Mestská vzdelávacia inštitúcia
Stredná škola №6
Esej o fyzike na tému:
Spaľovacie motory. Ich výhody a nevýhody.
Žiak 8. triedy „A“.
Butrinová Alexandra
Učiteľ: Shulpina Taisiya Vladimirovna
1. Úvod……………………………………………………………….. Strana 3
1.1 Účel práce
1.2 Úlohy
2. Hlavná časť.
2.1.História vzniku spaľovacích motorov………………. Strana 4
2.2 Všeobecné usporiadanie spaľovacích motorov……………… Strana 7
2.2.1. Zariadenie dvojtaktných a štvortaktných motorov
vnútorné spaľovanie;……………………………………….…………………..Strana 15
2.3 Moderné spaľovacie motory.
2.3.1. Nové konštrukčné riešenia implementované v spaľovacom motore;……………………………………………………………………………… P. 21
2.3.2. Úlohy, ktorým čelia dizajnéri………………………...S.22
2.4. Výhody a nevýhody oproti iným typom spaľovacích motorov …………………………………………………………..S.23
2.5. Použitie motora s vnútorným spaľovaním..……………………….str.25
3. Uzavreté ………………………………………………………………………. Strana 26
4. Zoznam referencií……………………………………………………….. Strana 27
5. Žiadosti …………………………………………………………………………. Strana 28
1. Úvod.
1.1. Cieľ práce:
Analyzujte objavy a úspechy vedcov o vynáleze a aplikácii spaľovacieho motora (D.V.S.), hovorte o jeho výhodách a nevýhodách.
1.2. Úlohy:
1. Preštudujte si potrebnú literatúru a vypracujte materiál
2. Vykonajte teoretický výskum (D.V.S.)
3. Zistite, ktorý z (D.V.S.) je lepší.
2. Hlavná časť.
2.1 .História spaľovacieho motora .
Projekt prvého spaľovacieho motora (ICE) patrí slávnemu vynálezcovi hodinovej kotvy Christianovi Huygensovi a bol navrhnutý už v 17. storočí. Zaujímavosťou je, že ako palivo sa mal používať pušný prach a samotný nápad podnietil delostrelecké delo. Všetky pokusy Denisa Papina postaviť stroj na tomto princípe boli neúspešné. Historicky prvý funkčný spaľovací motor si nechal patentovať v roku 1859 belgický vynálezca Jean Joseph Etienne Lenoir.(obr.č.1)
Motor Lenoir má nízku tepelnú účinnosť, navyše v porovnaní s inými piestovými spaľovacími motormi mal extrémne nízky výkon odoberaný na jednotku zdvihového objemu valca.
18-litrový motor vyvinul iba 2 konské sily. Tieto nedostatky boli spôsobené tým, že motor Lenoir nestláča palivovú zmes pred zapálením. Ottov motor s rovnakým výkonom (v cykle ktorého bol zabezpečený špeciálny kompresný zdvih) vážil niekoľkonásobne menej a bol oveľa kompaktnejší.
Ani zjavné výhody motora Lenoir - relatívne nízka hlučnosť (dôsledok výfukových plynov pri takmer atmosférickom tlaku) a nízka úroveň vibrácií (dôsledok rovnomernejšieho rozloženia zdvihov počas cyklu) mu nepomohli obstáť v konkurencii. .
Počas prevádzky motorov sa však ukázalo, že spotreba plynu na konskú silu je 3 metre kubické. za hodinu v mieste predpokladaných cca 0,5 kubických metrov. Účinnosť Lenoirovho motora bola len 3,3 %, kým vtedajšie parné stroje dosahovali účinnosť 10 %.
V roku 1876 Otto a Langen vystavovali na druhej svetovej výstave v Paríži nový motor 0,5 hp (obr. č. 2)
Obr.2 Motor Otto
Napriek nedokonalosti konštrukcie tohto motora, pripomínajúceho prvé parno-atmosférické stroje, vykazoval na tú dobu vysokú účinnosť; spotreba plynu bola 82 metrov kubických/m. na konskú silu za hodinu a účinnosť. dosiahol 14 %. Za 10 rokov bolo vyrobených asi 10 000 takýchto motorov pre malý priemysel.
V roku 1878 Otto zostrojil štvortaktný motor založený na myšlienke Boudet-Roche. Súčasne s využitím plynu ako paliva sa začala rozvíjať myšlienka využitia benzínových výparov, benzínu, ťažkého benzínu ako materiálu pre horľavú zmes a od 90. rokov aj kerozínu. Spotreba paliva v týchto motoroch bola asi 0,5 kg na výkon za hodinu.
Odvtedy sa spaľovacie motory (D.V.S.) zmenili v konštrukcii, podľa princípu činnosti, materiálov použitých pri výrobe. Spaľovacie motory sa stali výkonnejšími, kompaktnejšími, ľahšími, no stále v spaľovacom motore sa z každých 10 litrov paliva spotrebujú len asi 2 litre na užitočnú prácu, zvyšných 8 litrov sa míňa. To znamená, že účinnosť spaľovacieho motora je len 20%.
2. 2. Všeobecné usporiadanie spaľovacieho motora.
Jadrom každého D.V.S. spočíva pohyb piestu vo valci pod vplyvom tlaku plynov, ktoré vznikajú pri spaľovaní palivovej zmesi, ďalej len pracovnej. V tomto prípade samotné palivo nehorí. Horia len jeho pary zmiešané so vzduchom, ktoré sú pracovnou zmesou pre spaľovací motor. Ak túto zmes zapálite, okamžite vyhorí a znásobí objem. A ak zmes umiestnite do uzavretého objemu a jednu stenu urobíte pohyblivou, potom na túto stenu
vznikne obrovský tlak, ktorý pohne stenou.
D.V.S. používané na osobných automobiloch pozostávajú z dvoch mechanizmov: kľukový a plynový rozvod, ako aj z nasledujúcich systémov:
výživa;
· uvoľnenie splnených plynov;
· zapálenie;
chladenie;
lubrikanty.
Hlavné detaily spaľovacieho motora:
Hlava motora
· valce;
· piesty;
· piestne krúžky;
Piestne čapy
· spojovacie tyče;
· kľukový hriadeľ;
zotrvačník
vačkový hriadeľ s vačkami;
· ventily;
· zapaľovacia sviečka.
Väčšina moderných áut malej a strednej triedy je vybavená štvorvalcovými motormi. Existujú motory väčšieho objemu – s ôsmimi alebo aj dvanástimi valcami (obr. 3). Čím väčší je motor, tým je výkonnejší a tým vyššia je spotreba paliva.
Princíp činnosti spaľovacieho motora je najjednoduchšie zvážiť na príklade jednovalcového benzínového motora. Takýto motor pozostáva z valca s vnútorným zrkadlovým povrchom, ku ktorému je priskrutkovaná odnímateľná hlava. Valec obsahuje valcový piest - sklo, pozostávajúci z hlavy a plášťa (obr. 4). Piest má drážky, v ktorých sú nainštalované piestne krúžky. Zabezpečujú tesnosť priestoru nad piestom a zabraňujú prenikaniu plynov vznikajúcich pri chode motora pod piest. Okrem toho piestne krúžky zabraňujú vniknutiu oleja do priestoru nad piestom (olej je určený na mazanie vnútorného povrchu valca). Inými slovami, tieto krúžky plnia úlohu tesnení a delia sa na dva typy: kompresné (tie, ktoré neprepúšťajú plyny) a olejové škrabky (zabraňujú vniknutiu oleja do spaľovacej komory) (obr. 5).
Ryža. 3. Usporiadanie valcov v motoroch rôznych usporiadaní:
a - štvorvalec; b - šesťvalec; c - dvanásťvalec (α - uhol odklonu)
Ryža. 4. Piest
Zmes benzínu a vzduchu, pripravená karburátorom alebo vstrekovačom, vstupuje do valca, kde je stlačená piestom a zapálená iskrou zo zapaľovacej sviečky. Horiaci a rozťahujúci sa spôsobuje pohyb piestu nadol.
Tepelná energia sa teda premieňa na mechanickú energiu.
Ryža. 5. Piest s ojnicou:
1 - zostava ojnice; 2 - kryt ojnice 3 - vložka ojnice; 4 - matica skrutky; 5 - skrutka krytu ojnice; 6 - ojnica; 7 - puzdro ojnice; 8 - poistné krúžky; 9 - piestny čap; 10 - piest; 11 - krúžok na stieranie oleja; 12, 13 - kompresné krúžky
Potom nasleduje premena zdvihu piesta na rotáciu hriadeľa. Na to je piest pomocou čapu a ojnice otočne spojený s kľukou kľukového hriadeľa, ktorá sa otáča na ložiskách inštalovaných v kľukovej skrini motora (obr. 6).
Ryža. 6 Kľukový hriadeľ so zotrvačníkom:
1 - kľukový hriadeľ; 2 - vložka ložiska ojnice; 3 - perzistentné polkruhy; 4 - zotrvačník; 5 - podložka upevňovacích skrutiek zotrvačníka; 6 - vložky prvého, druhého, štvrtého a piateho hlavného ložiska; 7 - vložka centrálneho (tretieho) ložiska
V dôsledku pohybu piestu vo valci zhora nadol a späť cez ojnicu sa kľukový hriadeľ otáča.
Horná úvrať (TDC) je najvyššia poloha piestu vo valci (teda miesto, kde sa piest zastaví nahor a je pripravený začať sa pohybovať dole) (viď obr. 4).
Najnižšia poloha piestu vo valci (teda miesto, kde sa piest zastaví pohyb nadol a je pripravený začať pohyb nahor) sa nazýva dolná úvrať (BDC) (pozri obr. 4).
Vzdialenosť medzi krajnými polohami piesta (od TDC po BDC) sa nazýva zdvih piesta.
Keď sa piest pohybuje zhora nadol (z TDC do BDC), objem nad ním sa mení z minima na maximum. Minimálny objem vo valci nad piestom, keď je na TDC, je spaľovacia komora.
A objem nad valcom, keď je na BDC, sa nazýva pracovný objem valca. Celkový pracovný objem všetkých valcov motora, vyjadrený v litroch, sa nazýva pracovný objem motora. Celkový objem valca je súčtom jeho pracovného objemu a objemu spaľovacej komory v momente, keď je piest v BDC.
Dôležitou charakteristikou spaľovacieho motora je jeho kompresný pomer, ktorý je definovaný ako pomer celkového objemu valca k objemu spaľovacieho priestoru. Kompresný pomer ukazuje, koľkokrát je zmes vzduchu a paliva vstupujúca do valca stlačená, keď sa piest pohybuje z BDC do TDC. Pre benzínové motory je kompresný pomer v rozmedzí 6–14, pre dieselové motory - 14–24. Kompresný pomer do značnej miery určuje výkon motora a jeho účinnosť a výrazne ovplyvňuje aj toxicitu výfukových plynov.
Výkon motora sa meria v kilowattoch alebo konských silách (bežnejšie používané). Súčasne 1 l. s. sa rovná približne 0,735 kW. Ako sme už povedali, prevádzka spaľovacieho motora je založená na využití tlakovej sily plynov vznikajúcej pri spaľovaní zmesi vzduch-palivo vo valci.
V benzínových a plynových motoroch sa zmes zapaľuje zapaľovacou sviečkou (obr. 7), v dieselových motoroch je zapálená kompresiou.
Ryža. 7 Zapaľovacia sviečka
Pri bežiacom jednovalcovom motore sa jeho kľukový hriadeľ otáča nerovnomerne: v okamihu spaľovania horľavej zmesi sa prudko zrýchľuje a po zvyšok času sa spomaľuje. Na zlepšenie rovnomernosti otáčania na kľukovom hriadeli, ktorý vychádza z krytu motora, je upevnený masívny disk - zotrvačník (pozri obr. 6). Keď motor beží, zotrvačník sa otáča.
2.2.1. Dvojtaktné a štvortaktné zariadenie
spaľovacie motory;
Dvojtaktný motor je piestový spaľovací motor, v ktorom pracovný proces v každom z valcov prebieha v jednej otáčke kľukového hriadeľa, to znamená v dvoch zdvihoch piestu. Kompresné a zdvihové zdvihy v dvojtaktnom motore prebiehajú rovnakým spôsobom ako v štvortaktnom motore, ale procesy čistenia a plnenia valca sú kombinované a neuskutočňujú sa v rámci jednotlivých zdvihov, ale v krátkom čase, keď piest je blízko dolnej úvrati (obr. 8).
Obr.8 Dvojtaktný motor
Vzhľadom na to, že v dvojtaktnom motore s rovnakým počtom valcov a počtom otáčok kľukového hriadeľa sa pracovné zdvihy vyskytujú dvakrát častejšie, litrový výkon dvojtaktných motorov je vyšší ako u štvortaktných motorov. zdvihové motory - teoreticky dvakrát, v praxi 1,5-1,7-krát, pretože časť užitočného zdvihu piestu je obsadená procesmi výmeny plynov a samotná výmena plynu je menej dokonalá ako u štvortaktných motorov.
Na rozdiel od štvortaktných motorov, kde vytláčanie výfukových plynov a nasávanie čerstvej zmesi vykonáva samotný piest, v dvojtaktných motoroch sa výmena plynu uskutočňuje prívodom pracovnej zmesi alebo vzduchu (u dieselových motorov) do valca pod tlakom vytvoreným vyplachovacím čerpadlom a samotný proces výmeny plynu sa nazýva - čistenie. Počas procesu vyplachovania čerstvý vzduch (zmes) vytláča produkty spaľovania von z valca do výfukových orgánov a zaberá ich miesto.
Podľa spôsobu organizácie pohybu prúdov čistiaceho vzduchu (zmesi) sa dvojtaktné motory vyznačujú obrysovým a priamym prúdením.
Štvortaktný motor je piestový spaľovací motor, v ktorom je pracovný proces v každom z valcov ukončený v dvoch otáčkach kľukového hriadeľa, to znamená v štyroch zdvihoch piestu (zdvih). Tieto beaty sú:
Prvý zdvih - vstup:
Počas tohto cyklu sa piest pohybuje z TDC do BDC. Nasávací ventil je otvorený a výfukový ventil je zatvorený. Prostredníctvom vstupného ventilu sa valec plní horľavou zmesou, kým piest nie je v BDC, to znamená, že jeho ďalší pohyb smerom nadol nie je možný. Z toho, čo už bolo povedané, už vieme, že pohyb piestu vo valci má za následok pohyb kľuky, a teda rotáciu kľukového hriadeľa a naopak. Takže pri prvom zdvihu motora (keď sa piest pohybuje z TDC do BDC) sa kľukový hriadeľ otočí o pol otáčky (obr. 9).
Obr.9 Prvý zdvih - sanie
Druhý krok - kompresia .
Potom, čo zmes vzduchu a paliva pripravená karburátorom alebo vstrekovačom vstúpi do valca, zmieša sa so zvyškami výfukových plynov a zatvorí sa sací ventil za ním, začne fungovať. Teraz nastal okamih, keď pracovná zmes naplnila valec a nie je kam ísť: sacie a výfukové ventily sú bezpečne uzavreté. V tomto bode sa piest začne pohybovať zdola nahor (od BDC k TDC) a snaží sa tlačiť pracovnú zmes proti hlave valca. Avšak, ako sa hovorí, nepodarí sa mu vymazať túto zmes na prášok, pretože piest
nemôže, ale vnútorný priestor valca je navrhnutý tak (a podľa toho je umiestnený kľukový hriadeľ a zvolené rozmery kľuky), aby nad piestom umiestneným na TDC bol vždy, ak nie veľmi veľký, ale voľný priestor - spaľovacia komora. Na konci kompresného zdvihu sa tlak vo valci zvýši na 0,8–1,2 MPa a teplota dosiahne 450–500 °C. (obr.10)
Obr.10 Druhý cyklus - kompresia
Tretí cyklus - pracovný zdvih (hlavný)
Tretí cyklus je najdôležitejším momentom, kedy sa tepelná energia premieňa na mechanickú energiu. Na začiatku tretieho zdvihu (a vlastne aj na konci kompresného zdvihu) sa pomocou zapaľovacej sviečky zapáli horľavá zmes (obr. 11)
Obr. 11. Tretí cyklus, pracovný zdvih.
Štvrté opatrenie – uvoľnenie
Počas tohto procesu je sací ventil zatvorený a výfukový ventil je otvorený. Piest pohybujúci sa zdola nahor (z BDC do TDC) tlačí výfukové plyny zostávajúce vo valci po spaľovaní a expanzii cez otvorený výfukový ventil do výfukového kanála (obr. 12).
Obr.12 Uvoľnenie.
Všetky štyri cykly sa periodicky opakujú vo valci motora, čím sa zabezpečuje jeho nepretržitá prevádzka, a nazývajú sa pracovný cyklus.
2.3 Moderné spaľovacie motory.
2.3.1. Nové konštrukčné riešenia implementované do spaľovacieho motora.
Od čias Lenoira až po súčasnosť prešiel spaľovací motor veľkými zmenami. Zmenil sa ich vzhľad, zariadenie, sila. Už mnoho rokov sa dizajnéri na celom svete snažia zvýšiť účinnosť spaľovacieho motora s menším množstvom paliva, aby dosiahli väčší výkon. Prvým krokom k tomu bol rozvoj priemyslu, vznik presnejších obrábacích strojov na výrobu DVS, zariadení, objavili sa nové (ľahké) kovy. Ďalšie kroky pri výrobe motorov záviseli od vlastníctva motorov. V aute budovy boli potrebné výkonné, ekonomické, kompaktné, ľahko udržiavateľné a odolné motory. Pri stavbe lodí, traktoroch by boli potrebné trakčné motory s veľkou výkonovou rezervou (hlavne dieselové motory), v letectve výkonné, bezporuchové, odolné motory.
Na dosiahnutie vyššie uvedených parametrov boli použité vysoké a nízke otáčky. Na všetkých motoroch sa zase menili kompresné pomery, objemy valcov, časovanie ventilov, počet sacích a výfukových ventilov na valec a spôsoby dodávania zmesi do valca. Prvé motory boli s dvoma ventilmi, zmes sa privádzala cez karburátor, pozostávajúci z difúzora vzduchu, škrtiacej klapky a kalibrovanej palivovej trysky. Karburátory boli rýchlo modernizované a prispôsobili sa novým motorom a ich prevádzkovým režimom. Hlavnou úlohou karburátora je príprava horľavej zmesi a jej prívod do zberného potrubia motora. Ďalej boli použité iné metódy na zvýšenie výkonu a účinnosti spaľovacieho motora.
2.3.2. Výzvy, ktorým čelia dizajnéri.
Technologický pokrok pokročil tak ďaleko, že spaľovacie motory sa zmenili takmer na nepoznanie. Kompresné pomery vo valcoch spaľovacieho motora sa zvýšili na 15 kg/cm2 pre benzínové motory a až 29 kg/cm2 pre dieselové motory. Počet ventilov narástol na 6 na valec, z malých objemov motora uberajú výkon, ktorý vydávali veľkoobjemové motory, napr.: 120 k odoberá motor s objemom 1600 cm3, motor 2400 cm3. až 200 koní S tým všetkým sú požiadavky na D.V.S. sa každým rokom zvyšuje. Súvisí to s chuťou spotrebiteľa. Na motory sa vzťahujú požiadavky týkajúce sa znižovania škodlivých plynov. V súčasnosti je v Rusku zavedená norma EURO-3 a v európskych krajinách norma EURO-4. To prinútilo konštruktérov po celom svete prejsť na nový spôsob dodávky paliva, riadenia, chodu motora. V našej dobe sa za prácu D.V.S. riadi, riadi, mikroprocesor. Výfukové plyny sú dodatočne spaľované rôznymi typmi katalyzátorov. Úlohou moderných dizajnérov je: potešiť spotrebiteľa vytvorením motorov s potrebnými parametrami a splniť normy EURO-3, EURO-4.
2.4. Výhody a nevýhody
oproti iným typom spaľovacích motorov.
Posúdenie výhod a nevýhod D.V.S. s inými typmi motorov je potrebné porovnávať konkrétne typy motorov.
2.5. Použitie spaľovacieho motora.
D.V.S. používané v mnohých vozidlách a v priemysle. Dvojtaktné motory sa používajú tam, kde je dôležitá malá veľkosť, ale spotreba paliva je relatívne nepodstatná, ako sú motocykle, malé motorové člny, reťazové píly a motorizované nástroje. Štvortaktné motory sú inštalované na drvivej väčšine ostatných vozidiel.
3. Záver.
Analyzovali sme objavy a úspechy vedcov v problematike vynálezu spaľovacích motorov, zisťovali sme, aké sú ich výhody a nevýhody.
4. Zoznam referencií.
1. Spaľovacie motory, zväzok 1-3, Moskva.. 1957.
2. ročník z fyziky 8. A.V. Peryshkin.
3. Wikipedia (voľná encyklopédia)
4. Časopis „Za volantom“
5. Veľká referenčná kniha pre žiakov 5. – 11. ročníka. Moskva. Vydavateľstvo Drofa.
5. Aplikácia
Obr.1 http://images.yandex.ru
Obr.2 http://images.yandex.ru
Obr.3 http://images.yandex.ru
Obr.4 http://images.yandex.ru
Obr.5 http://images.yandex.ru
Obr.6 http://images.yandex.ru
Obr.7 http://images.yandex.ru
Obr.8 http://images.yandex.ru
Obr.9 http://images.yandex.ru
Obr.10 http://images.yandex.ru
Obr.11 http://images.yandex.ru
Obr.12 http://images.yandex.ru
Svietiaci plyn bol však vhodný nielen na svietenie.
Zásluhu na vytvorení komerčne úspešného spaľovacieho motora má belgický mechanik Jean Étienne Lenoir. Lenoir počas práce v galvanovni prišiel s nápadom, že zmes vzduchu a paliva v plynovom motore by sa dala zapáliť elektrickou iskrou, a rozhodol sa postaviť motor na základe tejto myšlienky. Po vyriešení problémov, ktoré sa vyskytli na ceste (tesný zdvih a prehriatie piestu, čo vedie k zaseknutiu), po premyslení systému chladenia a mazania motora vytvoril Lenoir funkčný spaľovací motor. V roku 1864 bolo vyrobených viac ako tristo týchto motorov rôznych objemov. Keď Lenoir zbohatla, prestala pracovať na ďalšom vylepšovaní svojho auta a to predurčilo jej osud - z trhu ju vytlačil pokročilejší motor, ktorý vytvoril nemecký vynálezca August Otto a ktorý získal patent na vynález svojho plynu. model motora v roku 1864.
V roku 1864 uzavrel nemecký vynálezca Augusto Otto dohodu s bohatým inžinierom Langenom o realizácii jeho vynálezu - vznikla spoločnosť "Otto and Company". Otto ani Langen nemali dostatočné znalosti z elektrotechniky a opustili elektrické zapaľovanie. Cez trubicu sa zapálili otvoreným plameňom. Valec Ottovho motora bol na rozdiel od Lenoirovho motora zvislý. Otočný hriadeľ bol umiestnený nad valcom na boku. Princíp činnosti: rotujúci hriadeľ zdvihol piest o 1/10 výšky valca, v dôsledku čoho sa pod piestom vytvoril riedky priestor a nasala sa zmes vzduchu a plynu. Zmes sa potom zapálila. Počas výbuchu sa tlak pod piestom zvýšil na približne 4 atm. Pôsobením tohto tlaku sa piest zdvihol, objem plynu sa zväčšil a tlak klesol. Piest najprv pod tlakom plynu a potom zotrvačnosťou stúpal, až sa pod ním vytvorilo vákuum. Energia spáleného paliva tak bola využitá v motore s maximálnou úplnosťou. Toto bol hlavný pôvodný nález Otta. Pracovný zdvih piestu smerom nadol začal pod vplyvom atmosférického tlaku a po dosiahnutí tlaku vo valci atmosférického tlaku sa otvoril výfukový ventil a piest svojou hmotnosťou vytlačil výfukové plyny. V dôsledku úplnejšieho rozšírenia produktov spaľovania bola účinnosť tohto motora výrazne vyššia ako účinnosť motora Lenoir a dosiahla 15%, to znamená, že prekročila účinnosť najlepších parných strojov tej doby. Ottové motory boli navyše takmer päťkrát úspornejšie ako motory Lenoir, okamžite sa stali veľmi žiadanými. V nasledujúcich rokoch sa ich vyrobilo okolo päťtisíc. Napriek tomu Otto tvrdo pracoval na zlepšení ich dizajnu. Čoskoro sa začalo používať kľukové koleso. Najvýznamnejší z jeho vynálezov však prišiel v roku 1877, keď Otto získal patent na nový štvortaktný motor. Tento cyklus je dodnes základom činnosti väčšiny benzínových a benzínových motorov.
Typy spaľovacích motorov
piestový motor
rotačný spaľovací motor
Spaľovací motor s plynovou turbínou
- Piestové motory - spaľovací priestor je obsiahnutý vo valci, kde sa tepelná energia paliva premieňa na mechanickú energiu, ktorá sa pomocou kľukového mechanizmu premieňa z translačného pohybu piesta na rotačný pohyb.
ICE sú klasifikované:
a) Podľa účelu – delia sa na dopravné, stacionárne a špeciálne.
b) Podľa druhu použitého paliva - ľahká kvapalina (benzín, plyn), ťažká kvapalina (nafta, lodný vykurovací olej).
c) Podľa spôsobu tvorby horľavej zmesi - vonkajšej (karburátor, vstrekovač) a vnútornej (vo valci motora).
d) Podľa spôsobu zapaľovania (s núteným zapaľovaním, s kompresným zapaľovaním, kalorizáciou).
e) Podľa umiestnenia valcov sa delia na radové, zvislé, protiľahlé s jedným a dvoma kľukovými hriadeľmi, v tvare V s horným a spodným kľukovým hriadeľom, v tvare VR a v tvare W, jednoradové a dvojité -radové hviezdicové, H, dvojradové s paralelnými kľukovými hriadeľmi, "dvojitý ventilátor", kosoštvorcový, trojlúčový a niektoré ďalšie.
Benzín
Benzínový karburátor
Pracovný cyklus štvortaktných spaľovacích motorov trvá dve úplné otáčky kľuky, ktoré pozostávajú zo štyroch samostatných cyklov:
- príjem,
- kompresia náboja,
- pracovný zdvih a
- uvoľniť (výfuk).
Zmena pracovných cyklov je zabezpečená špeciálnym mechanizmom distribúcie plynu, najčastejšie je to jeden alebo dva vačkové hriadele, systém posúvačov a ventilov, ktoré priamo zabezpečujú fázovú zmenu. Niektoré motory s vnútorným spaľovaním používajú na tento účel objímky cievky (Ricardo), ktoré majú vstupné a/alebo výfukové otvory. Komunikácia dutiny valca s kolektormi bola v tomto prípade zabezpečená radiálnymi a rotačnými pohybmi objímky cievky, otvárajúc požadovaný kanál s oknami. Vzhľadom na zvláštnosti dynamiky plynu - zotrvačnosť plynov, čas výskytu plynového vetra, sacie, výkonové a výfukové zdvihy v reálnom štvortaktnom cykle sa prekrývajú, tzv. prekrytie časovania ventilov. Čím vyššie sú prevádzkové otáčky motora, tým väčšie je prekrytie fáz a čím je väčšie, tým nižší je krútiaci moment spaľovacieho motora pri nízkych otáčkach. Preto moderné spaľovacie motory čoraz viac využívajú zariadenia, ktoré umožňujú meniť časovanie ventilov počas prevádzky. Na tento účel sú vhodné najmä motory s riadením solenoidových ventilov (BMW, Mazda). Pre väčšiu flexibilitu sú k dispozícii aj motory s variabilným kompresným pomerom (SAAB).
Dvojtaktné motory majú veľa možností usporiadania a širokú škálu konštrukčných systémov. Základným princípom každého dvojtaktného motora je vykonávanie funkcií prvku distribúcie plynu piestom. Pracovný cyklus pozostáva, prísne povedané, z troch cyklov: pracovný zdvih, ktorý trvá od hornej úvrate ( TDC) až 20-30 stupňov do dolnej úvrati ( NMT), čistenie, ktoré v skutočnosti kombinuje nasávanie a výfuk a kompresiu, ktorá trvá od 20-30 stupňov po BDC po TDC. Preplachovanie je z hľadiska dynamiky plynu slabým článkom dvojtaktného cyklu. Na jednej strane nie je možné zabezpečiť úplné oddelenie čerstvej náplne a výfukových plynov, preto je nevyhnutná buď strata čerstvej zmesi, doslova vyletenie do výfukového potrubia (ak je spaľovací motor diesel, hovoria o strate vzduchu), na druhej strane pracovný zdvih netrvá polovičný obrat, ale menej, čo samo o sebe znižuje účinnosť. Zároveň nie je možné predĺžiť trvanie mimoriadne dôležitého procesu výmeny plynov, ktorý v štvortaktnom motore trvá polovicu pracovného cyklu. Dvojtaktné motory nemusia mať rozvod plynu vôbec. Ak však nehovoríme o zjednodušených lacných motoroch, dvojtaktný motor je komplikovanejší a drahší kvôli povinnému použitiu dúchadla alebo tlakového systému, zvýšené tepelné namáhanie CPG vyžaduje drahšie materiály na piesty, krúžky , vložky valcov. Výkon funkcie piestu na rozdeľovači plynu si vyžaduje, aby jeho výška nebola menšia ako zdvih piestu + výška čistiacich okien, čo je u mopedu nekritické, ale výrazne sťažuje piest aj pri relatívne nízkych výkonoch. . Keď sa výkon meria v stovkách konských síl, nárast hmotnosti piestu sa stáva veľmi vážnym faktorom. Zavedenie vertikálne zdvihnutých puzdier rozdeľovača do motorov Ricardo bolo pokusom umožniť zníženie veľkosti a hmotnosti piestu. Systém sa ukázal ako komplikovaný a nákladný, okrem letectva sa takéto motory nikde inde nepoužívali. Výfukové ventily (s priamoprúdovým vyplachovaním) majú v porovnaní so štvortaktnými výfukovými ventilmi dvojnásobnú hustotu tepla a horšie podmienky na odvod tepla a ich sedlá majú dlhší priamy kontakt s výfukovými plynmi.
Najjednoduchší z hľadiska poradia prevádzky a najzložitejší z hľadiska dizajnu je systém Fairbanks-Morse, prezentovaný v ZSSR a Rusku najmä dieselovými lokomotívami radu D100. Takýto motor je symetrický dvojhriadeľový systém s rozbiehavými piestami, z ktorých každý je spojený s vlastným kľukovým hriadeľom. Tento motor má teda dva kľukové hriadele mechanicky synchronizované; ten spojený s výfukovými piestami je pred saním o 20-30 stupňov. Vďaka tomuto pokroku sa zlepšuje kvalita vyplachovania, ktoré je v tomto prípade priamoprúdové a zlepšuje sa plnenie valca, keďže výfukové okná sú na konci vyplachovania už zatvorené. V 30. - 40. rokoch dvadsiateho storočia boli navrhnuté schémy s pármi rozbiehavých piestov - kosoštvorcový, trojuholníkový; Boli tam letecké vznetové motory s tromi radiálne sa rozbiehajúcimi piestami, z ktorých dva boli sacie a jeden výfukový. V 20. rokoch Junkers navrhol jednohriadeľový systém s dlhými ojnicami spojenými s prstami horných piestov so špeciálnymi vahadlami; horný piest prenášal sily na kľukový hriadeľ dvojicou dlhých ojníc a na valec boli tri kľukové hriadele. Na vahadlách boli aj hranaté piesty vyplachovacích dutín. Dvojtaktné motory s divergentnými piestami akéhokoľvek systému majú v zásade dve nevýhody: po prvé, sú veľmi zložité a veľké a po druhé, výfukové piesty a objímky v oblasti výfukových okien majú značné tepelné napätie a tendenciu. prehriať sa. Tepelne namáhané sú aj piestne krúžky výfuku, náchylné na koksovanie a stratu pružnosti. Tieto vlastnosti robia z konštrukcie takýchto motorov netriviálnu úlohu.
Motory s priamym prietokom ventilov sú vybavené vačkovým hriadeľom a výfukovými ventilmi. To výrazne znižuje požiadavky na materiály a prevedenie CPG. Nasávanie sa vykonáva cez okná vo vložke valca, ktoré sa otvárajú piestom. Takto sa montuje väčšina moderných dvojtaktných dieselov. Oblasť okienka a objímka v spodnej časti sú v mnohých prípadoch chladené plniacim vzduchom.
V prípadoch, keď je jednou z hlavných požiadaviek na motor jeho zlacnenie, sa používajú rôzne typy preplachovania kľuka-komorový obrys okna-okno - slučka, vratná slučka (deflektor) v rôznych modifikáciách. Na zlepšenie parametrov motora sa používajú rôzne konštrukčné techniky - variabilná dĺžka sacích a výfukových kanálov, počet a umiestnenie obtokových kanálov sa môže meniť, používajú sa cievky, rotačné rezačky plynu, objímky a závesy, ktoré menia výška okien (a podľa toho momenty začiatku nasávania a výfuku). Väčšina týchto motorov je pasívne chladená vzduchom. Ich nevýhodou je relatívne nízka kvalita výmeny plynov a strata horľavej zmesi pri preplachovaní, v prítomnosti viacerých valcov sa musia sekcie kľukových komôr oddeliť a utesniť, konštrukcia kľukového hriadeľa sa skomplikuje a zväčší. drahé.
Ďalšie jednotky potrebné pre spaľovacie motory
Nevýhodou spaľovacieho motora je, že svoj najvyšší výkon vyvinie len v úzkom spektre otáčok. Preto základným atribútom spaľovacieho motora je prevodovka. Len v niektorých prípadoch (napríklad v lietadlách) možno upustiť od zložitého prenosu. Myšlienka hybridného auta postupne dobýva svet, v ktorom motor vždy pracuje v optimálnom režime.
Okrem toho spaľovací motor potrebuje energetický systém (na dodávku paliva a vzduchu - príprava zmesi paliva a vzduchu), výfukový systém (pre výfukové plyny) a mazací systém (určený na zníženie trecích síl v mechanizmoch motora, ochranu diely motora pred koróziou, ako aj spolu s chladiacim systémom na udržanie optimálnych tepelných podmienok), chladiace systémy (na udržanie optimálnych tepelných podmienok motora), štartovací systém (používajú sa spôsoby štartovania: elektrický štartér, s pomocou pomocného štartovací motor, pneumatický, s pomocou ľudskej svalovej sily ), zapaľovací systém (na zapálenie zmesi vzduchu a paliva, používaný v zážihových motoroch).
pozri tiež
- Philippe Lebon – francúzsky inžinier, ktorý v roku 1801 získal patent na spaľovací motor, ktorý stláča zmes plynu a vzduchu.
- Rotačný motor: konštrukcia a klasifikácia
- Motor s rotačnými piestami (Wankelov motor)
Poznámky
Odkazy
- Ben Knight "Increasing kilometrov" //Článok o technológiách, ktoré znižujú spotrebu paliva automobilových spaľovacích motorov
V súčasnosti je hlavným typom automobilového motora spaľovací motor. Spaľovací motor (skrátený názov - ICE) je tepelný motor, ktorý premieňa chemickú energiu paliva na mechanickú prácu.
Existujú tieto hlavné typy spaľovacích motorov: piestové, rotačné piestové a plynové turbíny. Z prezentovaných typov motorov je najbežnejší piestový spaľovací motor, takže zariadenie a princíp činnosti sa zvažujú na jeho príklade.
Cnosti piestový spaľovací motor, ktorý zabezpečil jeho široké uplatnenie, sú: autonómia, všestrannosť (kombinácia s rôznymi spotrebiteľmi), nízka cena, kompaktnosť, nízka hmotnosť, schopnosť rýchleho štartu, viacpalivové.
Spaľovacie motory však majú množstvo významných nedostatky, medzi ktoré patrí: vysoká hladina hluku, vysoká rýchlosť kľukového hriadeľa, toxicita výfukových plynov, nízky zdroj, nízka účinnosť.
V závislosti od typu použitého paliva sa rozlišujú benzínové a naftové motory. Alternatívne palivá používané v spaľovacích motoroch sú zemný plyn, liehové palivá - metanol a etanol, vodík.
Z hľadiska ekológie je vodíkový motor perspektívny, pretože. nevytvára škodlivé emisie. Spolu so spaľovacími motormi sa vodík používa na výrobu elektrickej energie v palivových článkoch automobilov.
Zariadenie spaľovacieho motora
Piestový spaľovací motor obsahuje skriňu, dva mechanizmy (kľuka a rozvod plynu) a množstvo systémov (vstup, palivo, zapaľovanie, mazanie, chladenie, výfuk a riadiaci systém).
Skriňa motora integruje blok valcov a hlavu valcov. Kľukový mechanizmus prevádza vratný pohyb piestu na rotačný pohyb kľukového hriadeľa. Mechanizmus distribúcie plynu zabezpečuje včasnú dodávku vzduchu alebo zmesi paliva a vzduchu do valcov a uvoľňovanie výfukových plynov.
Systém riadenia motora zabezpečuje elektronické riadenie systémov spaľovacieho motora.
Prevádzka spaľovacieho motora
Princíp činnosti spaľovacieho motora je založený na účinku tepelnej rozťažnosti plynov, ku ktorej dochádza pri spaľovaní zmesi paliva a vzduchu a zabezpečuje pohyb piestu vo valci.
Prevádzka piestového spaľovacieho motora sa vykonáva cyklicky. Každý pracovný cyklus prebieha v dvoch otáčkach kľukového hriadeľa a zahŕňa štyri cykly (štvortaktný motor): sanie, kompresia, zdvih a výfuk.
Počas sacích a výkonových zdvihov sa piest pohybuje nadol, zatiaľ čo kompresné a výfukové zdvihy sa pohybujú nahor. Pracovné cykly v každom z valcov motora sa fázovo nezhodujú, čo zabezpečuje rovnomernú prevádzku spaľovacieho motora. V niektorých konštrukciách spaľovacích motorov je pracovný cyklus realizovaný v dvoch cykloch - kompresia a výkonový zdvih (dvojtaktný motor).
Na sacom zdvihu sacie a palivové systémy zabezpečujú tvorbu zmesi paliva a vzduchu. V závislosti od konštrukcie sa zmes tvorí v sacom potrubí (centrálne a viacbodové vstrekovanie benzínových motorov) alebo priamo v spaľovacom priestore (priame vstrekovanie benzínových motorov, vstrekovanie naftových motorov). Pri otvorení sacích ventilov mechanizmu distribúcie plynu sa do spaľovacej komory privádza vzduch alebo zmes paliva a vzduchu v dôsledku podtlaku, ktorý vzniká pri pohybe piestu nadol.
Na kompresnom zdvihu Nasávacie ventily sa zatvoria a zmes vzduchu a paliva sa stlačí vo valcoch motora.
Zdvih mŕtvice sprevádzané vznietením zmesi paliva a vzduchu (nútené alebo samovznietenie). V dôsledku vznietenia vzniká veľké množstvo plynov, ktoré vyvíjajú tlak na piest a nútia ho pohybovať sa dole. Pohyb piestu cez kľukový mechanizmus sa premieňa na rotačný pohyb kľukového hriadeľa, ktorý sa potom využíva na pohon vozidla.
Pri uvoľnení taktu výfukové ventily mechanizmu distribúcie plynu sa otvárajú a výfukové plyny sa odvádzajú z valcov do výfukového systému, kde sa čistia, ochladzujú a znižuje sa hluk. Plyny sa potom uvoľňujú do atmosféry.
Uvažovaný princíp činnosti spaľovacieho motora umožňuje pochopiť, prečo má spaľovací motor nízku účinnosť - asi 40%. V konkrétnom čase sa spravidla vykonáva užitočná práca iba v jednom valci, zatiaľ čo vo zvyšku sa poskytujú cykly: nasávanie, kompresia, výfuk.
tepelná rozťažnosť
Piestové spaľovacie motory
Klasifikácia ICE
Základy piestových spaľovacích motorov
Princíp činnosti
Princíp činnosti štvortaktného karburátorového motora
Princíp činnosti štvortaktného dieselového motora
Princíp činnosti dvojtaktného motora
Pracovný cyklus štvortaktného motora
Pracovné cykly dvojtaktných motorov
UKAZOVATELE CHARAKTERIZUJÚCE PREVÁDZKU MOTORA
Priemerný indikovaný tlak a indikovaný výkon
Efektívny výkon a priemerné efektívne tlaky
Ukazovateľ účinnosti a špecifický ukazovateľ spotreby paliva
Efektívna účinnosť a špecifická efektívna spotreba paliva
Tepelná bilancia motora
Inovácia
Úvod
Výrazný rast všetkých odvetví národného hospodárstva si vyžaduje pohyb veľkého počtu tovarov a cestujúcich. Vysoká manévrovateľnosť, priechodnosť terénom a prispôsobivosť na prácu v rôznych podmienkach robí z automobilu jeden z hlavných prostriedkov prepravy tovaru a cestujúcich.
Významnú úlohu zohráva cestná doprava v rozvoji východných a nečernozemných oblastí našej krajiny. Nedostatok rozvinutej siete železníc a obmedzené využívanie riek na plavbu robí z auta hlavný dopravný prostriedok v týchto oblastiach.
Cestná doprava v Rusku slúži všetkým odvetviam národného hospodárstva a zaujíma jedno z popredných miest v jednotnom dopravnom systéme krajiny. Podiel cestnej dopravy predstavuje viac ako 80 % prepraveného tovaru všetkými druhmi dopravy spolu a viac ako 70 % osobnej dopravy.
Cestná doprava vznikla v dôsledku rozvoja nového odvetvia národného hospodárstva - automobilového priemyslu, ktorý je v súčasnosti jedným z hlavných článkov domáceho strojárskeho priemyslu.
Začiatok vzniku automobilu bol položený pred viac ako dvesto rokmi (názov „auto“ pochádza z gréckeho slova autos – „self“ a latinského mobilis – „mobilný“), keď sa začalo vyrábať „self- poháňané“ vozíky. Prvýkrát sa objavili v Rusku. V roku 1752 vytvoril ruský samouk, roľník, mechanik L. Šamšurenkov, na svoju dobu celkom dokonalý „samobežiaci kočiar“, ktorý sa dal do pohybu silou dvoch ľudí. Neskôr ruský vynálezca I.P. Kulibin vytvoril „skútrový vozík“ s pedálovým pohonom. S príchodom parného stroja rýchlo napredovalo vytváranie vozíkov s vlastným pohonom. V rokoch 1869-1870. J. Cugno vo Francúzsku a o niekoľko rokov neskôr v Anglicku boli vyrobené parné autá. Široké používanie automobilu ako vozidla sa začína príchodom vysokorýchlostného spaľovacieho motora. V roku 1885 G. Daimler (Nemecko) postavil motocykel s benzínovým motorom a v roku 1886 K. Benz - trojkolesový vozík. Približne v rovnakom čase v priemyselných krajinách (Francúzsko, Veľká Británia, USA) vznikali autá so spaľovacími motormi.
Koncom 19. storočia vznikol automobilový priemysel v mnohých krajinách. V cárskom Rusku sa opakovane pokúšali organizovať vlastné strojárstvo. V roku 1908 bola výroba automobilov organizovaná v rusko-baltských prepravných závodoch v Rige. Šesť rokov sa tu vyrábali autá montované najmä z dovezených dielov. Celkovo závod vyrobil 451 osobných a malý počet nákladných áut. V roku 1913 bolo na parkovisku v Rusku asi 9 000 áut, väčšina z nich bola zahraničnej výroby. Po Veľkej októbrovej socialistickej revolúcii musel byť domáci automobilový priemysel vytvorený takmer nanovo. Začiatok rozvoja ruského automobilového priemyslu sa datuje do roku 1924, kedy boli v závode AMO v Moskve vyrobené prvé nákladné autá AMO-F-15.
V období 1931-1941. vzniká veľkosériová a hromadná výroba automobilov. V roku 1931 sa v závode AMO začala hromadná výroba nákladných automobilov. V roku 1932 bol uvedený do prevádzky závod GAZ.
V roku 1940 Moskovský závod malých automobilov začal s výrobou malých automobilov. O niečo neskôr bol vytvorený automobilový závod Ural. V rokoch povojnových päťročných plánov boli uvedené do prevádzky automobilové závody Kutaisi, Kremenčug, Uljanovsk, Minsk. Od konca 60. rokov sa rozvoj automobilového priemyslu vyznačuje obzvlášť rýchlym tempom. V roku 1971 bol Volžský automobilový závod pomenovaný po V.I. 50. výročie vzniku ZSSR.
V posledných rokoch závody automobilového priemyslu zvládli mnoho vzoriek modernizovaných a nových automobilových zariadení, a to aj pre poľnohospodárstvo, stavebníctvo, obchod, ropný a plynárenský priemysel a lesníctvo.
Spaľovacie motory
V súčasnosti existuje veľké množstvo zariadení, ktoré využívajú tepelnú rozťažnosť plynov. Medzi takéto zariadenia patrí karburátorový motor, dieselové motory, prúdové motory atď.
Tepelné motory možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín:
1. Motory s vonkajším spaľovaním - parné stroje, parné turbíny, Stirlingove motory a pod.
2. Spaľovacie motory. Ako elektrárne pre automobily sú najrozšírenejšie spaľovacie motory, v ktorých prebieha spaľovací proces
palivo s uvoľňovaním tepla a jeho premena na mechanickú prácu prebieha priamo vo valcoch. Väčšina moderných automobilov je vybavená spaľovacími motormi.
Najhospodárnejšie sú piestové a kombinované spaľovacie motory. Majú pomerne dlhú životnosť, relatívne malé celkové rozmery a hmotnosť. Za hlavnú nevýhodu týchto motorov treba považovať vratný pohyb piestu spojený s prítomnosťou kľukového mechanizmu, čo komplikuje konštrukciu a obmedzuje možnosť zvýšenia otáčok, najmä pri veľkých veľkostiach motora.
A teraz trochu o prvých spaľovacích motoroch. Prvý spaľovací motor (ICE) vytvoril v roku 1860 francúzsky inžinier Ethwen Lenoir, no tento stroj bol stále veľmi nedokonalý.
V roku 1862 francúzsky vynálezca Beau de Rocha navrhol použiť štvortaktný cyklus v spaľovacom motore:
1. odsávanie;
2. kompresia;
3. spaľovanie a expanzia;
4. výfuk.
Túto myšlienku využil nemecký vynálezca N. Otto, ktorý v roku 1878 zostrojil prvý štvortaktný spaľovací motor. Účinnosť takéhoto motora dosiahla 22%, čo prekonalo hodnoty získané pri použití motorov všetkých predchádzajúcich typov.
K prudkému rozšíreniu spaľovacích motorov v priemysle, doprave, poľnohospodárstve a stacionárnej energetike prispelo množstvo ich pozitívnych vlastností.
Realizácia cyklu spaľovacieho motora v jednom valci s nízkymi stratami a výrazným teplotným rozdielom medzi zdrojom tepla a chladničkou zabezpečuje vysokú účinnosť týchto motorov. Vysoká účinnosť je jednou z pozitívnych vlastností spaľovacích motorov.
Medzi spaľovacími motormi je diesel v súčasnosti takým motorom, ktorý premieňa chemickú energiu paliva na mechanickú prácu s najvyššou účinnosťou v širokom rozsahu zmien výkonu. Táto kvalita dieselových motorov je obzvlášť dôležitá vzhľadom na to, že zásoby ropných palív sú obmedzené.
K pozitívnym vlastnostiam spaľovacích motorov patrí aj to, že sa dajú napojiť na takmer každého spotrebiteľa energie. Je to dané širokými možnosťami získania príslušných charakteristík zmeny výkonu a krútiaceho momentu týchto motorov. Predmetné motory sa úspešne používajú na autách, traktoroch, poľnohospodárskych strojoch, dieselových lokomotívach, lodiach, elektrárňach atď., t.j. Spaľovacie motory sa vyznačujú dobrou prispôsobivosťou spotrebiteľovi.
Relatívne nízke počiatočné náklady, kompaktnosť a nízka hmotnosť spaľovacích motorov umožnili ich široké využitie v elektrárňach, ktoré sú široko používané a majú malý motorový priestor.
Zariadenia so spaľovacími motormi majú veľkú autonómiu. Aj lietadlá so spaľovacími motormi dokážu lietať desiatky hodín bez dopĺňania paliva.
Dôležitou pozitívnou vlastnosťou spaľovacích motorov je schopnosť ich rýchleho naštartovania za normálnych podmienok. Motory pracujúce pri nízkych teplotách sú vybavené špeciálnymi zariadeniami na uľahčenie a zrýchlenie štartovania. Po naštartovaní dokážu motory pomerne rýchlo nabrať plné zaťaženie. Spaľovacie motory majú značný brzdný moment, ktorý je veľmi dôležitý pri ich použití v dopravných zariadeniach.
Pozitívnou vlastnosťou dieselov je schopnosť jedného motora pracovať na veľa palív. Tak známe sú konštrukcie automobilových viacpalivových motorov, ako aj vysokovýkonných lodných motorov, ktoré pracujú na rôznych palivách – od nafty až po kotolový olej.
Ale spolu s pozitívnymi vlastnosťami spaľovacích motorov majú množstvo nevýhod. Spomedzi nich je agregovaný výkon v porovnaní napríklad s parnými a plynovými turbínami obmedzený, vysoká hlučnosť, relatívne vysoké otáčky kľukového hriadeľa pri rozbehu a nemožnosť priameho pripojenia na hnacie kolesá spotrebiteľa, toxicita výfukových plynov. vratný pohyb piesta, obmedzujúci rýchlosť a sú príčinou vzniku nevyvážených zotrvačných síl a momentov z nich.
Ale bolo by nemožné vytvoriť spaľovacie motory, ich vývoj a aplikáciu, nebyť efektu tepelnej rozťažnosti. Koniec koncov, v procese tepelnej expanzie plyny zohriate na vysokú teplotu vykonávajú užitočnú prácu. V dôsledku rýchleho spaľovania zmesi vo valci spaľovacieho motora prudko stúpa tlak, pod vplyvom ktorého sa piest pohybuje vo valci. A to je veľmi potrebná technologická funkcia, t.j. silové pôsobenie, vytváranie vysokých tlakov, ktoré sa uskutočňuje tepelnou rozťažnosťou a na čo sa tento jav využíva v rôznych technológiách a najmä v spaľovacích motoroch.
Predmet: VNÚTORNÉ SPAĽOVACIE MOTORY.
Plán prednášok:
2. Klasifikácia spaľovacích motorov.
3. Všeobecné usporiadanie spaľovacieho motora.
4. Základné pojmy a definície.
5. Ľadové palivá.
1. Definícia spaľovacích motorov.
Spaľovacie motory (ICE) sa nazývajú piestový tepelný motor, v ktorom procesy spaľovania paliva, uvoľňovania tepla a jeho premeny na mechanickú prácu prebiehajú priamo v jeho valci.
2. Klasifikácia spaľovacích motorov
Podľa spôsobu realizácie pracovného cyklu spaľovacieho motora spadajú do dvoch širokých kategórií:
1) štvortaktné spaľovacie motory, v ktorých pracovný cyklus v každom valci trvá štyri zdvihy piestu alebo dve otáčky kľukového hriadeľa;
2) dvojtaktné spaľovacie motory, v ktorých pracovný cyklus v každom valci prebieha v dvoch zdvihoch piesta alebo jednej otáčke kľukového hriadeľa.
Podľa spôsobu miešaniaštvortaktné a dvojtaktné spaľovacie motory rozlišujú medzi:
1) Spaľovacie motory s vonkajším miešaním, v ktorých sa horľavá zmes tvorí mimo valca (sem patria karburátorové a plynové motory);
2) ICE s vnútorným miešaním, pri ktorom sa horľavá zmes tvorí priamo vo valci (patria sem dieselové motory a motory so vstrekovaním ľahkého paliva do valca).
Podľa spôsobu zapálenia horľavé zmesi sa rozlišujú:
1) ICE so zapálením horľavej zmesi z elektrickej iskry (karburátor, vstrekovanie plynu a ľahkého paliva);
2) ICE so zapaľovaním paliva v procese tvorby zmesi z vysokej teploty stlačeného vzduchu (dieselové motory).
Podľa druhu použitého paliva rozlišovať:
1) spaľovacie motory pracujúce na ľahké kvapalné palivo (benzín a petrolej);
2) spaľovacie motory poháňané ťažkým kvapalným palivom (plynový olej a motorová nafta);
3) spaľovacie motory pracujúce na plynné palivo (stlačený a skvapalnený plyn; plyn pochádzajúci zo špeciálnych plynových generátorov, v ktorých sa s nedostatkom kyslíka spaľuje tuhé palivo - palivové drevo alebo uhlie).
Podľa spôsobu chladenia rozlišovať:
1) kvapalinou chladený spaľovací motor;
2) ICE s chladením vzduchom.
Podľa počtu a usporiadania valcov rozlišovať:
1) jedno a viacvalcové spaľovacie motory;
2) jeden riadok (vertikálny a horizontálny);
3) dvojradové (v tvare, s protiľahlými valcami).
Podľa dohody rozlišovať:
1) preprava spaľovacích motorov inštalovaných na rôznych vozidlách (autá, traktory, stavebné vozidlá a iné predmety);
2) stacionárne;
3) špeciálne spaľovacie motory, ktoré zvyčajne zohrávajú pomocnú úlohu.
3. Všeobecné usporiadanie spaľovacieho motora
Spaľovacie motory, ktoré sú široko používané v modernej technológii, pozostávajú z dvoch hlavných mechanizmov: kľuka a rozvod plynu; a päť systémov: napájanie, chladenie, mazanie, štartovanie a zapaľovacie systémy (v karburátore, plyne a motoroch s ľahkým vstrekovaním paliva).
kľukový mechanizmus navrhnutý tak, aby vnímal tlak plynov a premieňal priamočiary pohyb piestu na rotačný pohyb kľukového hriadeľa.
Mechanizmus distribúcie plynu určený na plnenie valca horľavou zmesou alebo vzduchom a na čistenie valca od produktov spaľovania.
Mechanizmus distribúcie plynu štvortaktných motorov pozostáva zo sacích a výfukových ventilov poháňaných vačkovým hriadeľom (vačkovým hriadeľom, ktorý je poháňaný od kľukového hriadeľa cez prevodový blok. Rýchlosť otáčania vačkového hriadeľa je polovičná oproti rýchlosti otáčania kľukového hriadeľa.
Mechanizmus distribúcie plynu dvojtaktné motory sa zvyčajne vyrábajú vo forme dvoch priečnych štrbín (otvorov) vo valci: výfuk a sanie, ktoré sa postupne otvárajú na konci zdvihu piesta.
Systém zásobovania je určený na prípravu a dodávku horľavej zmesi požadovanej kvality (karburátorové a plynové motory) alebo porcií rozprášeného paliva v určitom okamihu (dieselové motory) do priestoru piestu.
V karburátorových motoroch sa palivo dostáva pomocou čerpadla alebo gravitácie do karburátora, kde sa v určitom pomere zmieša so vzduchom a cez sací ventil alebo otvor vstupuje do valca.
V plynových motoroch sa vzduch a horľavý plyn miešajú v špeciálnych miešačkách.
V dieselových motoroch a spaľovacích motoroch s ľahkým vstrekovaním paliva sa palivo dodáva do valca v určitom okamihu, zvyčajne pomocou piestového čerpadla.
Chladiaci systém je určený na nútený odvod tepla z ohrievaných častí: bloku valcov, hlavy valcov a pod. Podľa druhu teplo odvádzajúcej látky sa rozlišujú kvapalinové a vzduchové chladiace systémy.
Kvapalinový chladiaci systém pozostáva z kanálov obklopujúcich valce (plášť kvapaliny), kvapalinového čerpadla, chladiča, ventilátora a množstva pomocných prvkov. Kvapalina ochladená v chladiči sa pomocou čerpadla čerpá do plášťa kvapaliny, ochladzuje blok valcov, ohrieva sa a opäť vstupuje do chladiča. V chladiči sa kvapalina ochladzuje v dôsledku prichádzajúceho prúdenia vzduchu a prúdenia vytvoreného ventilátorom.
Vzduchový chladiaci systém sú rebrá valcov motora, fúkané prichádzajúcim alebo ventilátorom generovaným prúdom vzduchu.
Systém mazania slúži na nepretržitý prísun maziva do trecích jednotiek.
Spúšťací systém je určený na rýchle a spoľahlivé štartovanie motora a zvyčajne ide o pomocný motor: elektrický (štartér) alebo benzínový s nízkym výkonom).
Systém zapaľovania používa sa v karburátorových motoroch a slúži na zapálenie horľavej zmesi pomocou elektrickej iskry vytvorenej v zapaľovacej sviečke zaskrutkovanej do hlavy valca motora.
4. Základné pojmy a definície
horná úvrať- TDC, nazývame polohu piestu, ktorý je najvzdialenejší od osi kľukového hriadeľa.
dolná úvrať- BDC, nazývame polohu piestu, ktorý je najmenej vzdialený od osi kľukového hriadeľa.
V mŕtvych bodoch je rýchlosť piesta , pretože menia smer pohybu piestu.
Pohyb piestu z TDC do BDC alebo naopak sa nazýva zdvih piestu a je označený.
Objem dutiny valca, keď je piest v BDC, sa nazýva celkový objem valca a označuje sa .
Kompresný pomer motora je pomer celkového objemu valca k objemu spaľovacej komory.
Kompresný pomer ukazuje, koľkokrát sa objem priestoru piestu zmenší, keď sa piest pohybuje z BDC do TDC. Ako sa v budúcnosti ukáže, kompresný pomer do značnej miery určuje účinnosť (účinnosť) akéhokoľvek spaľovacieho motora.
Grafická závislosť tlaku plynov v priestore piestu od objemu priestoru piestu, pohybu piestu alebo uhla natočenia kľukového hriadeľa je tzv. graf ukazovateľov motora.
5. ICE palivo
5.1. Palivo pre karburátorové motory
Benzín sa používa ako palivo v karburátorových motoroch. Hlavným tepelným ukazovateľom benzínu je jeho nižšia výhrevnosť (asi 44 MJ/kg). Kvalita benzínu sa hodnotí podľa jeho hlavných prevádzkových a technických vlastností: prchavosť, odolnosť proti klepaniu, tepelno-oxidačná stabilita, neprítomnosť mechanických nečistôt a vody, stabilita pri skladovaní a preprave.
Prchavosť benzínu charakterizuje jeho schopnosť prechádzať z kvapalnej fázy do plynnej fázy. Prchavosť benzínu je určená jeho frakčným zložením, ktoré sa zistí destiláciou pri rôznych teplotách. Prchavosť benzínu sa posudzuje podľa bodov varu 10, 50 a 90 % benzínu. Takže napríklad bod varu 10% benzínu charakterizuje jeho východiskové vlastnosti. Čím väčšia je prchavosť pri nízkych teplotách, tým lepšia je kvalita benzínu.
Benzíny majú rôznu antidetonačnú odolnosť, t.j. rôzny sklon k výbuchu. Antidetonačná odolnosť benzínu sa odhaduje pomocou oktánového čísla (OC), ktoré sa číselne rovná objemovému percentu izooktánu v zmesi izooktánu a heptánu, ktorý má rôznu odolnosť voči klepaniu ako toto palivo. Oktánové číslo izooktánu sa považuje za 100 a oktánové číslo heptánu sa považuje za nulu. Čím vyššie je oktánové číslo benzínu, tým nižšia je jeho tendencia k výbuchu.
Na zvýšenie OCh sa do benzínu pridáva etylová kvapalina, ktorá pozostáva z tetraetylolova (TES) – antidetonačného činidla a dibrómeténu – zachytávača. Etylová kvapalina sa pridáva do benzínu v množstve 0,5-1 cm3 na 1 kg benzínu. Benzíny s prídavkom etylovej kvapaliny sa nazývajú olovnaté benzíny, sú jedovaté a pri ich používaní je potrebné dodržiavať bezpečnostné opatrenia. Olovnatý benzín je sfarbený do červeno-oranžovej alebo modro-zelenej farby.
Benzín nesmie obsahovať korozívne látky (síru, zlúčeniny síry, vo vode rozpustné kyseliny a zásady), pretože ich prítomnosť vedie ku korózii častí motora.
Tepelno-oxidačná stabilita benzínu charakterizuje jeho odolnosť voči tvorbe živice a uhlíka. Zvýšená tvorba sadzí a dechtu spôsobuje zhoršenie odvodu tepla zo stien spaľovacej komory, zmenšenie objemu spaľovacej komory a narušenie normálnej dodávky paliva do motora, čo vedie k zníženiu výkonu motora a efektívnosť.
Benzín nesmie obsahovať mechanické nečistoty a vodu. Prítomnosť mechanických nečistôt spôsobuje upchávanie filtrov, palivových potrubí, kanálov karburátora a zvyšuje opotrebovanie stien valcov a iných častí. Prítomnosť vody v benzíne sťažuje štartovanie motora.
Skladovacia stabilita benzínu charakterizuje jeho schopnosť zachovať si svoje pôvodné fyzikálne a chemické vlastnosti počas skladovania a prepravy.
Automobilové benzíny sú označené písmenom A s digitálnym indexom, ukazujú hodnotu OC. V súlade s GOST 4095-75 sa vyrábajú benzíny triedy A-66, A-72, A-76, AI-93, AI-98.
5.2. Palivo pre dieselové motory
Dieselové motory používajú motorovú naftu, ktorá je produktom rafinácie ropy. Palivo používané v dieselových motoroch musí mať tieto základné vlastnosti: optimálnu viskozitu, nízky bod tuhnutia, vysoký sklon k vznieteniu, vysokú tepelnú a oxidačnú stabilitu, vysoké antikorózne vlastnosti, absenciu mechanických nečistôt a vody, dobrú stabilitu pri skladovaní a preprave.
Viskozita motorovej nafty ovplyvňuje dodávku paliva a atomizáciu. Ak je viskozita paliva nedostatočná, presakovanie je korunované medzerami v vstrekovacích dýzach a v inertných pároch palivového čerpadla a pri vysokej viskozite sa zhoršujú procesy dodávky paliva, rozprašovania a tvorby zmesi v motore. Viskozita paliva závisí od teploty. Bod tuhnutia paliva ovplyvňuje proces dodávky paliva z palivovej nádrže. do valcov motora. Preto musí mať palivo nízky bod tuhnutia.
Tendencia paliva vznietiť sa ovplyvňuje priebeh spaľovacieho procesu. Naftové palivá, ktoré majú vysoký sklon k vznieteniu, zabezpečujú plynulý priebeh spaľovacieho procesu, bez prudkého nárastu tlaku, horľavosť paliva sa odhaduje podľa cetánového čísla (CN), ktoré sa číselne rovná percentu podľa objem cetánu v zmesi cetánu a alfametylnaftalénu, ekvivalentný v horľavosti tomuto palivu. Pre motorovú naftu CCH = 40-60.
Tepelno-oxidačná stabilita motorovej nafty charakterizuje jej odolnosť voči tvorbe živice a uhlíka. Zvýšená tvorba sadzí a dechtu spôsobuje zhoršenie odvodu tepla zo stien spaľovacej komory a narušenie dodávky paliva cez dýzy do motora, čo vedie k zníženiu výkonu a účinnosti motora.
Motorová nafta nesmie obsahovať korozívne látky, pretože ich prítomnosť vedie ku korózii častí zariadenia na prívod paliva a motora. Motorová nafta nesmie obsahovať mechanické nečistoty a vodu. Prítomnosť mechanických nečistôt spôsobuje upchávanie filtrov, palivových potrubí, vstrekovačov, kanálov palivového čerpadla a zvyšuje opotrebovanie častí palivového zariadenia motora. Stabilita motorovej nafty charakterizuje jej schopnosť zachovať si svoje pôvodné fyzikálne a chemické vlastnosti počas skladovania a prepravy.
Pre dieselové motory autotraktorov sa používajú priemyselne vyrábané palivá: DL - nafta letná (pri teplotách nad 0 °C), DZ - nafta zima (pri teplotách do -30 °C); ÁNO - diesel arktický (pri teplotách pod -30 ° C) (GOST 4749-73).
