Der unglaublichste Kolbenmotor. EIS – was ist das? Verbrennungsmotor: Kennlinien, Diagramm

Axialer Verbrennungsmotor Duke Engine

Wir sind an die klassische Bauweise von Verbrennungsmotoren gewöhnt, die es eigentlich schon seit einem Jahrhundert gibt. Die schnelle Verbrennung des brennbaren Gemisches im Zylinder führt zu einem Druckanstieg, der den Kolben drückt. Das wiederum dreht die Welle durch eine Pleuelstange und eine Kurbel.

Klassischer ICE

Wenn wir den Motor leistungsstärker machen wollen, müssen wir zunächst das Volumen des Brennraums vergrößern. Durch die Vergrößerung des Durchmessers erhöhen wir das Gewicht der Kolben, was sich negativ auf das Ergebnis auswirkt. Durch die Erhöhung der Länge verlängern wir auch die Pleuelstange und vergrößern den gesamten Motor als Ganzes. Alternativ können Sie Zylinder hinzufügen – was natürlich auch den resultierenden Hubraum erhöht.

Die Ingenieure des Verbrennungsmotors für das erste Flugzeug standen vor solchen Problemen. Sie entwickelten schließlich ein schönes "radiales" Motordesign, bei dem die Kolben und Zylinder in gleichen Winkeln relativ zur Welle kreisförmig angeordnet sind. Ein solches System wird durch einen Luftstrom gut gekühlt, ist aber sehr dimensional. Daher ging die Suche nach Lösungen weiter.

1911 stellte die in Los Angeles ansässige Macomber Rotary Engine Company den ersten axialen (axialen) Verbrennungsmotor vor. Sie werden auch als "Barrel" -Motoren mit einer schwingenden (oder schrägen) Unterlegscheibe bezeichnet. Das ursprüngliche Layout ermöglicht es, die Kolben und Zylinder um die Hauptwelle und parallel zu dieser zu platzieren. Die Drehung der Welle erfolgt durch die Schwingscheibe, die abwechselnd von den Kolbenpleueln gedrückt wird.

Der Macomber-Motor hatte 7 Zylinder. Der Hersteller behauptete, der Motor sei in der Lage, mit Drehzahlen zwischen 150 und 1500 U/min zu arbeiten. Gleichzeitig leistete er bei 1000 U/min 50 PS. Aus damals verfügbaren Materialien gefertigt, wog er 100 kg und maß 710 x 480 mm. Ein solcher Motor wurde in der Silver Dart Walsh des Pionierfliegers Charles Francis Walsh eingebaut.

Ein genialer und leicht verrückter Ingenieur, Erfinder, Designer und Geschäftsmann John Zachariah DeLorean träumte davon, trotz der bestehenden ein neues Automobilimperium aufzubauen und ein völlig einzigartiges "Traumauto" zu bauen. Wir alle kennen den DMC-12, der einfach DeLorean genannt wird. Sie wurde nicht nur zum Star der Leinwand im Film "Zurück in die Zukunft", sondern zeichnete sich auch durch einzigartige Lösungen in allem aus - von der Aluminiumkarosserie auf einem Plexiglasrahmen bis hin zu den Türen "Möwenflügel". Vor dem Hintergrund der Wirtschaftskrise rechtfertigte sich die Produktion des Autos leider nicht. Und dann wurde DeLorean lange Zeit wegen eines gefälschten Drogenfalls verklagt.

Aber nur wenige wissen, dass DeLorean das einzigartige Erscheinungsbild des Autos mit einem einzigartigen Motor ergänzen wollte - unter den Zeichnungen, die nach seinem Tod gefunden wurden, befanden sich Zeichnungen eines axialen Verbrennungsmotors. Seinen Briefen nach zu urteilen, konzipierte er bereits 1954 einen solchen Motor und begann 1979 ernsthaft mit der Entwicklung. Der DeLorean-Motor hatte drei Kolben, die in einem gleichseitigen Dreieck um die Welle herum angeordnet waren. Aber jeder Kolben war doppelseitig - jedes der Kolbenenden musste in einem eigenen Zylinder arbeiten.

Zeichnung aus DeLoreans Notizbuch

Aus irgendeinem Grund fand die Geburt des Motors nicht statt - vielleicht, weil die Entwicklung eines Autos von Grund auf ein ziemlich kompliziertes Unterfangen war. Der DMC-12 wurde von einem von Peugeot, Renault und Volvo gemeinsam entwickelten 2,8-Liter-V6-Motor mit 130 PS angetrieben. mit. Der neugierige Leser kann die Scans von DeLoreans Zeichnungen und Notizen auf dieser Seite studieren.

Exotische Version des Axialmotors - "Trebent-Motor"

Trotzdem wurden solche Motoren nicht weit verbreitet - in der großen Luftfahrt erfolgte allmählich der Übergang zu Turbojet-Triebwerken, und Autos verwenden immer noch ein Schema, bei dem die Welle senkrecht zu den Zylindern steht. Ich frage mich nur, warum ein solches Schema bei Motorrädern, bei denen Kompaktheit praktisch gewesen wäre, keine Wurzeln geschlagen hat. Offenbar konnten sie keinen nennenswerten Vorteil gegenüber dem gewohnten Design bieten. Inzwischen gibt es solche Motoren, aber sie werden hauptsächlich in Torpedos eingebaut - weil sie so gut in den Zylinder passen.

Eine Variante namens "Cylindrical Energy Module" mit doppelseitigen Kolben. Senkrechte Kolbenstangen beschreiben eine Sinuskurve, die sich entlang einer wellenförmigen Oberfläche bewegt

Das Hauptunterscheidungsmerkmal des axialen Verbrennungsmotors ist die Kompaktheit. Darüber hinaus kann das Verdichtungsverhältnis (Volumen der Brennkammer) einfach durch Änderung des Neigungswinkels der Scheibe geändert werden. Dank des Gelenklagers schwingt die Scheibe auf der Welle.

Allerdings stellte das neuseeländische Unternehmen Duke Engines 2013 seine moderne Version des axialen Verbrennungsmotors vor. Sie haben fünf Zylinder, aber nur drei Einspritzdüsen und kein einziges Ventil. Ein weiteres interessantes Merkmal des Motors ist die Tatsache, dass sich Welle und Unterlegscheibe gegenläufig drehen.

Im Inneren des Motors rotieren nicht nur die Unterlegscheibe und die Welle, sondern auch ein Satz Zylinder mit Kolben. Dadurch war es möglich, das Ventilsystem loszuwerden - im Moment der Zündung passiert der bewegliche Zylinder einfach das Loch, in dem der Kraftstoff eingespritzt wird und wo sich die Zündkerze befindet. Während der Auspuffphase passiert der Zylinder den Gasauslass.

Dank dieses Systems ist die Anzahl der benötigten Stopfen und Düsen geringer als die Anzahl der Zylinder. Und eine Umdrehung ergibt die gleiche Anzahl an Kolbenhüben wie bei einem herkömmlichen 6-Zylinder-Motor. In diesem Fall ist das Gewicht des Axialmotors 30% geringer.

Darüber hinaus behaupten Ingenieure von Duke Engines, dass das Verdichtungsverhältnis ihres Motors herkömmlichen Gegenstücken überlegen ist und 15: 1 für 91-Benzin beträgt (bei Standard-Auto-Verbrennungsmotoren beträgt dieses Verhältnis normalerweise 11: 1). Alle diese Indikatoren können zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und damit zu einer Verringerung der schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt führen (je nach Ihren Zielen oder zu einer Erhöhung der Motorleistung).

Das Unternehmen bringt die Motoren nun in den kommerziellen Einsatz. Im Zeitalter bewährter Technologie, Diversifizierung, Skaleneffekte usw. Es ist schwer vorstellbar, wie Sie die Branche ernsthaft beeinflussen können. Auch Duke Engines scheint dies zu repräsentieren und beabsichtigt, ihre Motoren für Motorboote, Generatoren und Kleinflugzeuge anzubieten.

Duke-Motor-Demonstration mit geringer Vibration

Alle Schemata öffnen sich durch Anklicken in voller Größe.

GEGENVERKEHR

Die Besonderheit des Zweitakt-Dieselmotors von Professor Peter Hofbauer, der 20 Jahre seines Lebens für den Volkswagen Konzern gearbeitet hat, sind zwei aufeinander zulaufende Kolben in einem Zylinder. Und der Name bestätigt dies: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) – Gegenkolben, Gegenzylinder.

Ein ähnliches Schema wurde Mitte des letzten Jahrhunderts in der Luftfahrt und im Panzerbau verwendet, beispielsweise bei den deutschen Junkern oder dem sowjetischen Panzer T-64. Tatsache ist, dass bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor beide Anschlüsse für den Gaswechsel durch einen Kolben verschlossen sind und bei Motoren mit gegenüberliegenden Kolben sich ein Einlasskanal im Hubbereich eines Kolbens und ein Auslasskanal im Hub befindet Zone des zweiten. Diese Konstruktion ermöglicht ein früheres Öffnen der Auslassöffnung und daher ist es besser, den Brennraum von Abgasen zu reinigen. Und im Voraus schließen, um etwas von dem Arbeitsgemisch zu sparen, das bei einem Zweitaktmotor normalerweise in den Auspuff geworfen wird.

Was ist das Highlight des Entwurfs des Professors? In der zentralen (zwischen den Zylindern) Position der Kurbelwelle, die alle Kolben gleichzeitig bedient. Diese Entscheidung führte zu einer ziemlich komplizierten Konstruktion der Pleuel. An jedem Kurbelwellenhals befindet sich ein Paar davon, wobei sich ein Paar Pleuelstangen auf beiden Seiten des Zylinders an den äußeren Kolben befindet. Dieses Schema ermöglichte es, mit einer Kurbelwelle auszukommen (die vorherigen Motoren hatten zwei davon an den Rändern des Motors) und eine kompakte, leichte Einheit zu bilden. Bei Viertaktmotoren erfolgt die Luftzirkulation im Zylinder durch den Kolben selbst, beim OPOC-Motor über einen Turbolader. Für eine bessere Effizienz hilft ein Elektromotor, die Turbine schnell zu beschleunigen, die in bestimmten Modi zu einem Generator wird und Energie zurückgewinnt.

Der ohne Rücksicht auf Umweltstandards für die Armee gebaute Prototyp mit einer Masse von 134 kg leistet 325 PS. Auch eine zivile Version wurde vorbereitet - mit etwa hundert Kräften weniger Schlag. Je nach Ausführung ist der OROS-Motor laut dem Schöpfer 30-50% leichter als andere Dieselmotoren vergleichbarer Leistung und zwei- bis viermal kompakter. Auch in der Breite (das ist die beeindruckendste Gesamtabmessung) ist der OROS nur doppelt so groß wie eine der kompaktesten Automobileinheiten der Welt – der Zweizylinder Fiat Twinair.

Der OPOC-Motor ist ein Beispiel für einen modularen Aufbau: Zwei Zylinderblöcke können zu Mehrzylindereinheiten zusammengebaut werden, verbunden durch elektromagnetische Kupplungen. Wenn nicht die volle Leistung benötigt wird, können ein oder mehrere Module abgeschaltet werden, um Kraftstoff zu sparen. Anders als bei herkömmlichen Motoren mit Abschaltzylindern, bei denen die Kurbelwelle sogar die ruhenden Kolben bewegt, können mechanische Verluste vermieden werden. Ich frage mich, was ist mit Kraftstoffeffizienz und Emissionen? Diese Frage übergeht der Entwickler lieber schweigend. Es ist klar, dass die Positionen der Zweitakter hier traditionell schwach sind.

GETRENNTE FÜTTERUNG

Ein weiteres Beispiel für die Abkehr von traditionellen Dogmen. Carmelo Scuderi griff in die heilige Regel der Viertaktmotoren ein: Der gesamte Arbeitsprozess muss strikt in einem Zylinder ablaufen. Der Erfinder teilte den Zyklus auf zwei Zylinder auf: Einer ist für den Gemischeinlass und die Verdichtung zuständig, der zweite für den Arbeitshub und -auslass. Gleichzeitig läuft der traditionelle Viertaktmotor, Split Cycle Combustion (SCC) genannt, mit nur einer Kurbelwellenumdrehung, also doppelt so schnell.

So funktioniert dieser Motor. Im ersten Zylinder verdichtet ein Kolben Luft und fördert sie in den Verbindungskanal. Das Ventil öffnet, der Injektor spritzt Kraftstoff ein und das unter Druck stehende Gemisch strömt in den zweiten Zylinder. Die Verbrennung beginnt bei ihm, wenn sich der Kolben nach unten bewegt, im Gegensatz zum Ottomotor, bei dem das Gemisch etwas früher gezündet wird, als der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Somit stört das brennbare Gemisch im Anfangsstadium der Verbrennung die Bewegung des Kolbens in Richtung des Kolbens nicht, sondern drückt ihn im Gegenteil. Der Schöpfer des Motors verspricht ein Leistungsgewicht von 135 PS. pro Liter Arbeitsvolumen. Darüber hinaus mit einer deutlichen Reduzierung der Schadstoffemissionen durch eine effizientere Verbrennung des Gemischs - beispielsweise mit einer Verringerung des NOx-Ausstoßes um 80% im Vergleich zum gleichen Indikator für einen herkömmlichen Verbrennungsmotor. Gleichzeitig behaupten sie, dass SCC 25 % sparsamer ist als atmosphärische Motoren gleicher Leistung. Ein zusätzlicher Zylinder bedeutet jedoch zusätzliche Masse, größere Abmessungen und erhöhte Reibungsverluste. Kaum zu glauben ... Vor allem, wenn man sich die neue Generation von Kompressormotoren unter dem Motto Downsizing als Beispiel nimmt.

Für diesen Motor wurde übrigens ein originelles Schema der Rekuperation und Druckbeaufschlagung "in einer Flasche" namens Air-Hybrid erfunden. Während der Motorbremsung wird der Fahrzylinder deaktiviert (Ventile geschlossen) und der Kompressionszylinder füllt einen speziellen Vorratsbehälter mit Druckluft. Beim Beschleunigen passiert das Gegenteil: Der Kompressionszylinder arbeitet nicht und die gespeicherte Luft wird in den Arbeitszylinder gepumpt - eine Art Druckbeaufschlagung. Tatsächlich ist bei einem solchen Schema ein vollständiger pneumatischer Modus nicht ausgeschlossen, wenn die Luft die Kolben allein drückt.

STROM AUS LUFT

Auch Professor Lino Guzzella nutzte die Idee, Druckluft in einem separaten Tank zu sammeln: Eines der Ventile öffnet den Weg vom Zylinder zum Brennraum. Der Rest ist ein konventioneller Turbomotor. Der Prototyp wurde auf Basis eines 0,75-Liter-Motors gebaut und bietet ihn als Ersatz für ... einen 2-Liter-Saugmotor.

Um die Effektivität seiner Kreation zu beurteilen, vergleicht der Entwickler sie lieber mit Hybridantrieben. Darüber hinaus erhöht die Konstruktion von Guzzella bei einem ähnlichen Kraftstoffverbrauch (ca. 33 %) die Kosten des Motors um nur 20 % - eine komplexe benzin-elektrische Installation kostet fast das Zehnfache. Im Testmuster wird jedoch weniger durch die Druckbeaufschlagung des Zylinders Kraftstoff gespart, sondern durch das geringe Arbeitsvolumen des Motors selbst. Aber auch im Betrieb eines konventionellen Verbrennungsmotors hat Druckluft noch Perspektiven: Mit ihr lässt sich der Motor im „Start-Stopp“-Modus starten oder das Auto bei niedrigen Geschwindigkeiten bewegen.

KUGELSPINS, SPINS ...

Unter den ungewöhnlichen Verbrennungsmotoren sticht der Motor von Herbert Hüttlin durch das bemerkenswerteste Design hervor: Die traditionellen Kolben und Brennkammern befinden sich im Inneren der Kugel. Die Kolben bewegen sich in mehrere Richtungen. Zum einen aufeinander zu und bilden zwischen sich Brennräume. Darüber hinaus sind sie paarweise zu Blöcken verbunden, auf einer einzigen Achse gepflanzt und drehen sich entlang einer raffinierten Bahn, die von einer ringförmigen Unterlegscheibe vorgegeben wird. In das Kolbenblockgehäuse ist ein Getriebe integriert, das das Drehmoment auf die Abtriebswelle überträgt.

Durch die starre Verbindung zwischen den Blöcken werden beim Befüllen einer Brennkammer mit einem Gemisch gleichzeitig Abgase in eine andere abgegeben. Somit tritt für die Drehung der Kolbenblöcke um 180 Grad ein 4-Takt-Zyklus für eine volle Umdrehung auf - zwei Arbeitszyklen.

Die erste Show der Kugelmaschine auf dem Genfer Autosalon zog alle Blicke auf sich. Das Konzept ist sicherlich interessant - Sie können stundenlang die Arbeit eines 3D-Modells beobachten und versuchen, herauszufinden, wie dieses oder jenes System funktioniert. Auf eine schöne Idee sollte jedoch eine Verkörperung in Metall folgen. Und der Entwickler hat noch kein Wort zu den ungefähren Werten der Hauptindikatoren des Geräts gesagt - Leistung, Effizienz, Umweltfreundlichkeit. Und vor allem über Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit.

MODETHEMA

Der Drehschiebermotor wurde vor etwas weniger als einem Jahrhundert erfunden. Und wahrscheinlich hätten sie sich lange nicht daran erinnert, wenn das ehrgeizige Projekt des russischen Volksautos nicht erschienen wäre. Unter der Haube des "Yo-Mobils" sollte, wenn auch nicht sofort, ein Drehschiebermotor auftauchen, und sogar gepaart mit einem Elektromotor.

Kurz zu seinem Gerät. Auf der Achse befinden sich zwei Rotoren mit je einem Schaufelpaar, die Brennkammern unterschiedlicher Größe bilden. Die Rotoren drehen sich in eine Richtung, aber mit unterschiedlicher Geschwindigkeit - einer holt den anderen ein, das Gemisch zwischen den Schaufeln wird komprimiert, ein Funke springt. Der zweite beginnt sich im Kreis zu bewegen, um den Nachbarn in den nächsten Kreis zu "schieben". Schauen Sie sich das Bild an: im unteren rechten Viertel ist Einlass, oben rechts - Kompression, dann gegen den Uhrzeigersinn - Hub und Release. Das Gemisch wird am oberen Punkt des Kreises gezündet. Somit gibt es bei einer Umdrehung des Rotors vier Arbeitshübe.

Die offensichtlichen Vorteile des Designs sind Kompaktheit, Leichtigkeit und gute Effizienz. Allerdings gibt es auch Probleme. Der wichtigste davon ist die präzise Synchronisation des Betriebs der beiden Rotoren. Das ist keine leichte Aufgabe, und die Lösung muss kostengünstig sein, sonst wird das "Yo-Mobile" nie populär.

Nehmen wir an, Ihr Sohn fragt Sie: "Papa, was ist der tollste Motor der Welt?" Was wirst du ihm antworten? 1000-PS-Aggregat von Bugatti Veyron? Oder ein neuer AMG Turbomotor? Oder ein Volkswagen-Doppelkompressormotor?

Es gab in letzter Zeit viele coole Erfindungen und all diese Supercharger-Einspritzungen scheinen erstaunlich zu sein ... wenn Sie es nicht wissen. Denn der erstaunlichste Motor, den ich kenne, wurde in der Sowjetunion hergestellt und, wie Sie vermutet haben, nicht für Lada, sondern für den T-64-Panzer. Es hieß 5TDF, und hier sind einige überraschende Fakten.

Es war ein Fünfzylinder, was an sich ungewöhnlich ist. Es hatte 10 Kolben, zehn Pleuel und zwei Kurbelwellen. Die Kolben bewegten sich in den Zylindern gegenläufig: erst aufeinander zu, dann zurück, wieder aufeinander zu und so weiter. Der Nebenabtrieb erfolgte von beiden Kurbelwellen, so dass er bequem für den Tank war.

Der Motor arbeitete in einem Zweitakt-Zyklus, und die Kolben spielten die Rolle von Spulen, die die Einlass- und Auslasskanäle öffneten: Das heißt, er hatte keine Ventile oder Nockenwellen. Die Konstruktion war genial und effizient – ​​der Zweitakt-Zyklus sorgte für die maximale Literkapazität und die Direktabschlämmung sorgte für eine hochwertige Zylinderbefüllung.

Darüber hinaus war 5TDF ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung, bei dem Kraftstoff in den Raum zwischen den Kolben kurz vor dem Moment, in dem sie ihre größte Annäherung erreichten, zugeführt wurde. Darüber hinaus erfolgte die Einspritzung mit vier Düsen entlang einer kniffligen Flugbahn, um eine sofortige Gemischbildung zu gewährleisten.

Aber das ist nicht genug. Der Motor hatte einen Turbolader mit einem Twist - die riesige Turbine und der Kompressor waren auf der Welle platziert und hatten eine mechanische Verbindung zu einer der Kurbelwellen. Es war genial - im Beschleunigungsmodus wurde der Kompressor von der Kurbelwelle verdreht, wodurch das Turboloch beseitigt wurde, und wenn der Abgasstrom die Turbine richtig drehte, wurde die Kraft von ihr auf die Kurbelwelle übertragen, was den Wirkungsgrad der Motor (eine solche Turbine wird als Leistungsturbine bezeichnet).

Darüber hinaus war der Motor Multi-Fuel, das heißt, er konnte mit Dieselkraftstoff, Kerosin, Flugbenzin, Benzin oder einer beliebigen Mischung davon betrieben werden.

Hinzu kommen fünfzig weitere ungewöhnliche Lösungen, wie etwa Verbundkolben mit hitzebeständigen Stahleinsätzen und eine Trockensumpfschmierung wie in Rennwagen.

Alle Tricks verfolgten zwei Ziele: den Motor so kompakt, sparsam und leistungsstark wie möglich zu machen. Für einen Panzer sind alle drei Parameter wichtig: Der erste erleichtert das Layout, der zweite verbessert die Autonomie und der dritte die Manövrierfähigkeit.

Und das Ergebnis konnte sich sehen lassen: Bei einem Arbeitsvolumen von 13,6 Litern in der stärksten Ausführung leistete der Motor mehr als 1000 PS. Für einen Dieselmotor der 60er Jahre war dies ein hervorragendes Ergebnis. In Bezug auf den spezifischen Liter und die Gesamtleistung übertraf der Motor die Analoga anderer Armeen mehrmals. Ich habe es live gesehen und das Layout ist wirklich toll - der Spitzname "Suitcase" passt sehr gut zu ihm. Ich würde sogar sagen "einen eng gepackten Koffer".

Es hat sich aufgrund seiner übermäßigen Komplexität und hohen Kosten nicht durchgesetzt. Vor dem Hintergrund von 5TDF scheint jeder Automotor – auch vom Bugatti Veyron – irgendwie unmöglich banal zu sein. Und was zum Teufel ist kein Scherz, die Technologie kann eine Wendung nehmen und wieder zu den Lösungen zurückkehren, die einst bei 5TDF verwendet wurden: Zweitakt-Dieselzyklus, Leistungsturbinen, Mehrdüseneinspritzung.

Es begann eine massive Rückkehr zu Turbomotoren, die einst für Nicht-Sportwagen als zu schwierig galten ...

Nationale Universität für Schiffbau

Sie. adm. Makarova

Abteilung Verbrennungsmotoren

Vorlesungsunterlagen für den Kurs Verbrennungsmotor (sdvs) Nikolaev - 2014

Thema 1. Vergleich von Verbrennungsmotoren mit anderen Typen von Wärmekraftmaschinen. Klassifizierung von Verbrennungsmotoren. Anwendungsbereich, Perspektiven und Richtungen für die weitere Entwicklung. Das Verhältnis im Verbrennungsmotor und deren Kennzeichnung.

Verbrennungsmotor Ist eine Wärmekraftmaschine, bei der die bei der Verbrennung von Kraftstoff im Arbeitszylinder freigesetzte Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie erfolgt durch Übertragung der Energie der Expansion von Verbrennungsprodukten auf den Kolben, dessen Hin- und Herbewegung wiederum durch den Kurbeltrieb in die Drehbewegung der den Propeller antreibenden Kurbelwelle umgewandelt wird , Stromgenerator, Pumpe oder andere Verbraucherenergie.

ICE kann nach folgenden Hauptmerkmalen klassifiziert werden:

– durch die Natur des Arbeitszyklus- bei einer Wärmezufuhr zum Arbeitsmedium bei konstantem Volumen, bei einer Wärmezufuhr bei konstantem Gasdruck und bei einer gemischten Wärmezufuhr, dh zuerst bei einem konstanten Volumen und dann bei einem konstanten Druck von Gase;

– durch die Durchführung des Arbeitszyklus- Viertakt, bei dem der Zyklus in vier aufeinanderfolgenden Kolbenhüben (in zwei Umdrehungen der Kurbelwelle) abgeschlossen wird, und Zweitakt, bei dem der Zyklus in zwei aufeinanderfolgenden Kolbenhüben (in einer Umdrehung der Kurbelwelle) ausgeführt wird ;

– durch Luftzufuhrmethode- aufgeladen und natürlich angesaugt. Bei Viertakt-Verbrennungsmotoren ohne Druckbeaufschlagung wird der Zylinder durch den Saughub des Kolbens mit frischer Ladung (Luft oder brennbares Gemisch) befüllt, bei Zweitakt-Verbrennungsmotoren wird er mit einem vom Motor mechanisch angetriebenen Spülverdichter befüllt . Bei allen aufgeladenen Verbrennungsmotoren wird der Zylinder mit einem speziellen Kompressor gefüllt. Aufgeladene Motoren werden oft als kombiniert bezeichnet, da sie neben einem Kolbenmotor auch einen Kompressor haben, der dem Motor Luft mit erhöhtem Druck zuführt;

– durch Kraftstoffzündung- mit Kompressionszündung (Diesel) und Funkenzündung (Vergaser auf Gas);

– nach der Art des verwendeten Kraftstoffs- Flüssigbrennstoff und Gas. Flüssigbrennstoff-ICEs umfassen auch Mehrstoffmotoren, die ohne bauliche Veränderungen mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden können. Zu gasbefeuerten Verbrennungsmotoren gehören auch Selbstzündungsmotoren, bei denen der Hauptkraftstoff gasförmig ist und eine kleine Menge flüssiger Kraftstoff als Pilot, dh zur Zündung, verwendet wird;

– nach der Methode der Gemischbildung- bei innerer Gemischbildung, wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Zylinders gebildet wird (Dieselmotoren) und bei äußerer Gemischbildung, wenn dieses Gemisch vor dem Einleiten in den Arbeitszylinder aufbereitet wird (Vergaser- und Gasmotoren mit Fremdzündung) . Die Hauptmethoden der internen Gemischbildung sind - volumetrische, volumetrische-film und film ;

– nach Art der Brennkammer (CC)- mit ungeteiltem Einkammer-CS, mit halbgetrenntem CS (CS im Kolben) und getrenntem CS (Vorkammer, Wirbelkammer und Luftkammer-CS);

– nach Kurbelwellendrehzahl n - langsam (МOD) mit n bis 240 min -1, mittlere Geschwindigkeit (SOD) ab 240< n < 750 мин -1 , повышенной оборотности (ПОД) с 750 1500 min-1;

– nach Vereinbarung- Hauptantrieb zum Antrieb von Schiffspropellern (Propeller) und Hilfsantriebe für elektrische Generatoren von Schiffskraftwerken oder Schiffsmechanismen;

– nach dem Wirkprinzip- einfachwirkend (der Arbeitszyklus findet nur in einem Zylinderhohlraum statt), doppeltwirkend (der Arbeitszyklus findet in zwei Zylinderhohlräumen oberhalb und unterhalb des Kolbens statt) und mit gegenläufigen Kolben (in jedem Motorzylinder befinden sich zwei mechanisch verbundene Kolben) sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, wobei sich eine Arbeitsflüssigkeit dazwischen befindet);

– zur Ausführung des Kurbeltriebs (KShM)- Rumpf und Querhaupt. Bei einem Kofferraummotor werden normale Druckkräfte, die beim Kippen der Pleuelstange auftreten, durch den Führungsteil des Kolbens übertragen - einen in der Zylinderbuchse gleitenden Kofferraum; bei einem Kreuzkopfmotor erzeugt der Kolben keine normalen Druckkräfte, die beim Kippen der Pleuelstange entstehen, sondern es entsteht eine Normalkraft in der Kreuzkopfverbindung und wird durch Parallelschieber übertragen, die außerhalb des Zylinders am Motorbett befestigt sind;

– durch Anordnung der Zylinder- vertikal, horizontal, einreihig, zweireihig, Y-förmig, sternförmig usw.

Die wichtigsten Definitionen, die für alle ICEs gelten, sind:

– Oberer, höher und unterer Totpunkt (TDC und BDC), entsprechend der oberen und unteren Extremposition des Kolbens im Zylinder (bei einem vertikalen Motor);

– Kolbenhub, das heißt, der Abstand, wenn sich der Kolben von einer Extremposition zu einer anderen bewegt;

– Brennraumvolumen(oder Kompression) entsprechend dem Volumen des Zylinderhohlraums, wenn sich der Kolben am OT befindet;

– Hubraum, die der Kolben bei seinem Hub zwischen den Totpunkten beschreibt.

Dieselmarke gibt Vorstellung von Art und Grundabmessungen. Haushaltsdieselmotoren sind gemäß GOST 4393-82 „Stationär-, Schiffs-, Diesel- und Industriediesel“ gekennzeichnet. Typen und Basisparameter". Zur Kennzeichnung werden Symbole aus Buchstaben und Zahlen verwendet:

h- Viertakt;

D- Zweitakt;

DD- Zweitakt-Doppelwirkung;

R- reversibel;

MIT- mit umkehrbarer Kupplung;

NS- mit Untersetzungsgetriebe;

ZU- Kreuzkopf;

g- Gas;

h- aufgeladen;

1A, 2A, ZA, 4A- der Automatisierungsgrad gemäß GOST 14228-80.

Das Fehlen eines Buchstabens im Symbol ZU bedeutet, dass der Diesel Kofferraum ist, Buchstaben R- der Diesel ist irreversibel, und die Buchstaben h- Dieselmotor mit Saugmotor. Die Zahlen im Stempel vor den Buchstaben geben die Anzahl der Zylinder an, und nach den Buchstaben: die Zahl im Zähler - der Zylinderdurchmesser in Zentimetern, im Nenner - der Kolbenhub in Zentimetern.

Bei der Marke eines Dieselmotors mit gegenläufigen Kolben werden bei unterschiedlichen Hüben beide Kolbenhübe verbunden durch ein Pluszeichen oder bei gleichen Hüben das Produkt „2 pro Kolbenhub“ angegeben.

Bei der Marke von Schiffsdieselmotoren des Produktionsverbundes „Brjansk Maschinenbauwerk“ (PO BMZ) wird zusätzlich die Änderungsnummer beginnend mit der zweiten angegeben. Diese Nummer wird am Ende der Kennzeichnung gemäß GOST 4393-82 angegeben. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für Markierungen für einige Motoren.

12CHNSP1A 18/20- Dieselmotor Zwölfzylinder, Viertakt, aufgeladen, mit Wendekupplung, mit Untersetzungsgetriebe, automatisiert nach dem 1. Automatisierungsgrad, mit einem Zylinderdurchmesser von 18 cm und einem Kolbenhub von 20 cm.

16DPN 23/2 X 30- 16-Zylinder-Zweitakt-Dieselmotor mit Untersetzungsgetriebe, aufgeladen, mit einem Zylinderdurchmesser von 23 cm und mit zwei gegenläufig bewegten Kolben, jeder Hub von 30 cm,

9DKRN 80 / 160-4- Dieselmotor, Neunzylinder, Zweitakt, Kreuzkopf, reversibel, aufgeladen, mit einem Zylinderdurchmesser von 80 cm, einem Kolbenhub von 160 cm, der vierten Modifikation.

In einigen inländischen Werken wird den gefertigten Dieselmotoren neben der nach GOST vorgeschriebenen Marke auch eine Werksmarke zugeordnet. Zum Beispiel der Markenname g-74 ("Engine of the Revolution") entspricht der Marke 6ChN 36/45.

In den meisten anderen Ländern ist die Motorkennzeichnung nicht durch Normen geregelt und Baufirmen verwenden ihre eigenen Konventionen. Aber auch ein und dieselbe Firma ändert oft die akzeptierten Bezeichnungen. Dennoch ist zu beachten, dass viele Firmen die wichtigsten Motorabmessungen in der Legende angeben: Zylinderdurchmesser und Kolbenhub.

Thema. 2 Das Funktionsprinzip eines Viertakt- und Zweitaktmotors mit und ohne Aufladung.

Viertakt-Verbrennungsmotor.

Viertakt-ICE In Abb. 2.1 zeigt ein Diagramm des Betriebs eines Viertakt-Kolben-Saugdieselmotors (Viertakt-Kreuzkopfmotoren werden überhaupt nicht gebaut).

Reis. 2.1. Das Funktionsprinzip eines Viertakt-Verbrennungsmotors

1. Maßnahme – Einlass oder Füllung ... Kolben 1 wechselt vom TDC zum BDC. Mit einem Abwärtshub des Kolbens durch den Einlass 3 und Einlassventil im Deckel 2 Luft tritt in den Zylinder ein, da der Druck im Zylinder aufgrund der Vergrößerung des Zylindervolumens niedriger wird als der Luftdruck (oder das Arbeitsgemisch bei einem Vergasermotor) vor dem Einlassrohr p o. Das Einlassventil öffnet etwas früher als OT (Punkt R), also mit einem Steigungswinkel von 20 ... 50 ° zum OT, was zu Beginn der Befüllung günstigere Bedingungen für die Luftansaugung schafft. Das Einlassventil schließt nach UT (Punkt ein"), da im Moment der Ankunft des Kolbens am UT (Punkt ein) ist der Gasdruck im Zylinder noch niedriger als im Saugrohr. Das Ansaugen von Luft in den Arbeitszylinder während dieser Zeit wird auch durch die Trägheitsdruckbeaufschlagung der in den Zylinder eintretenden Luft erleichtert - Daher schließt das Einlassventil mit einem Nacheilwinkel von 20 ... 45° nach UT.

Die Vorlauf- und Nachlaufwinkel werden empirisch bestimmt. Der Drehwinkel der Kurbelwelle (PKV), entsprechend dem gesamten Füllvorgang, beträgt ca. 220 ... 275° PKV.

Eine Besonderheit eines aufgeladenen Dieselmotors ist, dass beim 1. Takt keine Frischluft aus der Umgebung angesaugt wird, sondern von einem speziellen Kompressor mit erhöhtem Druck in das Saugrohr gelangt. Bei modernen Schiffsdieselmotoren wird der Verdichter von einer Gasturbine angetrieben, die mit Motorabgasen betrieben wird. Die Einheit aus Gasturbine und Verdichter wird als Turbolader bezeichnet. Bei aufgeladenen Dieseln verläuft die Füllleitung in der Regel oberhalb der Abgasleitung (4. Takt).

2. Takt – Kompression ... Beim Rückhub des Kolbens zum OT wird ab dem Schließen des Einlassventils die in den Zylinder eintretende Frischluftfüllung komprimiert, wodurch deren Temperatur auf das für die Selbstzündung des Kraftstoffs erforderliche Maß ansteigt. Kraftstoff wird durch eine Düse in den Zylinder eingespritzt 4 mit etwas Vorlauf zum TDC (Punkt n) bei hohem Druck, wodurch eine hochwertige Zerstäubung des Kraftstoffs gewährleistet wird. Die Vorverlegung der Kraftstoffeinspritzung auf den OT ist notwendig, um sie auf die spontane Verbrennung in dem Moment vorzubereiten, in dem der Kolben den OT-Bereich erreicht. In diesem Fall werden die günstigsten Voraussetzungen für den Betrieb eines Dieselmotors mit hohem Wirkungsgrad geschaffen. Der Einspritzwinkel im Nennmodus beträgt im MOD normalerweise 1 ... 9 ° und im SOD - 8 ... 16 ° bis TDC. Flammpunkt (Punkt mit) ist in der Abbildung bei OT dargestellt, kann jedoch relativ zum OT geringfügig versetzt sein, d. h. die Kraftstoffzündung kann früher oder später als OT beginnen.

3. Maßnahme – Verbrennung und Verlängerung (Arbeitshub). Der Kolben bewegt sich vom OT zum UT. Zerstäubter Kraftstoff vermischt mit heißer Luft entzündet und verbrennt, was zu einem starken Anstieg des Gasdrucks führt (Punkt z) und dann beginnt ihre Expansion. Gase, die während des Arbeitshubs auf den Kolben einwirken, leisten Nutzarbeit, die über den Kurbeltrieb auf den Energieverbraucher übertragen wird. Der Expansionsvorgang endet, wenn das Auslassventil zu öffnen beginnt. 5 (Punkt B’ ), die mit einer Voreilung von 20 ... 40 ° auftritt. Eine geringfügige Abnahme der Nutzarbeit der Gasexpansion im Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ventil am UT zu öffnen beginnen würde, wird durch eine Abnahme der aufgewendeten Arbeit beim nächsten Hub ausgeglichen.

4. Takt – Veröffentlichung ... Der Kolben bewegt sich vom UT zum OT und drückt die Abgase aus dem Zylinder. Der Gasdruck im Zylinder ist derzeit etwas höher als der Druck hinter dem Auslassventil. Um die Abgase vollständig aus dem Zylinder zu entfernen, schließt das Auslassventil, nachdem der Kolben den OT passiert hat, während der Schließwinkel 10 ... 60 ° PKV beträgt. Daher sind während einer Zeit, die einem Winkel von 30 ... 110 ° PKV entspricht, die Einlass- und Auslassventile gleichzeitig geöffnet. Dies verbessert insbesondere bei aufgeladenen Dieselmotoren die Reinigung des Brennraums von Abgasen, da der Ladeluftdruck in dieser Zeit höher ist als der Abgasdruck.

Somit ist das Auslassventil während des Zeitraums entsprechend 210 ... 280° CWV geöffnet.

Das Funktionsprinzip eines Viertakt-Vergasermotors unterscheidet sich von einem Dieselmotor dadurch, dass das Arbeitsgemisch - Kraftstoff und Luft - außerhalb des Zylinders (im Vergaser) aufbereitet wird und beim 1. Takt in den Zylinder eintritt; das Gemisch wird im OT-Bereich durch einen elektrischen Funken gezündet.

Die in den Perioden des 2. und 3. Taktes gewonnene Nutzarbeit wird durch die Fläche bestimmt einmitzba(Fläche mit schräger Schattierung, cm, 4. Maß). Aber während des 1. Taktes verbringt der Motor Arbeit (unter Berücksichtigung des Atmosphärendrucks p etwa unter dem Kolben), gleich der Fläche über der Kurve R" ma auf die horizontale Linie entsprechend dem Druck p etwa. Während des 4. Takts verbringt der Motor Arbeit zum Ausstoßen der Abgase, gleich der Fläche unter der Kurve brr " zur horizontalen Linie p o. Folglich wird bei einem Viertaktmotor ohne Druckbeaufschlagung die Arbeit des sogenannten „Pumpen“-Hübe, dh 1. und 4. Takt, wenn der Motor die Rolle einer Pumpe spielt, ist negativ (diese Arbeit im Anzeigediagramm wird durch eine senkrecht schraffierte Fläche dargestellt) und sollte von der Nutzarbeit abgezogen werden , gleich der Differenz zwischen der Arbeit im Zeitraum des 3. und 2. Taktes.Unter realen Bedingungen sind die Arbeitspumphübe sehr klein, und daher wird diese Arbeit konventionell als mechanische Verluste bezeichnet.Bei aufgeladenen Dieselmotoren, wenn der Druck der in den Zylinder eintretenden Ladeluft höher ist als der durchschnittliche Druck der Gase im Zylinder während der Zeit, in der sie durch den Kolben herausgedrückt werden, wird die Arbeit der Pumphübe positiv.

Zweitakt-Verbrennungsmotor.

Bei Zweitaktmotoren erfolgt das Reinigen des Arbeitszylinders von Verbrennungsprodukten und das Befüllen mit einer frischen Ladung, dh Ladungswechselvorgänge, nur während der Zeit, in der sich der Kolben im UT-Bereich mit offenen Gaswechselorganen befindet. In diesem Fall erfolgt die Reinigung des Zylinders von Abgasen nicht durch einen Kolben, sondern durch vorverdichtete Luft (bei Dieselmotoren) oder ein brennbares Gemisch (bei Vergaser- und Gasmotoren). Die Vorverdichtung von Luft oder Gemisch erfolgt in einem speziellen Spül- oder Ladekompressor. Beim Gaswechsel in Zweitaktmotoren wird zwangsläufig ein Teil der Frischladung zusammen mit den Abgasen durch die Abgaskörper aus dem Zylinder entfernt. Daher muss die Versorgung des Spül- oder Ladekompressors ausreichend sein, um diese Ladeleckage zu kompensieren.

Die Freisetzung von Gasen aus der Flasche erfolgt durch die Fenster oder durch das Ventil (die Anzahl der Ventile kann 1 bis 4 betragen). Das Ansaugen (Einblasen) einer frischen Ladung in den Zylinder erfolgt bei modernen Motoren nur durch die Fenster. Die Auslass- und Spülanschlüsse befinden sich im unteren Teil der Arbeitszylinderhülse und die Auslassventile befinden sich im Zylinderkopf.

Das Funktionsschema eines Zweitakt-Dieselmotors mit Loop-Blowdown, d. h. wenn Abgas und Blowdown durch die Fenster erfolgen, ist in Abb. 2.2. Der Arbeitszyklus besteht aus zwei Schritten.

1. Maßnahme- Kolbenhub vom UT (Punkt m) zum OT. Kolben zuerst 6 schließt die Bereinigungsfenster 1 (Punkt d"), wodurch der Frischladungsfluss in den Arbeitszylinder gestoppt wird, und dann schließt der Kolben auch die Auslassöffnungen 5 (Punkt B" ), danach beginnt der Prozess der Luftkompression im Zylinder, der endet, wenn der Kolben den OT erreicht (Punkt mit). Punkt n entspricht dem Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor 3 in den Zylinder. Daher wird beim 1. Hub im Zylinder Veröffentlichung , säubern und Füllung Zylinder, danach gibt es Kompression frischer Ladung und Kraftstoffeinspritzung beginnt .

Reis. 2.2. Das Funktionsprinzip eines Zweitakt-Verbrennungsmotors

2. Takt- Kolbenhub von OT nach UT. Im Bereich des OT wird der Kraftstoff durch die Düse eingespritzt, die sich entzündet und verbrennt, während der Gasdruck einen Maximalwert erreicht (Punkt z) und ihre Expansion beginnt. Der Expansionsprozess von Gasen endet in dem Moment, in dem sich der Kolben öffnet 6 Auslassfenster 5 (Punkt B), wonach die Freisetzung von Abgasen aus dem Zylinder aufgrund des Differenzdrucks des Gases im Zylinder und im Abgaskrümmer beginnt 4 ... Dann öffnet der Kolben die Spülanschlüsse 1 (Punkt D) und der Zylinder wird gespült und mit einer frischen Ladung gefüllt. Die Spülung beginnt erst, wenn der Gasdruck in der Flasche unter den Luftdruck p s im Spülbehälter sinkt 2 .

Somit wird beim 2. Hub im Zylinder Kraftstoffeinspritzung , seine Verbrennung , Ausdehnung von Gasen , Abgasfreisetzung , säubern und mit frischer Ladung befüllen ... Während dieser Maßnahme, Arbeitshub nützliche Arbeit leisten.

Das Indikatordiagramm in Abb. 2 ist für Saugdiesel und Kompressordiesel gleich. Die nützliche Arbeit des Zyklus wird durch die Fläche des Diagramms bestimmt md" B"mitzbdm.

Die Arbeit der Gase im Zylinder ist beim 2. Takt positiv und beim 1. Takt negativ.

Gegenkolbenmotor- Konfiguration einer Brennkraftmaschine mit Kolben, die in zwei Reihen gegenüberliegend in gemeinsamen Zylindern so angeordnet sind, dass sich die Kolben jedes Zylinders aufeinander zu bewegen und einen gemeinsamen Brennraum bilden. Die Kurbelwellen sind mechanisch synchronisiert und die Auslasswelle dreht sich 15-22° vor der Einlasswelle, die Leistung wird entweder von einer von ihnen oder von beiden entnommen (z. B. wenn zwei Propeller oder zwei Kupplungen angetrieben werden). Das Layout sorgt automatisch für direktes Blasen - am besten für eine Zweitaktmaschine und das Fehlen eines Gasanschlusses.

Es gibt auch einen anderen Namen für diesen Motortyp - Gegenkolbenmotor (Motor mit PDP).

Motorgerät mit entgegengesetzter Kolbenbewegung: