikovým hřídelem, ve tvaru VR a ve tvaru W, jednořadé a dvojité -řadý hvězdicový, H, dvouřadý s paralelními klikovými hřídeli, "dvojitý vějíř", kosočtverečný, třípaprskový a některé další.
Benzín
Benzínový karburátor
Pracovní cyklus čtyřdobých spalovacích motorů trvá dvě úplné otáčky kliky, sestávající ze čtyř samostatných cyklů:
- přívod,
- komprese náboje,
- pracovní zdvih a
- uvolnit (výfuk).
Změnu pracovních cyklů zajišťuje speciální mechanismus distribuce plynu, nejčastěji je reprezentován jedním nebo dvěma vačkovými hřídeli, soustavou tlačníků a ventilů, které přímo zajišťují změnu fáze. Některé motory s vnitřním spalováním používají pro tento účel objímky cívky (Ricardo), které mají sací a/nebo výfukové otvory. Komunikace dutiny válce s kolektory byla v tomto případě zajištěna radiálními a rotačními pohyby cívkového pouzdra, otevírajícího požadovaný kanál s okny. Vzhledem ke zvláštnostem dynamiky plynů - setrvačnost plynů, doba výskytu plynového větru, sací, silový zdvih a výfukové zdvihy ve skutečném čtyřdobém cyklu se překrývají, je to tzv. překrytí časování ventilů. Čím vyšší jsou provozní otáčky motoru, tím větší je překrytí fází a čím je větší, tím nižší je točivý moment spalovacího motoru při nízkých otáčkách. Moderní spalovací motory proto stále častěji využívají zařízení, která umožňují během provozu měnit časování ventilů. Pro tento účel jsou vhodné zejména motory s ovládáním elektromagnetických ventilů (BMW, Mazda). Pro větší flexibilitu jsou k dispozici také motory s proměnným kompresním poměrem (SAAB).
Dvoudobé motory mají mnoho možností uspořádání a širokou škálu konstrukčních systémů. Základním principem každého dvoudobého motoru je vykonávání funkcí prvku distribuce plynu pístem. Pracovní cyklus sestává, přísně vzato, ze tří cyklů: pracovní zdvih, trvající od horní úvrati ( TDC) až 20-30 stupňů k dolní úvrati ( NMT), čištění, které ve skutečnosti kombinuje sání a výfuk a kompresi, trvající od 20-30 stupňů po BDC do TDC. Proplachování je z hlediska dynamiky plynů slabým článkem dvoudobého cyklu. Na jedné straně nelze zajistit úplné oddělení čerstvé náplně a výfukových plynů, proto je nevyhnutelná buď ztráta čerstvé směsi, doslova vylétnutí do výfukového potrubí (pokud je spalovací motor diesel, hovoří o ztrátě vzduchu), na druhou stranu pracovní zdvih netrvá poloviční obrat, ale méně, což samo o sobě snižuje účinnost. Zároveň nelze prodloužit dobu trvání nesmírně důležitého procesu výměny plynů, který u čtyřdobého motoru zabere polovinu pracovního cyklu. Dvoudobé motory nemusí mít rozvod plynu vůbec. Pokud však nemluvíme o zjednodušených levných motorech, dvoutaktní motor je složitější a dražší kvůli povinnému použití dmychadla nebo tlakového systému, zvýšené tepelné namáhání CPG vyžaduje dražší materiály pro písty, kroužky , vložky válců. Výkon pístu funkcí prvku distribuce plynu zavazuje k tomu, aby jeho výška nebyla menší než zdvih pístu + výška čisticích oken, což je u mopedu nekritické, ale výrazně ztěžuje píst i při relativně malých výkonech. . Když se výkon měří ve stovkách koňských sil, stává se nárůst hmotnosti pístu velmi vážným faktorem. Zavedení vertikálně zdvihaných rozdělovacích vložek u motorů Ricardo bylo pokusem umožnit snížení velikosti a hmotnosti pístu. Systém se ukázal jako komplikovaný a nákladný, kromě letectví se takové motory nikde jinde nepoužívaly. Výfukové ventily (s přímoproudým vyplachováním) mají oproti čtyřdobým výfukovým ventilům dvojnásobnou hustotu tepla a horší podmínky pro odvod tepla a jejich sedla mají delší přímý kontakt s výfukovými plyny.
Nejjednodušší z hlediska pořadí provozu a nejsložitější z hlediska konstrukce je systém Koreyvo, prezentovaný v SSSR a Rusku především dieselovými motory dieselových lokomotiv řady D100 a cisternovými dieselovými motory KhZTM. Takový motor je symetrický dvouhřídelový systém s rozbíhavými písty, z nichž každý je spojen s vlastním klikovým hřídelem. Tento motor má tedy dvě klikové hřídele mechanicky synchronizované; ten spojený s výfukovými písty je před sáním o 20-30 stupňů. Díky tomuto pokroku se zlepšuje kvalita vyplachování, které je v tomto případě přímoproudé, a zlepšuje se plnění válce, protože výfuková okna jsou na konci vyplachování již uzavřena. Ve 30. - 40. letech dvacátého století byla navržena schémata s dvojicemi rozbíhajících se pístů - kosočtverečné, trojúhelníkové; Existovaly letecké vznětové motory se třemi radiálně rozbíhavými písty, z nichž dva byly sací a jeden výfukový. Junkers ve dvacátých letech minulého století navrhl jednohřídelový systém s dlouhými ojnicemi spojenými s prsty horních pístů se speciálními vahadlami; horní píst přenášel síly na klikovou hřídel dvojicí dlouhých ojnic a na válec byly tři klikové hřídele. Na vahadlech byly i hranaté písty vyplachovacích dutin. Dvoudobé motory s divergentními písty jakéhokoli systému mají v zásadě dvě nevýhody: za prvé jsou velmi složité a velké a za druhé výfukové písty a manžety v oblasti výfukových oken mají značné tepelné napětí a tendenci. k přehřátí. Pístní kroužky výfuku jsou také tepelně namáhané, náchylné ke koksování a ztrátě elasticity. Tyto vlastnosti činí z návrhu takových motorů netriviální úkol.
Motory s přímým průtokem ventilů jsou vybaveny vačkovým hřídelem a výfukovými ventily. Tím se výrazně snižují požadavky na materiály a provedení CPG. Sání se provádí okny ve vložce válce, otevíranými pístem. Takto se montuje většina moderních dvoudobých dieselů. Oblast okénka a manžeta ve spodní části jsou v mnoha případech chlazeny plnicím vzduchem.
V případech, kdy je jedním z hlavních požadavků na motor jeho zlevnění, se používají různé typy proplachu klikové komory obrysu okna - okna - smyčka, vratná smyčka (deflektor) v různých modifikacích. Pro zlepšení parametrů motoru se používají různé konstrukční techniky - proměnná délka sacích a výfukových kanálů, počet a umístění obtokových kanálů se může lišit, používají se cívky, rotační řezačky plynu, manžety a závěsy, které mění výška oken (a podle toho okamžiky začátku sání a výfuku). Většina těchto motorů je chlazena vzduchem pasivně. Jejich nevýhodou je relativně nízká kvalita výměny plynů a ztráta hořlavé směsi při proplachování, při přítomnosti více válců je nutné oddělit a utěsnit sekce klikových komor, konstrukce klikového hřídele se stává složitější a více drahý.
Další jednotky potřebné pro spalovací motory
Nevýhodou spalovacího motoru je, že nejvyšší výkon vyvine pouze v úzkém pásmu otáček. Proto je integrálním atributem spalovacího motoru /mirtesen.ru/market/avto/zapchasti/transmissiya" id="marketCategoryTag" class="categoryTag" target="_blank">Převodovka" href="http://ru .wikipedia.org /wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B8%D1% 8F">přenos . Pouze v některých případech (například v letadlech) lze upustit od složitého přenosu. Myšlenka hybridního vozu postupně dobývá svět, ve kterém motor vždy pracuje v optimálním režimu.
Kromě toho spalovací motor potřebuje energetický systém (pro dodávku paliva a vzduchu - příprava směsi paliva a vzduchu), výfukový systém (pro výfukové plyny) a mazací systém (určený pro snížení třecích sil v mechanismech motoru, ochranu části motoru před korozí, stejně jako spolu s chladicím systémem pro udržení optimálních tepelných podmínek), chladicí systémy (pro udržení optimálních tepelných podmínek motoru), startovací systém (používají se způsoby spouštění: elektrický startér, s pomocí pomocného spouštěcí motor, pneumatický, s pomocí lidské svalové síly, zapalovací systém (pro zapalování směsi vzduch-palivo, používaný u zážehových motorů).
Nebylo by přehnané říci, že většina samohybných zařízení je dnes vybavena spalovacími motory různých konstrukcí, využívajících různé principy fungování. V každém případě, pokud se budeme bavit o silniční dopravě. V tomto článku se na ICE podíváme blíže. Co to je, jak tato jednotka funguje, jaké jsou její výhody a nevýhody, se dozvíte jejím přečtením.
Princip činnosti spalovacích motorů
Hlavní princip činnosti spalovacího motoru je založen na skutečnosti, že palivo (pevné, kapalné nebo plynné) spaluje ve speciálně přiděleném pracovním objemu uvnitř samotné jednotky a přeměňuje tepelnou energii na mechanickou energii.
Pracovní směs vstupující do válců takového motoru je stlačena. Po jeho zapálení pomocí speciálních zařízení vzniká přetlak plynů, který nutí písty válců vrátit se do původní polohy. Vzniká tak konstantní pracovní cyklus, který pomocí speciálních mechanismů přeměňuje kinetickou energii na točivý moment.
K dnešnímu dni může mít zařízení ICE tři hlavní typy:
- často nazýván snadný;
- čtyřtaktní pohonná jednotka, umožňující dosahovat vyšších hodnot výkonu a účinnosti;
- se zlepšenými výkonovými charakteristikami.
Kromě toho existují další úpravy hlavních obvodů, které zlepšují určité vlastnosti elektráren tohoto typu.
Výhody spalovacích motorů
Na rozdíl od pohonných jednotek, které zajišťují přítomnost vnějších komor, má spalovací motor významné výhody. Hlavní jsou:
- mnohem kompaktnější rozměry;
- vyšší výkon;
- optimální hodnoty účinnosti.
Nutno podotknout, když už mluvíme o spalovacím motoru, jedná se o zařízení, které v drtivé většině případů umožňuje použití různých druhů paliv. Může to být benzín, motorová nafta, přírodní nebo petrolej a dokonce i obyčejné dřevo.
Taková všestrannost dala tomuto konceptu motoru jeho zaslouženou popularitu, všudypřítomnost a skutečně světové prvenství.
Krátký historický exkurz
Obecně se uznává, že spalovací motor počítá svou historii od doby, kdy Francouz de Rivas v roce 1807 vytvořil pístovou jednotku, která jako palivo používala vodík v plynném skupenství. A přestože od té doby prošlo zařízení ICE významnými změnami a úpravami, hlavní myšlenky tohoto vynálezu se používají dodnes.
První čtyřdobý spalovací motor spatřil světlo v roce 1876 v Německu. V polovině 80. let 19. století byl v Rusku vyvinut karburátor, který umožnil dávkovat dodávku benzínu do válců motoru.
A na samém konci předminulého století slavný německý inženýr navrhl myšlenku zapálení hořlavé směsi pod tlakem, což výrazně zvýšilo výkonové charakteristiky spalovacích motorů a ukazatele účinnosti jednotek tohoto typu, které měly dříve zbylo mnoho na přání. Od té doby se vývoj spalovacích motorů ubíral především cestou zdokonalování, modernizace a zavádění různých vylepšení.
Hlavní typy a typy spalovacích motorů
Nicméně více než 100 let historie tohoto typu bloků umožnila vyvinout několik hlavních typů elektráren s vnitřním spalováním paliva. Liší se od sebe nejen složením použité pracovní směsi, ale také konstrukčními prvky.
Benzínové motory
Jak již název napovídá, jednotky této skupiny používají jako palivo různé druhy benzinu.
Na druhé straně jsou takové elektrárny obvykle rozděleny do dvou velkých skupin:
- Karburátor. V takových zařízeních je palivová směs před vstupem do válců obohacena o vzduchové hmoty ve speciálním zařízení (karburátor). Poté se zapálí elektrickou jiskrou. Mezi nejvýraznější představitele tohoto typu patří modely VAZ, jejichž spalovací motor byl po velmi dlouhou dobu výhradně karburátorového typu.
- Injekce. Jedná se o složitější systém, ve kterém je palivo vstřikováno do válců přes speciální potrubí a vstřikovače. Může k němu dojít jak mechanicky, tak prostřednictvím speciálního elektronického zařízení. Systémy přímého vstřikování Common Rail jsou považovány za nejproduktivnější. Instalováno na téměř všechna moderní auta.
Benzínové motory se vstřikováním jsou považovány za ekonomičtější a poskytují vyšší účinnost. Náklady na takové jednotky jsou však mnohem vyšší a údržba a provoz jsou mnohem obtížnější.
Dieselové motory
Na úsvitu existence jednotek tohoto typu bylo možné velmi často slyšet vtip o spalovacím motoru, že jde o zařízení, které žere benzín jako kůň, ale pohybuje se mnohem pomaleji. S vynálezem naftového motoru tento vtip částečně ztratil na aktuálnosti. Především proto, že nafta je schopna jezdit na mnohem méně kvalitní palivo. To znamená, že je mnohem levnější než benzín.
Hlavním zásadním rozdílem mezi vnitřním spalováním je absence nuceného vznícení palivové směsi. Motorová nafta je do válců vstřikována speciálními vstřikovači a jednotlivé kapky paliva se zapalují vlivem tlakové síly pístu. Spolu s výhodami má dieselový motor řadu nevýhod. Mezi nimi jsou následující:
- mnohem menší výkon ve srovnání s benzínovými elektrárnami;
- velké rozměry a hmotnostní charakteristiky;
- potíže se startováním za extrémních povětrnostních a klimatických podmínek;
- nedostatečný tah a sklon k neodůvodněným ztrátám výkonu, zejména v relativně vysokých rychlostech.
Oprava spalovacího motoru vznětového typu je navíc obvykle mnohem složitější a nákladnější než seřizování nebo obnova výkonu benzinové jednotky.
plynové motory
Přes levnost zemního plynu používaného jako palivo je konstrukce plynových spalovacích motorů neúměrně komplikovanější, což vede k výraznému prodražení agregátu jako celku, zejména jeho instalace a provozu.
Na elektrárnách tohoto typu se zkapalněný nebo zemní plyn dostává do válců systémem speciálních převodovek, rozdělovačů a trysek. K zapálení palivové směsi dochází stejným způsobem jako v karburátorových benzínových instalacích - pomocí elektrické jiskry vycházející ze zapalovací svíčky.
Kombinované typy spalovacích motorů
Málokdo ví o kombinovaných systémech ICE. Co to je a kde se to aplikuje?
To se samozřejmě netýká moderních hybridních vozů, které mohou jezdit jak na palivo, tak na elektromotor. Kombinované spalovací motory se obvykle nazývají takové jednotky, které kombinují prvky různých principů palivových systémů. Nejvýraznějším představitelem rodiny takových motorů jsou závody na plyn-naftu. V nich se palivová směs dostává do bloku spalovacího motoru téměř stejným způsobem jako u plynových jednotek. Palivo se však nezapaluje pomocí elektrického výboje ze svíčky, ale zapalovacím podílem motorové nafty, jak se to děje u běžného dieselového motoru.
Údržba a opravy spalovacích motorů
Přes poměrně širokou škálu úprav mají všechny spalovací motory podobné základní konstrukce a schémata. Přesto pro kvalitní provádění údržby a oprav spalovacích motorů je nutné důkladně znát jeho konstrukci, rozumět principům fungování a umět identifikovat problémy. K tomu je samozřejmě nutné pečlivě prostudovat konstrukci spalovacích motorů různých typů, abyste sami pochopili účel určitých částí, sestav, mechanismů a systémů. Není to snadné, ale velmi vzrušující! A co je nejdůležitější, nutné.
Zejména pro zvídavé mysli, které chtějí nezávisle pochopit všechna tajemství a tajemství téměř jakéhokoli vozidla, je na fotografii výše uvedeno přibližné schéma spalovacího motoru.
Takže jsme zjistili, co je tato pohonná jednotka.
Osvětlovací plyn byl však vhodný nejen pro svícení.
Zásluhu na vytvoření komerčně úspěšného spalovacího motoru má belgický mechanik Jean Étienne Lenoir. Při práci v galvanovně přišel Lenoir s nápadem, že by směs vzduchu a paliva v plynovém motoru mohla být zapálena elektrickou jiskrou, a rozhodl se na základě této myšlenky postavit motor. Po vyřešení problémů, které se objevily na cestě (těsný zdvih a přehřátí pístu, vedoucí k zaseknutí), po promyšlení systému chlazení a mazání motoru vytvořil Lenoir funkční spalovací motor. V roce 1864 bylo vyrobeno více než tři sta těchto motorů různých objemů. Když Lenoir zbohatla, přestala pracovat na dalším vylepšování svého vozu, a to předurčilo její osud - z trhu ji vytlačil pokročilejší motor vytvořený německým vynálezcem Augustem Otto, který získal patent na vynález svého plynu. model motoru v roce 1864.
V roce 1864 uzavřel německý vynálezce Augusto Otto dohodu s bohatým inženýrem Langenem o realizaci jeho vynálezu - vznikla společnost "Otto and Company". Otto ani Langen neměli dostatečné znalosti elektrotechniky a opustili elektrické zapalování. Zapálily se otevřeným plamenem přes trubici. Válec Ottova motoru byl na rozdíl od Lenoirova motoru svislý. Otočný hřídel byl umístěn nad válcem na boku. Princip činnosti: otočný hřídel nadzdvihl píst o 1/10 výšky válce, v důsledku čehož se pod pístem vytvořil řidší prostor a nasál se směs vzduchu a plynu. Směs se pak vznítila. Při explozi se tlak pod pístem zvýšil přibližně na 4 atm. Působením tohoto tlaku se píst zvedl, objem plynu se zvětšil a tlak klesl. Píst nejprve pod tlakem plynu a poté setrvačností stoupal, až se pod ním vytvořilo vakuum. Energie spáleného paliva tak byla v motoru využita s maximální úplností. To byl Ottov hlavní původní nález. Pracovní zdvih pístu směrem dolů začal vlivem atmosférického tlaku a poté, co tlak ve válci dosáhl atmosférického tlaku, se otevřel výfukový ventil a píst svou hmotou vytlačil výfukové plyny. Díky úplnější expanzi spalin byla účinnost tohoto motoru výrazně vyšší než účinnost Lenoirova motoru a dosáhla 15%, to znamená, že překonala účinnost nejlepších parních strojů té doby. Kromě toho byly Otto motory téměř pětkrát hospodárnější než motory Lenoir, okamžitě se staly velmi žádanými. V dalších letech se jich vyrobilo kolem pěti tisíc. Navzdory tomu Otto tvrdě pracoval na vylepšení jejich designu. Brzy se začalo používat klikové kolo. Nejvýznamnější z jeho vynálezů však přišel v roce 1877, kdy Otto získal patent na nový čtyřdobý motor. Tento cyklus je dodnes základem provozu většiny plynových a benzínových motorů.
Typy spalovacích motorů
pístový motor
rotační spalovací motor
Spalovací motor s plynovou turbínou
- Pístové motory - spalovací prostor je obsažen ve válci, kde se tepelná energie paliva přeměňuje na mechanickou energii, která se pomocí klikového mechanismu přeměňuje z translačního pohybu pístu na pohyb rotační.
ICE jsou klasifikovány:
a) Podle účelu - dělí se na dopravní, stacionární a speciální.
b) Podle druhu použitého paliva - lehká kapalina (benzín, plyn), těžká kapalina (nafta, lodní topný olej).
c) Podle způsobu tvorby hořlavé směsi - vnější (karburátor, vstřikovač) a vnitřní (ve válci motoru).
d) Podle způsobu zapalování (s nuceným zapalováním, s kompresním zapalováním, kalorizací).
e) Podle umístění válců se dělí na řadové, svislé, protilehlé s jedním a dvěma klikovými hřídeli, ve tvaru V s horním a dolním klikovým hřídelem, ve tvaru VR a ve tvaru W, jednořadé a dvojité -řadý hvězdicový, H, dvouřadý s paralelními klikovými hřídeli, "dvojitý vějíř", kosočtverečný, třípaprskový a některé další.
Benzín
Benzínový karburátor
Pracovní cyklus čtyřdobých spalovacích motorů trvá dvě úplné otáčky kliky, sestávající ze čtyř samostatných cyklů:
- přívod,
- komprese náboje,
- pracovní zdvih a
- uvolnit (výfuk).
Změnu pracovních cyklů zajišťuje speciální mechanismus distribuce plynu, nejčastěji je reprezentován jedním nebo dvěma vačkovými hřídeli, soustavou tlačníků a ventilů, které přímo zajišťují změnu fáze. Některé motory s vnitřním spalováním používají pro tento účel objímky cívky (Ricardo), které mají sací a/nebo výfukové otvory. Komunikace dutiny válce s kolektory byla v tomto případě zajištěna radiálními a rotačními pohyby cívkového pouzdra, otevírajícího požadovaný kanál s okny. Vzhledem ke zvláštnostem dynamiky plynů - setrvačnost plynů, doba výskytu plynového větru, sací, silový zdvih a výfukové zdvihy ve skutečném čtyřdobém cyklu se překrývají, je to tzv. překrytí časování ventilů. Čím vyšší jsou provozní otáčky motoru, tím větší je překrytí fází a čím je větší, tím nižší je točivý moment spalovacího motoru při nízkých otáčkách. Moderní spalovací motory proto stále častěji využívají zařízení, která umožňují během provozu měnit časování ventilů. Pro tento účel jsou vhodné zejména motory s ovládáním elektromagnetických ventilů (BMW, Mazda). Pro větší flexibilitu jsou k dispozici také motory s proměnným kompresním poměrem (SAAB).
Dvoudobé motory mají mnoho možností uspořádání a širokou škálu konstrukčních systémů. Základním principem každého dvoudobého motoru je vykonávání funkcí prvku distribuce plynu pístem. Pracovní cyklus sestává, přísně vzato, ze tří cyklů: pracovní zdvih, trvající od horní úvrati ( TDC) až 20-30 stupňů k dolní úvrati ( NMT), čištění, které ve skutečnosti kombinuje sání a výfuk a kompresi, trvající od 20-30 stupňů po BDC do TDC. Proplachování je z hlediska dynamiky plynů slabým článkem dvoudobého cyklu. Na jedné straně nelze zajistit úplné oddělení čerstvé náplně a výfukových plynů, proto je nevyhnutelná buď ztráta čerstvé směsi, doslova vylétnutí do výfukového potrubí (pokud je spalovací motor diesel, hovoří o ztrátě vzduchu), na druhou stranu pracovní zdvih netrvá poloviční obrat, ale méně, což samo o sobě snižuje účinnost. Zároveň nelze prodloužit dobu trvání nesmírně důležitého procesu výměny plynů, který u čtyřdobého motoru zabere polovinu pracovního cyklu. Dvoudobé motory nemusí mít rozvod plynu vůbec. Pokud však nemluvíme o zjednodušených levných motorech, dvoutaktní motor je složitější a dražší kvůli povinnému použití dmychadla nebo tlakového systému, zvýšené tepelné namáhání CPG vyžaduje dražší materiály pro písty, kroužky , vložky válců. Výkon pístu funkcí prvku distribuce plynu zavazuje k tomu, aby jeho výška nebyla menší než zdvih pístu + výška čisticích oken, což je u mopedu nekritické, ale výrazně ztěžuje píst i při relativně malých výkonech. . Když se výkon měří ve stovkách koňských sil, stává se nárůst hmotnosti pístu velmi vážným faktorem. Zavedení vertikálně zdvihaných rozdělovacích vložek u motorů Ricardo bylo pokusem umožnit snížení velikosti a hmotnosti pístu. Systém se ukázal jako komplikovaný a nákladný, kromě letectví se takové motory nikde jinde nepoužívaly. Výfukové ventily (s přímoproudým vyplachováním) mají oproti čtyřdobým výfukovým ventilům dvojnásobnou hustotu tepla a horší podmínky pro odvod tepla a jejich sedla mají delší přímý kontakt s výfukovými plyny.
Nejjednodušší z hlediska pořadí provozu a nejsložitější z hlediska konstrukce je systém Fairbanks-Morse, prezentovaný v SSSR a Rusku především dieselovými lokomotivami řady D100. Takový motor je symetrický dvouhřídelový systém s rozbíhavými písty, z nichž každý je spojen s vlastním klikovým hřídelem. Tento motor má tedy dvě klikové hřídele mechanicky synchronizované; ten spojený s výfukovými písty je před sáním o 20-30 stupňů. Díky tomuto pokroku se zlepšuje kvalita vyplachování, které je v tomto případě přímoproudé, a zlepšuje se plnění válce, protože výfuková okna jsou na konci vyplachování již uzavřena. Ve 30. - 40. letech dvacátého století byla navržena schémata s dvojicemi rozbíhajících se pístů - kosočtverečné, trojúhelníkové; Existovaly letecké vznětové motory se třemi radiálně rozbíhavými písty, z nichž dva byly sací a jeden výfukový. Junkers ve dvacátých letech minulého století navrhl jednohřídelový systém s dlouhými ojnicemi spojenými s prsty horních pístů se speciálními vahadlami; horní píst přenášel síly na klikovou hřídel dvojicí dlouhých ojnic a na válec byly tři klikové hřídele. Na vahadlech byly i hranaté písty vyplachovacích dutin. Dvoudobé motory s divergentními písty jakéhokoli systému mají v zásadě dvě nevýhody: za prvé jsou velmi složité a velké a za druhé výfukové písty a manžety v oblasti výfukových oken mají značné tepelné napětí a tendenci. k přehřátí. Pístní kroužky výfuku jsou také tepelně namáhané, náchylné ke koksování a ztrátě elasticity. Tyto vlastnosti činí z návrhu takových motorů netriviální úkol.
Motory s přímým průtokem ventilů jsou vybaveny vačkovým hřídelem a výfukovými ventily. Tím se výrazně snižují požadavky na materiály a provedení CPG. Sání se provádí okny ve vložce válce, otevíranými pístem. Takto se montuje většina moderních dvoudobých dieselů. Oblast okénka a manžeta ve spodní části jsou v mnoha případech chlazeny plnicím vzduchem.
V případech, kdy je jedním z hlavních požadavků na motor jeho zlevnění, se používají různé typy proplachu klikové komory obrysu okna - okna - smyčka, vratná smyčka (deflektor) v různých modifikacích. Pro zlepšení parametrů motoru se používají různé konstrukční techniky - proměnná délka sacích a výfukových kanálů, počet a umístění obtokových kanálů se může lišit, používají se cívky, rotační řezačky plynu, manžety a závěsy, které mění výška oken (a podle toho okamžiky začátku sání a výfuku). Většina těchto motorů je chlazena vzduchem pasivně. Jejich nevýhodou je relativně nízká kvalita výměny plynů a ztráta hořlavé směsi při proplachování, při přítomnosti více válců je nutné oddělit a utěsnit sekce klikových komor, konstrukce klikového hřídele se stává složitější a více drahý.
Další jednotky potřebné pro spalovací motory
Nevýhodou spalovacího motoru je, že nejvyšší výkon vyvine pouze v úzkém pásmu otáček. Proto je základním atributem spalovacího motoru převodovka. Pouze v některých případech (například v letadlech) lze upustit od složitého přenosu. Myšlenka hybridního vozu postupně dobývá svět, ve kterém motor vždy pracuje v optimálním režimu.
Kromě toho spalovací motor potřebuje energetický systém (pro dodávku paliva a vzduchu - příprava směsi paliva a vzduchu), výfukový systém (pro výfukové plyny) a mazací systém (určený pro snížení třecích sil v mechanismech motoru, ochranu části motoru před korozí, stejně jako spolu s chladicím systémem pro udržení optimálních tepelných podmínek), chladicí systémy (pro udržení optimálních tepelných podmínek motoru), startovací systém (používají se způsoby spouštění: elektrický startér, s pomocí pomocného spouštěcí motor, pneumatický, s pomocí lidské svalové síly, zapalovací systém (pro zapalování směsi vzduch-palivo, používaný u zážehových motorů).
viz také
- Philippe Lebon – francouzský inženýr, který získal v roce 1801 patent na spalovací motor, který stlačuje směs plynu a vzduchu.
- Rotační motor: konstrukce a klasifikace
- Motor s rotačními písty (Wankelův motor)
Poznámky
Odkazy
- Ben Knight "Zvyšování najetých kilometrů" //Článek o technologiích, které snižují spotřebu paliva automobilových spalovacích motorů
s vnitřním spalováním. Jeho zařízení je velmi složité i pro profesionály.
Při koupi auta se v první řadě dívejte na vlastnosti motoru. Tento článek vám pomůže pochopit základní parametry motoru.
Počet válců. Moderní auta mají až 16 válců. Tohle je hodně. Faktem ale je, že pístové spalovací motory se stejným výkonem a objemem se mohou v jiných parametrech výrazně lišit.
Jak jsou uspořádány válce?
Válce mohou být uspořádány ve dvou typech: in-line (sekvenční) a ve tvaru V (dvouřadé).
S velkým úhlem odklonu se dynamická charakteristika výrazně snižuje, ale zvyšuje se setrvačnost. S malým úhlem odklonu se snižuje setrvačnost a hmotnost, ale to vede k rychlému přehřívání.
motor boxer
Nechybí ani radikální boxer motor s úhlem odklonu 180 stupňů. V takovém motoru jsou všechny nevýhody a výhody maximální.
Zvažte výhody takového motoru. Tento motor je snadno zabudován do samého dna motorového prostoru, což umožňuje snížit těžiště a ve výsledku zvyšuje stabilitu vozu a jeho ovladatelnost, což je neméně důležité.
Protilehlé pístové spalovací motory mají sníženou vibrační zátěž a jsou plně vyvážené. Jsou také kratší než jednořadé motory. Existují také nevýhody - zvětšuje se samotná šířka motorového prostoru automobilu. Motor boxer je instalován na vozech značek Porsche a Subaru.
Odrůdy motoru - ve tvaru W
V současné době motor ve tvaru W, který Volkswagen vyrábí, obsahuje dvě skupiny pístů z motorů typu VR, které svírají úhel 72 °, a díky tomu se jedná o motor se čtyřmi řadami válců.
Nyní vyrábí motory ve tvaru W s 16, 12 a 8 válci.
motor W8- čtyřřadý se dvěma válci v každé řadě. Má dva vyvažovací hřídele, které se otáčejí dvakrát rychleji než klikový hřídel, jsou potřebné k vyrovnání setrvačných sil. Tento motor má své místo na autě - VW Passat W8.
motor W12 - čtyřřadý, ale již tři válce v každé řadě. Nachází se na vozech VW Phaeton W12 a Audi A8 W12.
motor W16 - čtyřřadý, čtyři válce v každé řadě, je pouze na voze Bugatti Veyron 16.4. Tento motor o výkonu 1000 koní a v něm byl snížen silný vliv setrvačných momentů negativně působících na ojnice zvětšením úhlu odklonu na 90° a současně byla snížena rychlost pístu na 17,2 m/s. Je pravda, že se z toho zvětšily rozměry motoru: jeho délka je 710, šířka 767 mm.
A nejvzácnější typ motoru je řada ve tvaru V (také nazývaný - VR, viz obrázek vpravo nahoře), což je kombinace dvou odrůd. Motory VR mají mezi bankami válců malé prohnutí, pouze 15 stupňů, což umožnilo na nich použít jednu společnou hlavu.
Kapacita motoru. Na tomto parametru pístového spalovacího motoru závisí téměř všechny ostatní charakteristiky motoru. V případě zvětšení velikosti motoru dochází ke zvýšení výkonu a v důsledku toho se zvyšuje spotřeba paliva.
materiál motoru. Motory jsou obvykle vyrobeny ze tří druhů materiálů: hliník nebo jeho slitiny, litina a další feroslitiny nebo slitiny hořčíku. V praxi na těchto parametrech závisí pouze zdroje a hlučnost motoru.
Nejdůležitější parametry motoru
Točivý moment. Je generován motorem při maximální tažné síle. Jednotkou měření jsou nové metry (nm). Točivý moment přímo ovlivňuje „elastičnost motoru“ (schopnost akcelerovat při nízkých rychlostech).
Napájení. Jednotkou měření je koňská síla (hp), na které závisí doba zrychlení a rychlost vozu.
Maximální otáčky klikového hřídele (ot/min). Označují počet otáček, které je motor schopen vydržet, aniž by ztratil sílu zdrojů. Velký počet otáček naznačuje ostrost a dynamiku charakteru vozu.
Důležité v autě a charakteristikách spotřeby
Olej. Jeho spotřeba se měří v litrech na tisíc kilometrů. Značka oleje je označena xxWxx, kde první číslo udává hustotu, druhé viskozitu. Oleje s vysokou hustotou a viskozitou výrazně zvyšují spolehlivost a životnost motoru a oleje s nízkou hustotou poskytují dobré dynamické vlastnosti.
Palivo. Jeho spotřeba se měří v litrech na sto kilometrů. V moderních autech lze použít téměř jakoukoli značku benzínu, ale stojí za to si uvědomit, že nízké oktanové číslo ovlivňuje pokles síly a výkonu a oktanové číslo nad normou snižuje zdroj, ale zvyšuje výkon.
