Eine Wärmekraftmaschine nach einem neuen thermodynamischen Prinzip. Temperatureinfluss auf den Verbrennungsmotor Motor bei geringer Temperaturdifferenz

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Beim Thema Stromgewinnung im Feld haben wir einen solchen Wandler von thermischer Energie in mechanische Energie (und weiter in Strom) irgendwie komplett aus den Augen verloren, wie zum Beispiel externe Verbrennungsmotoren. In diesem Test werden wir einige davon betrachten, die sogar für die Eigenproduktion von Amateuren verfügbar sind.

Tatsächlich ist die Auswahl an Designs für solche Motoren klein - Dampfmaschinen und Turbinen, ein Stirling-Motor in verschiedenen Modifikationen und exotische Motoren wie Vakuummotoren. Dampfmaschinen werden wir vorerst aussondern, denn Bisher wurde nichts Kleines und leicht wiederholbares an ihnen gemacht, aber wir werden auf Stirling-Motoren und Vakuum-Motoren achten.
Geben Sie Klassifizierung, Typen, Funktionsprinzip usw. an. Ich werde nicht hier sein - wer es braucht, wird alles leicht im Internet finden.

Ganz allgemein kann man sich fast jede Wärmekraftmaschine als Generator mechanischer Schwingungen vorstellen, der für seinen Betrieb eine konstante Potentialdifferenz (in diesem Fall thermisch) nutzt. Die Selbsterregungsbedingungen eines solchen Motors werden wie bei jedem Generator durch eine verzögerte Rückkopplung bereitgestellt.

Eine solche Verzögerung wird entweder durch eine starre mechanische Verbindung durch die Kurbel oder durch eine elastische Verbindung oder, wie bei einem "langsam aufheizenden" Motor, durch die thermische Trägheit des Regenerators erzeugt.

Im Hinblick auf das Erzielen der maximalen Schwingungsamplitude ist die Entfernung der maximalen Leistung aus dem Motor optimal, wenn die Phasenverschiebung der Kolbenbewegung 90 Grad beträgt. Bei Motoren mit Kurbeltrieb wird diese Verschiebung durch die Kurbelform vorgegeben. Bei Motoren, bei denen eine solche Verzögerung durch elastische Kopplung oder thermische Trägheit erfolgt, wird diese Phasenverschiebung nur bei einer bestimmten Resonanzfrequenz durchgeführt, bei der die Motorleistung maximal ist. Motoren ohne Kurbeltrieb sind jedoch sehr einfach und daher sehr attraktiv in der Herstellung.

Nach dieser kurzen theoretischen Einführung denke ich, dass es interessanter wird, sich die Modelle anzusehen, die tatsächlich gebaut wurden und für den Einsatz unter mobilen Bedingungen geeignet sein können.

Folgendes wird auf YouTube vorgestellt:

Niedertemperatur-Stirlingmotor für geringe Temperaturunterschiede,

Stirlingmotor für große Temperaturgradienten,

"Langsamer Heizmotor", andere Namen sind Lamina Flow Engine, thermoakustischer Stirling-Motor (obwohl letzterer Name falsch ist, da es eine separate Klasse von thermoakustischen Motoren gibt),

Freikolben-Stirlingmotor,

Vakuummotor (FlameSucker).

Das Aussehen der typischsten Vertreter ist unten gezeigt.

Niedertemperatur-Stirlingmotor.

Hochtemperatur-Stirlingmotor.
(Das Foto zeigt übrigens eine brennende Glühbirne, die von einem an diesen Motor angeschlossenen Ganerator angetrieben wird)

Lamina-Flow-Motor

Freikolbenmotor.

Vakuummotor (Flammenpumpe).

Betrachten wir jeden der Typen genauer.

Beginnen wir mit einem Niedertemperatur-Stirlingmotor. Ein solcher Motor kann ab einer Temperaturdifferenz von buchstäblich mehreren Grad betrieben werden. Aber die daraus entnommene Leistung wird auch klein sein - Bruchteile und Einheiten von Watt.
Es ist besser, die Arbeit solcher Motoren auf Video zu sehen, insbesondere auf Websites wie YouTube wird eine große Anzahl von Arbeitskopien präsentiert. Zum Beispiel:

Niedertemperatur-Stirlingmotor

Bei dieser Motorkonstruktion müssen die oberen und unteren Platten unterschiedliche Temperaturen haben, weil einer von ihnen ist eine Wärmequelle, der andere ein Kühler.

Die zweite Art von Stirling-Motoren kann bereits verwendet werden, um Leistung in Einheiten oder sogar Dutzenden von Watt zu erhalten, was durchaus möglich ist, die meisten elektronischen Geräte unter Feldbedingungen zu versorgen. Ein Beispiel für solche Motoren ist unten gezeigt.

Stirling-Motor

Es gibt viele solcher Engines auf YouTube, und einige bestehen aus diesem Zeug ... aber sie funktionieren.

besticht durch seine Einfachheit. Sein Diagramm ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

"Langsamer Aufheizmotor"

Wie bereits erwähnt, ist auch hier das Vorhandensein einer Kurbel nicht erforderlich, sie wird lediglich benötigt, um die Schwingungen des Kolbens in Rotation umzuwandeln. Wenn die Entfernung mechanischer Energie und ihre weitere Umwandlung nach den bereits beschriebenen Schemata erfolgen, kann sich die Konstruktion eines solchen Generators als sehr, sehr einfach erweisen.

Freikolben-Stirlingmotor.
Bei diesem Motor ist der Verdrängerkolben über eine elastische Verbindung mit dem Kraftkolben verbunden. In diesem Fall hinkt seine Bewegung bei der Resonanzfrequenz des Systems den Schwingungen des Kraftkolbens hinterher, die etwa 90 Grad beträgt, was für die normale Erregung eines solchen Motors erforderlich ist. Tatsächlich wird ein Generator mechanischer Schwingungen erhalten.

Vakuummotor, im Gegensatz zu anderen nutzt es den Effekt in seiner Arbeit Kompression Gas, wenn es abkühlt. Es funktioniert wie folgt: Zuerst saugt der Kolben die Brennerflamme in die Kammer, dann schließt das bewegliche Ventil die Ansaugöffnung und das Gas, das sich abkühlen und zusammenzieht, zwingt den Kolben, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen.
Die Funktionsweise des Motors wird durch das folgende Video perfekt veranschaulicht:

Betriebsdiagramm des Vakuummotors

Und unten ist nur ein Beispiel für einen hergestellten Motor.

Vakuummotor

Abschließend, stellen wir fest, dass der Wirkungsgrad solcher selbstgebauten Motoren zwar bestenfalls einige Prozent beträgt, aber selbst in diesem Fall können solche mobilen Generatoren eine Energiemenge erzeugen, die ausreicht, um mobile Geräte anzutreiben. Als echte Alternative können thermoelektrische Generatoren dienen, deren Wirkungsgrad aber auch bei vergleichbaren Gewichts- und Größenparametern 2 ... 6% beträgt.

Am Ende beträgt die Wärmeleistung selbst einfacher Alkohollampen zig Watt (und beim Feuer - Kilowatt) und die Umwandlung von mindestens einigen Prozent dieses Wärmestroms in mechanische und dann elektrische Energie ermöglicht es Ihnen bereits, erhalten Sie ganz akzeptable Leistungen, die zum Laden echter Geräte geeignet sind ...

Denken wir daran, dass zum Beispiel die empfohlene Leistung einer Solarbatterie zum Laden eines PDAs oder eines Communicators etwa 5 ... 7 W beträgt, aber selbst diese Watt gibt die Solarbatterie nur bei idealen Lichtverhältnissen tatsächlich weniger. Daher werden diese Motoren auch bei einer Leistung von mehreren Watt, aber unabhängig vom Wetter, bereits mit den gleichen Solarmodulen und thermischen Generatoren ziemlich konkurrenzfähig sein.

Wenige Links.

Auf dieser Seite finden Sie eine Vielzahl von Zeichnungen zur Herstellung von Modellen von Stirling-Motoren.

Die Seite www.keveney.com enthält animierte Modelle verschiedener Motoren, einschließlich Stirlings.

Ich würde auch empfehlen, sich die Seite http://ecovillage.narod.ru/ anzusehen, zumal dort das Buch "Walker G. Machines working on the Stirling cycle. 1978" veröffentlicht ist. Es kann als einzelne Datei im djvu-Format (ca. 2 MB) heruntergeladen werden.

etwas Flüssigkeit wird im Zylinder arbeiten. Und von der Bewegung des Kolbens beginnen sich, genau wie bei einer Dampfmaschine, mit Hilfe der Kurbelwelle sowohl das Schwungrad als auch die Riemenscheibe zu drehen. Somit ist ein mechanischer

Das bedeutet, dass Sie nur abwechselnd etwas Arbeitsflüssigkeit erhitzen und abkühlen müssen. Dabei wurden arktische Kontraste verwendet: abwechselnd kommt Wasser aus dem Unterwassereis oder kalte Luft zum Zylinder; die Temperatur der Flüssigkeit im Zylinder ändert sich schnell und ein solcher Motor beginnt zu arbeiten. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Temperaturen über oder unter Null liegen, es ist nur erforderlich, dass zwischen ihnen ein Unterschied besteht. In diesem Fall muss natürlich das Arbeitsfluid für den Motor so aufgenommen werden, dass es bei der niedrigsten Temperatur nicht gefriert.

Bereits 1937 wurde ein Temperaturdifferenzmotor konstruiert. Das Design dieses Motors unterschied sich etwas vom beschriebenen Schema. Es wurden zwei Rohrsysteme entworfen, von denen eines in der Luft und das andere im Wasser liegen muss. Das Arbeitsmedium im Zylinder wird automatisch mit dem einen oder anderen Rohrsystem in Kontakt gebracht. Die Flüssigkeit in den Rohren und im Zylinder steht nicht still: Sie wird ständig von Pumpen angetrieben. Der Motor hat mehrere Zylinder, und diese kommen abwechselnd an die Rohre. Alle diese Vorrichtungen ermöglichen es, den Prozess des Erhitzens und Abkühlens der Flüssigkeit und damit die Drehung der Welle, an der die Kolbenstangen befestigt sind, zu beschleunigen. Dadurch werden solche Drehzahlen erreicht, dass sie über ein Getriebe auf die Welle eines elektrischen Generators übertragen werden können und somit die aus der Temperaturdifferenz aufgenommene Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Der erste Motor, der mit einer Temperaturdifferenz betrieben wurde, war nur für relativ große Temperaturunterschiede in der Größenordnung von 50° ausgelegt. Es war ein kleines 100-Kilowatt-Kraftwerk, das in Betrieb war

über den Temperaturunterschied zwischen Luft und Wasser aus heißen Quellen, die hier und da im Norden vorhanden sind.

An dieser Anlage konnte die Auslegung des Mehrtemperaturmotors überprüft und vor allem experimentelles Material angesammelt werden. Dann wurde ein Motor gebaut, der kleinere Temperaturunterschiede nutzt – zwischen Meerwasser und kalter arktischer Luft. Der Bau von Differenztemperaturstationen wurde überall möglich.

Etwas später wurde eine weitere Quelle für elektrische Energie mit unterschiedlichen Temperaturen gebaut. Aber es war kein mechanischer Motor mehr, sondern ein Gerät, das wie eine riesige galvanische Zelle funktionierte.

In galvanischen Zellen läuft bekanntlich eine chemische Reaktion ab, wodurch elektrische Energie gewonnen wird. Viele chemische Reaktionen beinhalten entweder die Freisetzung oder die Aufnahme von Wärme. Sie können Elektroden und Elektrolyt so wählen, dass keine Reaktion stattfindet, solange die Temperatur der Zellen unverändert bleibt. Aber sobald sie aufgewärmt sind, beginnen sie Strom zu geben. Und hier spielt die absolute Temperatur keine Rolle; Wichtig ist nur, dass die Temperatur des Elektrolyten relativ zur Temperatur der die Anlage umgebenden Luft zu steigen beginnt.

Auch in diesem Fall wird also, wenn eine solche Anlage in kalter, arktischer Luft aufgestellt und ihr „warmes“ Meerwasser zugeführt wird, elektrische Energie gewonnen.

In der Arktis waren bereits in den 50er Jahren Dweit verbreitet. Sie waren ziemlich mächtige Stationen.

Diese Stationen wurden auf einem tief in die Meeresbucht ragenden T-förmigen Pier installiert, eine solche Anordnung der Stationen reduziert die Rohrleitungen, die das Arbeitsfluid der Differentialverdunkelungsanlage mit dem Meerwasser verbinden. Die Installation erfordert eine beträchtliche Tiefe der Bucht für eine gute Pabota.Es müssen große Wassermassen in der Nähe der Station vorhanden sein, damit sie beim Abkühlen durch die Wärmeübertragung auf den Motor nicht gefriert.

Differenztemperatur-Kraftwerk

Das Kraftwerk, das den Temperaturunterschied zwischen Wasser und Luft nutzt, ist auf einem Tal errichtet, das sich tief in die Bucht einschneidet. Auf dem "Dach des Kraftwerksgebäudes sind zylindrische Luftkühler zu sehen. Von den Luftkühlern führen Rohre, durch die jedem Motor Arbeitsflüssigkeit zugeführt wird. Rohre führen auch vom Motor zu einem im Meer versenkten Wasserkühler (nicht abgebildet) in der Abbildung). Motoren sind mit elektrischen verbunden. "Generatoren durch Getriebe (in der Abbildung sind sie im geöffneten Teil des Gebäudes in der Mitte zwischen dem Motor ^ und dem Generator sichtbar), in denen mit Hilfe von ein Schneckengetriebe, die Drehzahl wird erhöht Vom Generator geht die elektrische Energie zu Transformatoren, die die Spannung erhöhen (der Transformator / die Poren befinden sich auf der linken Seite von

Gebäude, in der Abbildung nicht geöffnet) und von den Transformatoren zu den Verteilern (obere Etage im Vordergrund) und dann zur Übertragungsleitung. Ein Teil des Stroms geht an riesige, im Meer versenkte Heizelemente (sie sind in der Abbildung nicht sichtbar). Diese l schaffen einen Frostschutzanschluss.

Einfluss der Temperatur auf den Verbrennungsmotor

Der größte Teil der Wärmeenergie wird vom Motor zum Kühlsystem abgeführt und mit den Abgasen abtransportiert. Die Wärmeabfuhr in das Kühlsystem ist erforderlich, um ein Verbrennen der Kolbenringe, ein Anbrennen der Ventilsitze, ein Festfressen und Festfressen des Kolbens, ein Reißen des Zylinderkopfes, eine Detonation usw. zu verhindern. Bei Luftkühlung ist die zum Antrieb des Lüfters verbrauchte Leistung höher, da der durch die Verrippung der Köpfe und Zylinder erzeugte hohe Luftwiderstand überwunden werden muss.

Um Verluste zu reduzieren, ist es wichtig herauszufinden, wie viel Wärme an das Motorkühlsystem abgeführt werden muss und wie diese Menge reduziert werden kann. G. Ricardo hat diesem Thema bereits in der Anfangsphase der Entwicklung des Motorenbaus große Aufmerksamkeit gewidmet. An einem experimentellen Einzylindermotor mit getrennten Kühlsystemen für Zylinderkopf und Zylinder wurden Versuche durchgeführt, um die diesen Systemen abgeführte Wärmemenge zu messen. Gemessen wurde auch die Wärmeabfuhr durch Kühlung während der einzelnen Phasen des Arbeitszyklus.

Die Verbrennungszeit ist sehr kurz, aber während dieser Zeit steigt der Gasdruck deutlich an und die Temperatur erreicht 2300-2500 ° C. Bei der Verbrennung im Zylinder laufen die Prozesse der Gasbewegung intensiv ab und tragen zur Wärmeübertragung an die Zylinderwände bei. Die in dieser Phase des Arbeitszyklus eingesparte Wärme kann beim anschließenden Expansionshub in Nutzarbeit umgewandelt werden. Bei der Verbrennung gehen etwa 6% der im Kraftstoff enthaltenen Wärmeenergie durch Wärmeübertragung an die Wände von Brennraum und Zylinder verloren.

Während des Expansionshubs werden ca. 7 % der Wärmeenergie des Kraftstoffs an die Zylinderwände abgegeben. Beim Ausdehnen bewegt sich der Kolben vom OT zum UT und gibt nach und nach eine zunehmende Fläche der Zylinderwände frei. Allerdings können auch bei einem langen Expansionsverlauf nur ca. 20 % der eingesparten Wärme in Nutzarbeit umgewandelt werden.

Etwa die Hälfte der an das Kühlsystem abgegebenen Wärme fällt auf den Abgaskreislauf. Abgase verlassen den Zylinder mit hoher Geschwindigkeit und sind heiß. Ein Teil ihrer Wärme wird über das Auslassventil und den Auslasskanal des Zylinderkopfs an das Kühlsystem abgeführt. Direkt hinter dem Ventil ändert die Gasströmung die Richtung um fast 90°, während Wirbel entstehen, die die Wärmeübertragung an die Wände des Auslasskanals verstärken.

Die Abgase müssen auf kürzestem Weg aus dem Zylinderkopf abgeführt werden, da die auf ihn übertragene Wärme das Kühlsystem erheblich belastet und ein Teil der effektiven Motorleistung genutzt werden muss, um sie an die Umgebungsluft abzuführen. Während der Gasfreisetzungszeit werden ca. 15 % der im Brennstoff enthaltenen Wärme an das Kühlsystem abgeführt. Die Wärmebilanz eines Ottomotors ist in der Tabelle angegeben. acht.

Tabelle 8. Wärmebilanz eines Ottomotors

Ein Dieselmotor hat unterschiedliche Wärmeabfuhrbedingungen. Aufgrund des höheren Verdichtungsverhältnisses ist die Temperatur der den Zylinder verlassenden Gase viel niedriger. Aus diesem Grund ist die während des Auspufftakts abgeführte Wärmemenge geringer und beträgt in einigen Fällen etwa 25 % der Gesamtwärme, die dem Kühlsystem zugeführt wird.

Der Druck und die Temperatur der Gase während der Verbrennung in einem Dieselmotor sind höher als die eines Benzinmotors. Zusammen mit den hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Gase im Zylinder tragen diese Faktoren zu einer Erhöhung der Wärmemenge bei, die an die Wände der Brennkammer übertragen wird. Während der Verbrennung beträgt dieser Wert etwa 9% und während der Expansion - 6%. Während des Auspufftakts werden 9% der im Kraftstoff enthaltenen Energie an das Kühlsystem abgegeben. Die Wärmebilanz des Dieselmotors ist in der Tabelle angegeben. neun.

Tabelle 9. Wärmebilanz von Diesel

Die durch die Reibung des Kolbens an den Zylinderwänden erzeugte Wärme beträgt beim Ottomotor etwa 1,5 % und beim Dieselmotor etwa 2 % seiner Gesamtmenge. Diese Wärme wird auch an das Kühlsystem übertragen. Anzumerken ist, dass die aufgeführten Beispiele Ergebnisse von Messungen an Forschungs-Einzylindermotoren darstellen und keine Pkw-Motoren charakterisieren, sondern lediglich dazu dienen, die Unterschiede in der Wärmebilanz eines Otto- und eines Dieselmotors aufzuzeigen.

IN DAS KÜHLSYSTEM ABGEFÜHRTE WÄRME

Das Kühlsystem entzieht etwa 33 % der im verwendeten Brennstoff enthaltenen Wärmeenergie. Bereits zu Beginn der Entwicklung von Verbrennungsmotoren wurde nach Wegen gesucht, die dem Kühlsystem abgeführte Wärme zumindest teilweise in effektive Motorleistung umzuwandeln. Zu dieser Zeit war eine Dampfmaschine mit einem wärmeisolierten Zylinder weit verbreitet und ziemlich effektiv, und daher wurde natürlich versucht, diese Methode der Wärmeisolierung auf einen Verbrennungsmotor anzuwenden. Experimente in diese Richtung wurden von namhaften Spezialisten wie zB R. Diesel durchgeführt. Im Laufe der Experimente traten jedoch erhebliche Probleme auf.

Bei dem in Verbrennungsmotoren verwendeten Kurbeltrieb drücken der Gasdruck auf den Kolben und die Trägheitskraft der translatorisch bewegten Massen den Kolben gegen die Zylinderwand, was bei hoher Kolbengeschwindigkeit eine gute Schmierung dieser Reibpaarung erfordert. In diesem Fall sollte die Öltemperatur die zulässigen Grenzen nicht überschreiten, was wiederum die Temperatur der Zylinderwand begrenzt. Bei modernen Motorenölen sollte die Zylinderwandtemperatur nicht höher als 220 °C sein, während die Temperatur der Gase im Zylinder während der Verbrennung und Expansion um eine Größenordnung höher ist und der Zylinder aus diesem Grund gekühlt werden muss.

Ein weiteres Problem hängt mit der Aufrechterhaltung der normalen Temperatur des Auslassventils zusammen. Die Festigkeit von Stahl nimmt bei hohen Temperaturen ab. Durch die Verwendung von Spezialstählen als Material des Auslassventils kann dessen maximal zulässige Temperatur auf 900°C erhöht werden.

Die Temperatur der Gase im Zylinder während der Verbrennung erreicht 2500-2800 ° C. Wenn die an die Wände der Brennkammer und des Zylinders übertragene Wärme nicht abgeführt würde, würde deren Temperatur die zulässigen Werte für die Materialien überschreiten, aus denen diese Teile bestehen. Viel hängt von der Geschwindigkeit des Gases in der Nähe der Wand ab. Es ist praktisch unmöglich, diese Drehzahl im Brennraum zu bestimmen, da sie sich während des gesamten Arbeitszyklus ändert. Ebenso ist es schwierig, die Temperaturdifferenz zwischen Zylinderwand und Luft zu bestimmen. Beim Ansaugen und zu Beginn der Verdichtung ist die Luft kälter als die Zylinderwände und der Brennraum, daher wird Wärme von der Wand auf die Luft übertragen. Ab einer bestimmten Position des Kolbens während des Kompressionshubs steigt die Lufttemperatur über die Wandtemperaturen an und der Wärmestrom ändert seine Richtung, d. h. Wärme wird von der Luft auf die Zylinderwände übertragen. Die Berechnung der Wärmeübertragung unter solchen Bedingungen ist ein sehr komplexes Problem.

Starke Temperaturänderungen der Gase in der Brennkammer wirken sich auch auf die Temperatur der Wände aus, die während eines Zyklus auf der Oberfläche der Wände und in einer Tiefe von weniger als 1,5-2 mm schwankt, und tiefer ist sie auf einen bestimmten eingestellt Durchschnittswert. Bei der Berechnung des Wärmeübergangs ist dieser mittlere Temperaturwert für die Außenfläche der Zylinderwand zu verwenden, von der Wärme an das Kühlmittel abgegeben wird.

Die Oberfläche des Brennraums umfasst nicht nur zwangsgekühlte Teile, sondern auch Kolbenboden und Ventilteller. Die Wärmeübertragung an die Wände der Brennkammer wird durch eine Schicht von Kohlenstoffablagerungen und an die Wände des Zylinders durch einen Ölfilm verhindert. Ventilköpfe müssen flach sein, um eine Mindestoberfläche für heiße Gase bereitzustellen. Im geöffneten Zustand wird das Einlassventil durch den einströmenden Ladungsstrom gekühlt, während das Auslassventil im Betrieb durch die Abgase sehr heiß wird. Der Schaft dieses Ventils ist durch eine lange Führung, die fast bis zum Ventilteller reicht, vor heißen Gasen geschützt.

Wie bereits erwähnt, wird die maximale Temperatur des Auslassventils durch den Wärmewiderstand des Materials, aus dem es hergestellt ist, begrenzt. Die Wärme vom Ventil wird hauptsächlich über seinen Sitz zum gekühlten Zylinderkopf und teilweise über eine Führung abgeführt, die ebenfalls gekühlt werden muss. Bei Auslassventilen, die unter extremen Temperaturbedingungen arbeiten, ist der Schaft hohl und teilweise mit Natrium gefüllt. Wenn das Ventil erhitzt wird, befindet sich Natrium in einem flüssigen Zustand, und da es nicht den gesamten Hohlraum der Stange ausfüllt, bewegt es sich bei der Bewegung des Ventils intensiv darin, wodurch Wärme vom Ventilteller zu seiner Führung und dann zu das Kühlmedium.

Der Auslassventilteller hat den kleinsten Temperaturunterschied zu den Gasen im Brennraum und wird daher bei der Verbrennung relativ wenig Wärme auf ihn übertragen. Beim Öffnen des Auslassventils ist jedoch der Wärmeübergang vom Abgasstrom auf den Ventilteller sehr hoch, der dessen Temperatur bestimmt.

ADIABATE MOTOREN

Bei einem adiabatischen Motor werden der Zylinder und sein Kopf nicht gekühlt, sodass kein Wärmeverlust durch Kühlung entsteht. Kompression und Expansion im Zylinder erfolgen ohne Wärmeaustausch mit den Wänden, also adiabatisch, ähnlich dem Carnot-Zyklus. Die praktische Umsetzung eines solchen Motors ist mit folgenden Schwierigkeiten verbunden.

Damit keine Wärmeströme zwischen den Gasen und den Zylinderwänden auftreten, ist es erforderlich, dass die Temperatur der Wände zu jedem Zeitpunkt gleich der Temperatur der Gase ist. Eine so schnelle Wandtemperaturänderung während des Zyklus ist praktisch unmöglich. Es wäre möglich, einen nahezu adiabatischen Zyklus zu realisieren, wenn die Temperatur der Wände während des Zyklus im Bereich von 700-1200 ° C gewährleistet ist. Gleichzeitig muss das Material der Wände bei einer solchen Temperatur funktionsfähig bleiben, und außerdem ist eine Wärmedämmung der Wände erforderlich, um die Wärmeabfuhr von ihnen zu verhindern.

Es ist möglich, eine solche mittlere Temperatur der Zylinderwände nur in ihrem oberen Teil sicherzustellen, der nicht mit dem Kolbenboden und seinen Ringen in Kontakt steht und daher keine Schmierung erfordert. In diesem Fall kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass heiße Gase nicht über den geschmierten Teil der Zylinderwände gespült werden, wenn sich der Kolben in Richtung UT bewegt. Gleichzeitig ist davon auszugehen, dass Zylinder und Kolben keine Schmierung benötigen.

Weitere Schwierigkeiten sind mit Ventilen verbunden. Das Einlassventil wird teilweise durch die Ansaugluft gekühlt. Diese Abkühlung erfolgt aufgrund einer Erhöhung der Lufttemperatur und führt letztendlich zu einem Verlust eines Teils der effektiven Leistung und des Wirkungsgrades des Motors. Durch die Wärmedämmung des Ventiltellers kann die Wärmeabgabe an das Ventil bei der Verbrennung stark reduziert werden.

Die Temperaturbedingungen des Auslassventils sind viel schwieriger. Aus dem Zylinder austretende heiße Gase haben am Übergang des Ventiltellers in den Schaft eine hohe Geschwindigkeit und erhitzen das Ventil stark. Um die Wirkung der Adiabatie zu erzielen, ist daher nicht nur für den Ventilteller, sondern auch für seinen Schaft eine Wärmeisolierung erforderlich, deren Wärmeabfuhr durch Kühlen seines Sitzes und seiner Führung erfolgt. Außerdem muss der gesamte Auslasskanal im Zylinderkopf wärmeisoliert sein, damit die Wärme der den Zylinder verlassenden Abgase nicht durch seine Wände auf den Kopf übertragen wird.

Wie bereits erwähnt, wird beim Verdichtungstakt zunächst relativ kalte Luft von den heißen Zylinderwänden erwärmt. Außerdem steigt während des Kompressionsprozesses die Lufttemperatur an, die Richtung des Wärmeflusses wird umgekehrt und die Wärme von den erhitzten Gasen wird an die Zylinderwände übertragen. Am Ende der adiabatischen Verdichtung wird im Vergleich zur Verdichtung in einem konventionellen Motor ein höherer Gastemperaturwert erreicht, dies erfordert jedoch mehr Energie.

Beim Abkühlen der Druckluft wird weniger Energie aufgewendet, da weniger Arbeit erforderlich ist, um durch die Kühlung weniger Luftvolumen zu verdichten. Somit verbessert die Kühlung des Zylinders während der Kompression den mechanischen Wirkungsgrad des Motors. Im Zuge der Expansion empfiehlt es sich hingegen, den Zylinder zu Beginn dieses Hubes zu isolieren oder der Ladung Wärme zuzuführen. Diese beiden Bedingungen schließen sich gegenseitig aus und können nicht gleichzeitig umgesetzt werden.

Eine Druckluftkühlung kann bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren dadurch erreicht werden, dass einem Ladeluftkühler Luft zugeführt wird, nachdem sie in einem Kompressor verdichtet wurde.

Eine Wärmezufuhr der Luft aus den Zylinderwänden zu Beginn der Expansion ist eingeschränkt möglich. Brennraumwandtemperaturen eines adiabatischen Motors

sehr hoch, wodurch sich die in den Zylinder eintretende Luft erwärmt. Der Füllgrad und damit die Leistung eines solchen Motors ist geringer als bei einem Motor mit Zwangskühlung. Dieser Nachteil kann mit Hilfe eines Turboladers beseitigt werden, der die Energie der Abgase nutzt; Ein Teil dieser Energie kann über eine Nutzturbine (Turbo-Compound-Motor) direkt auf die Motorkurbelwelle übertragen werden.

Die heißen Wände der Brennkammer eines adiabatischen Motors sorgen für eine Zündung von Kraftstoff an ihnen, was die Verwendung eines Dieselarbeitsverfahrens in einem solchen Motor vorgibt.

Bei perfekter Wärmeisolierung von Brennraum und Zylinder würde die Wandtemperatur bis zum Erreichen der mittleren Temperatur des Zyklus in einer Tiefe von ca. 1,5 mm von der Oberfläche ansteigen, d.h. wäre 800-1200 °C. Solche Temperaturbedingungen stellen hohe Anforderungen an die Werkstoffe des Zylinders und der den Brennraum bildenden Teile, die hitzebeständig und wärmedämmend sein müssen.

Der Motorzylinder muss, wie angegeben, geschmiert werden. Gewöhnliche Öle werden bis zu einer Temperatur von 220 °C verwendet, oberhalb derer Verbrennungsgefahr und Elastizitätsverlust der Kolbenringe besteht. Wenn der Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung besteht, nimmt die Festigkeit eines solchen Kopfes bereits bei einer Temperatur von 250 bis 300 ° C schnell ab. Die zulässige Temperatur zum Heizen des Auslassventils beträgt 900 bis 1000 ° C. Diese Werte der maximal zulässigen Temperaturen müssen beim Aufbau eines adiabatischen Motors beachtet werden.

Den größten Erfolg bei der Entwicklung adiabatischer Motoren erzielte Cummins (USA). Das Diagramm eines von dieser Firma entwickelten adiabatischen Motors ist in Abb. 75 für einen wärmeisolierten Zylinder-, Kolben- und Zylinderkopfauslasskanal. Die Abgastemperatur im wärmegedämmten Abgasrohr beträgt 816 °C. Die mit dem Abgasrohr verbundene Turbine ist über ein zweistufiges Getriebe mit Drehschwingungsdämpfer mit der Kurbelwelle verbunden.

Der Prototyp des adiabatischen Motors entstand auf Basis eines Sechszylinder-NH-Dieselmotors. Ein schematischer Querschnitt dieses Motors ist in Abb. 76, und seine Parameter sind unten angegeben:

Anzahl der Zylinder ............................................... 6
Zylinderdurchmesser, mm ...................................... 139,7
Kolbenhub, mm .................................................. ... 152,4
Drehfrequenz, min-1 .................................. 1900
Maximaler Druck im Zylinder, MPa ..... 13
Schmiermitteltyp ................................. Öl
Mittlerer effektiver Druck, MPa .................. 1,3
Luft/Kraftstoff-Massenverhältnis ................. 27: 1
Einlasslufttemperatur, ° С ................ 60

Erwartete Ergebnisse

Leistung, kW .................................... 373
Drehfrequenz, min-1 ................................. 1900
NOx + CHx-Emission ................................. 6,7
Spezifischer Kraftstoffverbrauch, g / (kWh) .......... 170
Lebensdauer, h .................................. 250

Bei der Konstruktion des Motors werden häufig Glaskeramikmaterialien mit hoher Hitzebeständigkeit verwendet. Eine hohe Qualität und lange Lebensdauer von Teilen aus diesen Werkstoffen ist jedoch bisher nicht gewährleistet.

Der Herstellung des in Abb. 1 gezeigten Verbundkolbens wurde viel Aufmerksamkeit gewidmet. 77. Keramikkolbenkopf 1 verbunden mit seiner Basis 2 Spezialschraube 3 mit Scheibe 4 . Die maximale Temperatur in der Mitte des Kopfes erreicht 930 ° C. Von der Basis ist der Kopf durch ein Paket dünner Stahlabstandshalter 6 mit einer stark unebenen und rauen Oberfläche wärmeisoliert. Jede Lage des Gehäuses hat aufgrund der kleinen Kontaktfläche einen hohen thermischen Widerstand. Die Wärmeausdehnung des Bolzens wird durch Tellerfedern 5 ausgeglichen.

WÄRMEABGABE IN DIE LUFT UND DEREN REGELUNG

Die Wärmeabfuhr durch das Kühlsystem verursacht nicht nur den Verlust von Wärmeenergie, die in Betrieb genommen werden könnte, sondern auch direkte Verluste eines Teils der effektiven Motorleistung durch den Antrieb des Lüfters und der Wasserpumpe. Die Wärmeabfuhr von der gekühlten Fläche S an die Luftumgebung hängt von der Temperaturdifferenz zwischen dieser Fläche und der Luft ab T, sowie vom Wärmeübergangskoeffizienten der Kühlfläche an die Luft. Dieser Faktor ändert sich nicht wesentlich, unabhängig davon, ob die Kühlfläche durch die Kühlerlamellen des Flüssigkeitskühlsystems oder durch die Lamellen der Teile des luftgekühlten Motors gebildet wird. Betrachten wir zunächst Motoren mit Flüssigkeitskühlung.

Die Kühlluftmenge ist geringer, je mehr Wärme pro Volumeneinheit abgeführt wird, dh je mehr die Kühlluft erwärmt wird. Dies erfordert eine gleichmäßige Verteilung der Luft über die gesamte Kühlfläche und eine maximale Temperaturdifferenz zwischen dieser und der Luft. Im Kühler des Flüssigkeitskühlsystems werden Bedingungen geschaffen, unter denen die gekühlte Oberfläche ein nahezu gleichmäßiges Temperaturfeld aufweist und die Temperatur der Kühlluft beim Durchströmen des Kühlers allmählich ansteigt und am Auslass einen Maximalwert erreicht. Der Temperaturunterschied zwischen der Luft und der gekühlten Oberfläche nimmt allmählich ab. Auf den ersten Blick scheint ein tiefer Radiator vorzuziehen, da sich die Luft darin stärker erwärmt, aber dieses Thema sollte aus energetischer Sicht betrachtet werden.

Der Oberflächenwärmedurchgangskoeffizient a ist eine komplexe Abhängigkeit von mehreren Faktoren, den größten Einfluss auf seinen Wert hat jedoch der Luftdurchsatz in der Nähe der Kühlfläche. Die Beziehung zwischen ihnen kann durch das Verhältnis von ~ 0,6-0,7 dargestellt werden.

Bei einer Erhöhung der Luftgeschwindigkeit um 10 % erhöht sich die Wärmeabfuhr nur um 7 %. Der Luftdurchsatz ist proportional zu seinem Durchsatz durch den Kühler. Wenn sich das Design des Kühlers nicht ändert, sollte die Lüftergeschwindigkeit um 10 % erhöht werden, um die abgeführte Wärmemenge um 7 % zu erhöhen, da die vom Lüfter gelieferte Luftmenge direkt davon abhängt. Der Luftdruck bei konstanter Querschnittsfläche des Lüfters hängt vom zweiten Grad seiner Drehzahl ab, und die Lüfterantriebsleistung ist proportional zu seinem dritten Grad. Wenn die Lüfterdrehzahl um 10 % erhöht wird, erhöht sich die Antriebsleistung um 33 %, was negative Folgen hat, die sich in einer Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrades des Motors manifestieren.

Die Abhängigkeit der Kühlluftmenge von der abgeführten Wärmemenge sowie von Luftdruckerhöhung und Lüfterantriebsleistung ist in Abb. 78. Im Hinblick auf die Senkung der Energiekosten ist dieses Nomogramm sehr nützlich. Wenn die Frontfläche des Kühlers um 7% vergrößert wird, nimmt die Fläche des Strömungsquerschnitts und der Kühlfläche des Kühlers proportional zu, und daher reicht die Kühlluftmenge aus, um die gleichen 7 . zu erhöhen %, um 7% mehr Wärme abzuführen, dh wie im oben beschriebenen Beispiel. Gleichzeitig wird die Lüfterleistung um nur 22,5 % statt 33 % gesteigert. Wenn der Luftstrom durch den Lüfter V z Erhöhung um 20% (Punkt und Pfeile 1 in Abb. 78), dann die Abtrags- und Wärmemenge Q, proportional zu Vz0,3 , wird um 11,5% steigen. Eine Änderung des Luftstroms durch Erhöhung der Lüfterdrehzahl um die gleichen 20 % führt zu einer Erhöhung des Luftstromdrucks um 44 % und der Lüfterantriebsleistung um 72,8 %. Um die Wärmeableitung auf dieselbe Weise um 20 % zu erhöhen, erhöhen Sie den Luftdurchsatz um 35,5% (punktierte und gepunktete Pfeile 2 in Abb. 78), was eine Erhöhung des Luftdrucks um 84 % und der Lüfterantriebsleistung - um fast das 2,5-fache (um 149 %) mit sich bringt. Daher ist es rentabler, die Frontfläche des Kühlers zu vergrößern, als die Drehzahl des letzteren mit dem gleichen Kühler und Lüfter zu erhöhen.

Wenn der Heizkörper entlang seiner Tiefe in zwei gleiche Teile geteilt ist, dann ist die Temperaturdifferenz an der Vorderseite T1 wird mehr sein als hinten T2 , und daher wird die Vorderseite des Kühlers stärker durch Luft gekühlt. Zwei Kühler, die durch die Teilung in zwei Teile in der Tiefe erhalten werden, haben einen geringeren Widerstand gegen den Kühlluftstrom. Daher ist ein zu tiefer Strahler für die Verwendung nachteilig.

Der Heizkörper sollte aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen und sein Widerstand gegen Luft- und Flüssigkeitsströmungen sollte gering sein. Die Masse des Kühlers und das Volumen der darin enthaltenen Flüssigkeit sollten ebenfalls gering sein, da dies für das schnelle Aufwärmen des Motors und die Aufnahme des Heizsystems im Auto wichtig ist. Moderne Pkw mit niedrigem Vorderwagen benötigen niedrige Kühler.

Um die Energiekosten zu minimieren, ist es wichtig, einen hohen Lüfterwirkungsgrad zu erreichen, wofür ein Leitluftkanal verwendet wird, der einen kleinen Spalt entlang des Außendurchmessers des Lüfterrades aufweist. Das Lüfterrad besteht oft aus Kunststoff, was die exakte Form des Schaufelprofils, deren glatte Oberfläche und geringe Geräuschentwicklung garantiert. Bei hohen Drehzahlen verformen sich solche Schaufeln und reduzieren dadurch den Luftdurchsatz, was sehr empfehlenswert ist.

Eine hohe Kühlkörpertemperatur erhöht die Effizienz. Daher werden derzeit abgedichtete Kühler verwendet, deren Überdruck den Siedepunkt des Kühlmittels und damit die Temperatur der gesamten Kühlermatrix erhöht, die kleiner und leichter sein kann.

Für einen luftgekühlten Motor gelten die gleichen Gesetze wie für einen flüssigkeitsgekühlten Motor. Der Unterschied besteht darin, dass die Kühlrippen der luftgekühlten Motorteile eine höhere Temperatur haben als die Kühlermatrix, sodass weniger Kühlluft benötigt wird, um die gleiche Wärmemenge bei der Luftkühlung abzuführen. Dieser Vorteil ist beim Betrieb von Fahrzeugen in heißen Klimazonen von großer Bedeutung. Tisch 10 zeigt die Betriebsmodi von flüssigkeits- und luftgekühlten Motoren, wenn sich die Umgebungstemperatur von 0 auf 50 ° C ändert. Bei einem flüssigkeitsgekühlten Motor reduziert sich der Kühlgrad um 45,5%, während er bei einem luftgekühlten Motor unter gleichen Bedingungen nur 27,8 % beträgt. Für einen flüssigkeitsgekühlten Motor bedeutet dies ein voluminöseres und energieintensiveres Kühlsystem. Bei einem luftgekühlten Motor reicht eine leichte Modifikation des Lüfters aus.

Tabelle 10. Wirkungsgrad der Motorkühlung durch Flüssigkeits- und Luftkühlsysteme in Abhängigkeit von der Außentemperatur

Die Kühlungssteuerung führt zu großen Energieeinsparungen. Die Kühlung kann so eingestellt werden, dass sie bei maximaler Motorlast und maximaler Umgebungstemperatur zufriedenstellend ist. Bei niedrigeren Umgebungstemperaturen und bei Motorteillast ist diese Kühlung jedoch naturgemäß zu stark und die Kühlung muss nachjustiert werden, um den Verschleiß und den mechanischen Wirkungsgrad des Motors zu reduzieren. Bei flüssigkeitsgekühlten Motoren erfolgt dies normalerweise durch Drosseln des Flüssigkeitsstroms durch den Kühler. In diesem Fall ändert sich die Leistungsaufnahme des Ventilators nicht und aus energetischer Sicht bringt eine solche Regelung keinen Vorteil. Um beispielsweise einen 50-kW-Motor bei einer Temperatur von 30 °C zu kühlen, werden 2,5 kW verbraucht, und bei einer Temperatur von 0 °C und einer Motorlast von 50% der Volllast wären nur 0,23 kW erforderlich. Vorausgesetzt, dass die erforderliche Kühlluftmenge proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Kühleroberfläche und der Luft ist, reicht bei 50% Motorlast auch der halbe Luftvolumenstrom, gesteuert durch die Lüfterdrehzahl, aus, um den Motor zu kühlen. Die Einsparungen an Energie und folglich Kraftstoffverbrauch bei einer solchen Regelung können ganz erheblich sein.

Daher wird derzeit der Regulierung der Kühlung besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die bequemste Regelung ist die Änderung der Lüfterdrehzahl, für die Umsetzung ist jedoch ein variabler Antrieb erforderlich.

Das Ausschalten des Lüfterantriebs dient dem gleichen Zweck wie das Ändern seiner Drehzahl. Dazu verwendet man zweckmäßigerweise eine elektromagnetische Kupplung, die von einem Thermostaten in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeit (bzw. des Zylinderkopfes) eingeschaltet wird. Wird die Kupplung durch einen Thermostat eingeschaltet, erfolgt die Regelung nicht nur abhängig von der Umgebungstemperatur, sondern auch von der Motorbelastung, was sehr effektiv ist.

Die Abschaltung des Lüfters erfolgt über eine Viskosekupplung auf mehrere Arten. Betrachten Sie als Beispiel eine Viskosekupplung von Holset (USA).

Die einfachste Methode nutzt die Begrenzung des übertragenen Drehmoments. Da das zum Drehen des Lüfters erforderliche Drehmoment mit steigender Drehzahl zunimmt, nimmt auch der Schlupf der Viskosekupplung zu und ab einem bestimmten Wert der Lüfterleistungsaufnahme steigt deren Drehzahl nicht mehr an (Abb. 79). Die Lüfterdrehzahl steigt bei ungeregeltem Keilriemenantrieb von der Motorkurbelwelle proportional zur Motordrehzahl (Kurve B), während bei Lüfterantrieb über eine Viskosekupplung ihre Frequenz nur auf den Wert ansteigt hv = 2500 min-1 (Drehkurve EIN ungeregelter Antrieb, steigt proportional zum Drittel ). Die vom Lüfter in der Geschwindigkeitsstufe und im Maximalleistungsmodus aufgenommene Leistung beträgt 8,8 kW. Bei einem über eine Viskosekupplung angetriebenen Lüfter erhöht sich die Drehzahl, wie erwähnt, auf 2500 min-1, und die erforderliche Frequenz im Lüfterleistungsmodus beträgt 2 kW. Da in der Viskosekupplung bei 50 % Schlupf zusätzlich 1 kW in Wärme abgeführt wird, reduziert sich die Gesamtenergieeinsparung am Lüfterantrieb im Kraftstoffverbrauch. Eine solche Kühlregelung von 5,8 kW kann jedoch auch als zufriedenstellend angesehen werden, der Luftverbrauch steigt nicht direkt proportional zur Frequenz, da die Rotation des Motors und die Bewegungsgeschwindigkeit das Wachstum des Geschwindigkeitskopfes bleiben, in Darüber hinaus mit einer Zunahme der Luft, die zur Kühlung des Motors beiträgt.

Eine andere Art der Viskosekupplung der Firma "Holset" bietet neben der Umgebungstemperatur eine Regelung des thermischen Regimes des Motors (Abb. 80). Diese Kupplung unterscheidet sich von der zuvor betrachteten darin, dass das darin befindliche Flüssigkeitsvolumen, das das Drehmoment überträgt, von der Außentemperatur abhängt. Das Kupplungsgehäuse ist durch eine Trennwand 5 (siehe Abb. 81) in den Antriebsscheibenraum unterteilt 1 und die Reservevolumenkammer 2, verbunden durch ein Ventil 3. Das Ventil wird von einem Bimetall-Thermostat gesteuert 4 abhängig von der Lufttemperatur. Die von einer Feder gegen die Scheibe gedrückte Schaufel 6 dient dazu, Flüssigkeit aus der Scheibe abzulassen und ihren Überlauf aus der Scheibenkammer in das Volumen zu beschleunigen 2. Ein Teil der Flüssigkeit befindet sich ständig in der Kammer der Antriebsscheibe und kann ein kleines Drehmoment auf den Lüfter übertragen. Bei einer Lufttemperatur von 40 ° C beträgt die maximale Lüfterdrehzahl beispielsweise 1300 min-1 und die Leistungsaufnahme beträgt nicht mehr als 0,7 kW. Beim Aufheizen des Motors öffnet der Bimetall-Thermostat das Ventil und ein Teil der Flüssigkeit gelangt in die Antriebsscheibenkammer. Mit zunehmender Durchflussfläche des Ventils steigt die Flüssigkeitsmenge, die in die Scheibenkammer eindringt, und wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, ist sein Niveau in beiden Hälften gleich. Die Änderung des übertragenen Drehmoments und der Lüfterdrehzahl ist in den Kurven A 2 dargestellt (siehe Abb. 80).

In diesem Fall beträgt die maximale Drehzahl des Veptilators 3200 min-1 und die Leistungsaufnahme steigt auf 3,8 kW. Die maximale Ventilöffnung entspricht einer Umgebungstemperatur von 65 °C. Durch die beschriebene Regelung der Motorkühlung kann der Kraftstoffverbrauch bei Pkw um 1 l/100 km gesenkt werden.

Die leistungsstarken Motoren verfügen über noch ausgefeiltere Kühlsteuerungssysteme. Bei Tatra-Dieselmotoren wird der Lüfter über eine Flüssigkeitskupplung angetrieben, deren Ölmenge von einem Thermostat abhängig von den Temperaturen der Abgase und der Umgebungsluft geregelt wird. Die Messwerte des Temperatursensors im Abgasrohr hängen hauptsächlich von der Motorlast und in geringerem Maße von seiner Drehzahl ab. Die Verzögerung dieses Sensors ist sehr gering, so dass die Kühlung damit perfekter geregelt wird.

Die Kühlungssteuerung durch die Lüftergeschwindigkeit ist bei jeder Art von Verbrennungsmotor relativ einfach; dies reduziert die Gesamtgeräusche des Fahrzeugs.

Wenn sich der Motor vor dem Fahrzeug befindet, bereitet der mechanische Antrieb des Lüfters einige Schwierigkeiten und daher wird der elektrische Antrieb des Lüfters häufiger verwendet. In diesem Fall wird die Regelung der Kühlung stark vereinfacht. Der Lüfter mit elektrischem Antrieb sollte keinen großen Stromverbrauch haben, daher neigen sie dazu, den Kühleffekt durch den Hochgeschwindigkeitsluftdruck zu nutzen, wenn das Auto fährt, da mit einer Erhöhung der Motorlast die Geschwindigkeit von a Auto und damit der Geschwindigkeitsdruck der umströmenden Luft wächst. Bei langen Anstiegen oder bei hohen Umgebungstemperaturen arbeitet der elektrische Lüfterantrieb nur kurzzeitig. Der Kühlluftstrom durch den Lüfter wird durch Einschalten des Elektromotors über einen Thermostat geregelt,

Ist der Kühler motorfern angeordnet, wie beispielsweise bei einem Heckmotorbus, wird der Lüfter meist hydrostatisch angetrieben. Eine vom Busmotor angetriebene Hydraulikpumpe fördert Öl unter Druck von einem hydraulischen Kolbenmotor mit Taumelscheibe. Ein solcher Antrieb ist aufwendiger und sein Einsatz bei Hochleistungsmotoren empfehlenswert.

UNDNUTZUNG VON WÄRME AUSGEFÜHRT MIT ABGASEN

Die Abgase des Motors enthalten eine erhebliche Menge an thermischer Energie. Es kann zum Beispiel zum Heizen eines Autos verwendet werden. Die Erwärmung der Luft durch Abgase im Gas-Luft-Wärmetauscher der Heizungsanlage ist gefährlich, da die Leitungen durchbrennen oder auslaufen können. Daher wird Öl oder eine andere nicht gefrierende Flüssigkeit, die durch Abgase erhitzt wird, verwendet, um Wärme zu übertragen.

Noch zweckmäßiger ist es, die Abgase zum Antrieb des Kühlgebläses zu verwenden. Bei hoher Motorlast haben die Abgase die höchste Temperatur und der Motor braucht eine intensive Kühlung. Daher ist der Einsatz einer Abgasturbine zum Antrieb eines Kühlsystemlüfters sehr empfehlenswert und beginnt derzeit Anwendung zu finden. Ein solcher Antrieb kann die Kühlung automatisch regulieren, obwohl er recht teuer ist.

Die Ausstoßkühlung kann hinsichtlich der Kosten als akzeptabler angesehen werden. Die Abgase werden von der Ejektorkühlluft abgesaugt, mit ihnen vermischt und in die Atmosphäre abgegeben. Ein solches Gerät ist billig und zuverlässig, da es keine beweglichen Teile hat. Ein Beispiel für ein Ejektionskühlsystem ist in Abb. 82.

Ejektionskühlung wird erfolgreich in Tatra-Rennwagen und in einigen Spezialfahrzeugen eingesetzt. Der Nachteil des Systems ist der hohe Geräuschpegel, da die Abgase direkt dem Ejektor zugeführt werden müssen und die Anordnung des Schalldämpfers dahinter Schwierigkeiten bereitet.

Die Energie der Abgase wird hauptsächlich durch deren Entspannung in der Turbine genutzt, die am häufigsten zum Antrieb eines Radialverdichters zur Motorverstärkung verwendet wird, aber auch für andere Zwecke genutzt werden kann, beispielsweise für den erwähnten Lüfterantrieb; bei Turbo-Compound-Motoren ist es direkt mit der Motorkurbelwelle verbunden.

Bei Motoren, die Wasserstoff als Kraftstoff verwenden, kann die Wärme aus den Abgasen sowie die an das Kühlsystem abgeführte Wärme genutzt werden, um die Hydride aufzuheizen und so den darin enthaltenen Wasserstoff zu entziehen. Bei diesem Verfahren wird diese Wärme in Hydriden gespeichert und kann durch eine erneute Befüllung von Hydridtanks mit Wasserstoff für verschiedene Zwecke zur Warmwasserbereitung, Gebäudeheizung etc. genutzt werden.

Die Energie der Abgase wird teilweise zur Verbesserung des Motorboosts genutzt, indem die daraus resultierenden Druckschwankungen im Abgasrohr genutzt werden. Die Nutzung von Druckschwankungen besteht darin, dass nach dem Öffnen des Ventils in der Rohrleitung eine Druckstoßwelle entsteht, die mit Schallgeschwindigkeit zum offenen Ende der Rohrleitung gelangt, von diesem reflektiert und in Form von zum Ventil zurückkehrt eine Verdünnungswelle. Im geöffneten Zustand des Ventils kann die Welle die Rohrleitung mehrmals durchlaufen. In diesem Fall ist es wichtig, dass durch die Schließphase des Auslassventils eine Unterdruckwelle dazu kommt, die hilft, den Zylinder von Abgasen zu reinigen und mit Frischluft zu spülen. Jeder Zweig der Rohrleitung schafft Hindernisse im Weg von Druckwellen, daher werden die günstigsten Bedingungen für die Nutzung von Druckschwankungen bei einzelnen Rohrleitungen von jedem Zylinder geschaffen, die vom Zylinderkopf bis zur Integration in eine gemeinsame Rohrleitung gleich lang sind .

Die Schallgeschwindigkeit hängt nicht von der Motordrehzahl ab, daher wechseln sich in ihrem gesamten Bereich günstige und ungünstige Betriebsbedingungen hinsichtlich der Befüllung und Reinigung der Zylinder ab. Auf den Verläufen der Motorleistung Ne und ihres mittleren effektiven Drucks pe äußert sich dies in Form von „Höckern“, die in Abb. 83, die die äußere Drehzahlkennlinie eines Porsche-Rennwagenmotors zeigt. Auch im Saugrohr werden Druckschwankungen genutzt: Das Eintreffen einer Druckwelle am Einlassventil, insbesondere in der Phase seines Schließens, trägt zur Spülung und Reinigung des Brennraums bei.

Wenn mehrere Motorzylinder an ein gemeinsames Abgasrohr angeschlossen sind, sollte deren Anzahl nicht mehr als drei betragen und der Arbeitswechsel sollte gleichmäßig sein, damit der Abgasauslass eines Zylinders nicht blockiert und den Abgasprozess nicht beeinträchtigt Ein weiterer. Bei einem Vierzylinder-Reihenmotor sind üblicherweise die beiden äußeren Zylinder zu einem gemeinsamen Zweig zusammengefasst und die beiden mittleren Zylinder zu einem anderen. Bei einem Reihensechszylindermotor werden diese Zweige durch drei vordere bzw. drei hintere Zylinder gebildet. Jeder der Zweige hat einen unabhängigen Eingang zum Schalldämpfer, oder in einiger Entfernung davon werden die Zweige kombiniert und ihr gemeinsamer Eingang in den Schalldämpfer wird organisiert.

TURBOLADERMOTOR

Die Turboaufladung nutzt Energie aus dem Abgas in einer Turbine, die einen Radialverdichter antreibt, um den Motor mit Luft zu versorgen. Eine große Luftmasse, die unter Druck vom Kompressor in den Motor eintritt, trägt dazu bei, die spezifische Leistung des Motors zu erhöhen und seinen spezifischen Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Die zweistufige Luftkompression und Expansion der Abgase, die bei einem Turbomotor durchgeführt wird, sorgt für einen hohen Indikatorwirkungsgrad des Motors.

Wird zur Aufladung ein mechanisch angetriebener Kompressor verwendet, so erhöht sich durch die zusätzliche Luftzufuhr nur die Motorleistung. Wird der Expansionshub nur in den Motorzylindern aufrechterhalten, verlassen die Abgase diese unter hohem Druck und werden sie künftig nicht genutzt, führt dies zu einer Erhöhung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs.

Der Grad der Aufladung hängt vom Einsatzzweck des Motors ab. Bei höheren Ladedrücken wird die Luft im Kompressor sehr heiß und muss am Motoreintritt gekühlt werden. Derzeit wird die Turboaufladung hauptsächlich bei Dieselmotoren verwendet, deren Leistungssteigerung um 25-30% je nach Ladedruck keine große Aufladung erfordert und die Kühlung des Motors keine Schwierigkeiten bereitet. Diese Methode zur Leistungssteigerung eines Dieselmotors wird am häufigsten verwendet.

Eine Erhöhung der in den Motor eintretenden Luftmenge ermöglicht den Betrieb mit mageren Gemischen, wodurch der CO- und CHx-Ausstoß reduziert wird. Da die Leistung von Dieselmotoren durch die Kraftstoffzufuhr geregelt wird und die zugeführte Luft nicht gedrosselt wird, werden im Teillastbereich sehr magere Gemische verwendet, was zu einer Senkung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs beiträgt. Magere Zündung bei aufgeladenen Dieselmotoren ist nicht schwierig, da sie bei hohen Lufttemperaturen auftritt. Bei Dieselmotoren ist eine Spülung des Brennraums mit zugeführter Luft zulässig, da sie im Gegensatz zu einem Ottomotor keinen Kraftstoff in das Abgasrohr führen.

Bei einem aufgeladenen Dieselmotor wird das Verdichtungsverhältnis meist leicht reduziert, um den maximalen Zylinderdruck zu begrenzen. Höhere Luftdrücke und Temperaturen am Ende des Verdichtungstaktes reduzieren den Zündverzug und die Motorsteifigkeit wird geringer.

Bei turboaufgeladenen Dieselmotoren treten gewisse Probleme auf, wenn es notwendig ist, die Motorleistung schnell zu erhöhen. Beim Betätigen des Steuerpedals hinkt die Zunahme der Luftzufuhr aufgrund der Trägheit des Turboladers der Zunahme der Kraftstoffzufuhr hinterher, daher läuft der Motor zunächst mit einem fetten Gemisch mit erhöhter Rauchigkeit und erst nach einer gewissen Zeit die Zusammensetzung der Mischung erreicht den gewünschten Wert. Die Länge dieser Zeit hängt vom Trägheitsmoment des Turboladerrotors ab. Der Versuch, die Rotorträgheit durch Verringerung des Durchmessers der Turbinen- und Verdichterlaufräder auf ein Minimum zu reduzieren, erfordert eine Erhöhung der Turboladerdrehzahl auf 100.000 min. Solche Turbolader sind klein und leicht, ein Beispiel für einen davon ist in Abb. 84. Um hohe Drehzahlen des Turboladers zu erreichen, werden Zentripetalturbinen verwendet. Die Wärmeübertragung vom Turbinengehäuse zum Verdichtergehäuse sollte minimiert werden, damit beide Gehäuse gut voneinander isoliert sind. Je nach Zylinderzahl und Anschlussschema ihrer Abgasleitungen verfügen die Turbinen über einen oder zwei Abgaseinlässe. Der aufgeladene Dieselmotor ermöglicht durch die Ausnutzung der Energie der Abgase einen sehr geringen spezifischen Kraftstoffverbrauch. Denken Sie daran, dass die Wärmebilanzen von Verbrennungsmotoren in der Tabelle angegeben sind. 1 und 2.

Bei Pkw ist der Nachteil eines Dieselmotors seine große Masse. Daher basieren die neu entstehenden Dieselmotoren für Pkw hauptsächlich auf schnelllaufenden Ottomotoren, da durch die Verwendung hoher Drehzahlen das Gewicht des Dieselmotors auf einen akzeptablen Wert reduziert werden kann.

Der Kraftstoffverbrauch eines Dieselmotors ist insbesondere bei Fahrten in der Stadt mit Teillast spürbar geringer. Die Weiterentwicklung dieser Diesel ist mit der Turboaufladung verbunden, bei der der Gehalt an schädlichen kohlenstoffhaltigen Komponenten in den Abgasen reduziert und ihr Betrieb weicher wird. Der Anstieg von NOx durch höhere Verbrennungstemperaturen kann durch Abgasrückführung reduziert werden. Die Kosten eines Dieselmotors sind höher als die eines Benzinmotors, jedoch ist sein Einsatz bei Ölmangel rentabler, da er aus Öl hergestellt werden kann! Es wurde mehr Diesel aufgefangen als hochoktaniges Benzin

Aufladung von Ottomotoren weist einige Besonderheiten auf Die Temperatur der Abgase von Ottomotoren ist höher, dies stellt höhere Anforderungen an das Material der Turbinenschaufeln, schränkt jedoch den Einsatz der Aufladung nicht ein. Es ist notwendig, die Luftstromhaube zu regulieren, was besonders bei hohen Spleißfrequenzen wichtig ist, wenn der Kompressor viel Luft fördert. Anders als bei einem Dieselmotor, bei dem die Leistung durch Reduzierung der Kraftstoffzufuhr geregelt wird, ist ein ähnliches Verfahren bei einem Ottomotor nicht anwendbar, da die Gemischzusammensetzung in diesen Betriebsarten so schlecht wäre, dass die Zündung nicht gewährleistet wäre. Daher muss die Luftzufuhr bei maximaler Drehzahl des Turboladers begrenzt werden. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten. Der am häufigsten verwendete Bypass von Abgasen durch einen speziellen Kanal an der Turbine vorbei, wodurch die Drehzahl des Turboladers und die ihm zugeführte Luftmenge reduziert werden. Das Schema einer solchen Regulierung ist in Abb. 85.

Abgase des Motors gelangen in das Auspuffrohr 10, und dann durch die Turbine 11 im Auspuffschalldämpfer 12. Bei maximaler Last und hoher Motordrehzahl öffnet der Druck im Einlasskanal 7, der über Kanal 15 übertragen wird, das Bypassventil 13, durch die die Abgase geleitet werden 14 Gehen Sie direkt zum Schalldämpfer und umgehen Sie die Turbine. Weniger Abgas strömt in die Turbine und Luft wird vom Kompressor zugeführt 4 in den Einlass 6 nimmt 6-8 mal ab. (Der Aufbau des AGR-Ventils ist in Abbildung 86 dargestellt.)

Das betrachtete Verfahren zur Regelung der Luftzufuhr hat den Nachteil, dass die Abnahme der Motorleistung beim Loslassen des Motorsteuerpedals nicht augenblicklich erfolgt und zudem länger andauert als die Turbinendrehzahl sinkt. Beim erneuten Treten des Pedals wird die benötigte Leistung verzögert erreicht, die Drehzahl des Turboladers steigt auch nach Schließen des Bypasses langsam an. Eine solche Verzögerung ist bei dichtem Verkehr unerwünscht, wenn das Auto schnell gebremst und dann schnell beschleunigt werden muss. Daher wird ein anderes Steuerverfahren verwendet, nämlich zusätzlich Luftbypass durch den Kompressor-Bypasskanal. 4.

Luft tritt durch Luftfilter 1 in den Motor ein, Mischungsverhältnisregler 2 Firma "Bosch" (Deutschland) Typ "K-Jetronic", der die Einspritzdüsen 9 (siehe Kap. 13), dann in die Einlassleitung 5 und dann den Kompressor steuert 4 in Zuläufe und Rohre gepumpt 6 -5. Wenn Sie das Steuerpedal schnell loslassen, dreht sich der Kompressor immer noch, und um den Druck im Kanal zu reduzieren 6 Bypassventil 5 mit Unterdruck im Saugrohr 8 öffnet und Druckluft aus dem Kanal 6 über das gleiche Ventil 5 wird es wieder in die Rohrleitung umgeleitet 3 vor dem Kompressor. Der Druckausgleich ist sehr schnell und die Turboladerdrehzahl fällt nicht stark ab. Beim nächsten Drücken des Pedals wird das Bypassventil 5 schließt schnell und der Kompressor liefert mit einer leichten Verzögerung Druckluft an den Motor. Auf diese Weise erreicht der Motor nach Betätigung des Fußanlassers innerhalb von Sekundenbruchteilen seine volle Leistung.

Ein gutes Beispiel für einen aufgeladenen Benzinmotor ist der Porsche 911 (BRD). Zunächst war es ein luftgekühlter Sechszylinder-Saugmotor mit 2000 cm3 Hubraum und einer Leistung von 96 kW. In der aufgeladenen Version wurde das Arbeitsvolumen auf 3000 cm3 und die Leistung auf 220 kW erhöht, während die Anforderungen an den Geräuschpegel und das Vorhandensein von Schadstoffen in den Abgasen erfüllt wurden. Gleichzeitig nahmen die Abmessungen des Motors nicht zu. Bei der Entwicklung des 911-Motors kamen die großen Erfahrungen aus der Entwicklung des Zwölfzylinder-Rennmotors Typ 917 zum Einsatz, der bereits 1978 eine Leistung von 810 kW bei einer Drehzahl von 7800 min-1 und einem Ladedruck von 140 kPa. Der Motor war mit zwei Turboladern ausgestattet, sein maximales Drehmoment betrug 1100 Nm und sein Gewicht betrug 285 kg. Im Motornennleistungsmodus betrug die Luftzufuhr durch Rohrkompressoren bei einer Drehzahl von 90.000 min-1 0,55 kg / s bei einer Lufttemperatur von 150-160 ° C. Bei maximaler Motorleistung erreichte die Abgastemperatur 1000-1100 ° C. Die Beschleunigung des Rennwagens aus dem Stand auf 100 km/h dauerte mit diesem Motor 2,3 Sekunden. Bei der Entwicklung dieses Rennmotors wurde eine perfekte Aufladungssteuerung entwickelt, die es ermöglichte, gute dynamische Eigenschaften des Autos zu erreichen. Das gleiche Steuerschema wurde auf den Porsche 911-Motor angewendet.

Bei Vollgas der maximale Ladedruck im Porsche 911 Motor-Bypass-Ventil 13 (siehe Abb. 85) ist auf 80 kPa begrenzt. Dieser Druck wird bereits bei einer Drehzahl von 3000 U/min erreicht, im Drehzahlbereich von 3000-5500 U/min ist der Ladedruck konstant und die Lufttemperatur hinter dem Kompressor beträgt 125°C. Bei maximaler Motorleistung erreicht die Spülrate 22% des Abgasdurchsatzes. Das im Ansaugkanal eingebaute Sicherheitsventil wird auf einen Druck von 110-140 kPa eingestellt und unterbricht bei Ausfall des Abgasbypassventils die Kraftstoffzufuhr und begrenzt so den unkontrollierten Leistungsanstieg des Motors. Bei maximaler Motorleistung beträgt die Luftzufuhr vom Kompressor 0,24 kg / s. Das Verdichtungsverhältnis, das beim Saugmotor e = 8,5 beträgt, wurde mit Einführung der Aufladung auf 6,5 reduziert. Außerdem wurden natriumgekühlte Auslassventile verwendet, die Ventilsteuerzeiten geändert und das Kühlsystem verbessert. Bei maximaler Motorleistung beträgt die Turboladerdrehzahl 90.000 U/min, während die Turbinenleistung 26 kW erreicht. Autos, die in die USA exportiert werden sollen, müssen die Anforderungen an den Schadstoffgehalt der Abgase erfüllen, daher sind die in die USA gelieferten Porsche 911 zusätzlich mit zwei thermischen Reaktoren, einem System zur Versorgung mit Sekundärluft und Abgasen für Nachverbrennung, sowie Abgasrückführungssystem. Die Motorleistung des Porsche 911 wird auf 195 kW reduziert.

In einigen anderen Turbolader-Steuerungssystemen, zum Beispiel einem System ARS der schwedischen Firma SAAB wird eine Elektronik zur Regelung des Ladedrucks eingesetzt. Der Ladedruck wird durch ein Ventil begrenzt, das den Abgasstrom durch das Wastegate an der Turbine vorbei regelt. Das Ventil öffnet, wenn im Saugrohr ein Unterdruck auftritt, dessen Wert durch Drosselung des Luftstroms zwischen Saugrohr und Verdichtereintritt geregelt wird.

Die Drosselklappe, die den Unterdruck im Bypassventil regelt, hat einen elektrischen Antrieb, der von einem elektronischen Gerät entsprechend den Signalen der Ladedruck-, Klopf- und Drehzahlsensoren gesteuert wird. Der Klopfsensor ist ein empfindliches piezoelektrisches Element, das im Zylinderblock eingebaut ist und das Auftreten von Klopfen erkennt. Das Signal dieses Sensors begrenzt den Unterdruck in der Steuerkammer des Bypassventils.

Ein solches Turbolader-Steuerungssystem ermöglicht es, gute dynamische Eigenschaften des Autos bereitzustellen, die beispielsweise für schnelles Überholen bei dichtem Verkehr erforderlich sind. Dazu kann der Motor schnell auf maximalen Ladedruck eingestellt werden, da das Klopfen bei einem relativ kalten Teillastmotor nicht sofort auftritt. Nach einigen Sekunden, wenn die Temperaturen steigen und Klopfen auftritt, reduziert das Steuergerät den Ladedruck beim Signal des Klopfsensors.

Der Vorteil dieser Regelung besteht darin, dass sie die Verwendung von Kraftstoffen mit unterschiedlichen Oktanzahlen im Motor ohne Änderungen erlaubt. Bei Verwendung von Kraftstoff mit einer Oktanzahl von 91 kann ein SAAB-Motor mit einer solchen Steuerung lange mit einem Ladedruck von bis zu 70 kPa betrieben werden. Das Verdichtungsverhältnis dieses Motors, bei dem die Benzineinspritzung Bosch K-Jetronic verwendet wird, beträgt e = 8,5. Die Fortschritte bei der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von Pkw durch den Einsatz von Turboaufladungen haben zum Einsatz im Motorradbau beigetragen. Hier ist die japanische Firma "Honda" zu erwähnen, die als erste die Turboaufladung in einem flüssigkeitsgekühlten Zweizylindermotor des Modells einsetzte "NS 500 “, um seine Leistung zu erhöhen und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Die Verwendung von Turboladern in Motoren mit kleinem Hubraum bringt eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich, die mit der Notwendigkeit verbunden sind, die gleichen Ladedrücke wie bei Hochleistungsmotoren zu erzielen, jedoch bei geringen Luftdurchsätzen. Der Ladedruck hängt hauptsächlich von der Umfangsgeschwindigkeit des Verdichterrades ab, der Durchmesser dieses Rades wird durch die erforderliche Luftzufuhr bestimmt. Daher ist es erforderlich, dass der Turbolader bei kleinen Durchmessern der Laufräder eine sehr hohe Drehzahl aufweist. Der Durchmesser des Verdichterrads beträgt beim erwähnten 500 cm3 Honda-Motor 48,3 mm und bei einem Ladedruck von 0,13 MPa dreht sich der Turboladerrotor mit einer Frequenz von 180.000 min-1. Die maximal zulässige Drehzahl dieses Turboladers beträgt 240.000 min-1.

Steigt der Ladedruck über 0,13 MPa, wird das Abgas-Bypassventil (Abb. 87) durch den Ladedruck in der Kammer gesteuert geöffnet und ein Teil der Abgase unter Umgehung der Turbine in die Abgasleitung geleitet, die begrenzt eine weitere Erhöhung der Verdichterdrehzahl. Das Bypassventil öffnet bei einer Motordrehzahl von ca. 6500 min-1 und bei weiterem Anstieg steigt der Ladedruck nicht mehr an.

Die vom Injektor eingespritzte Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um die erforderliche Gemischzusammensetzung zu erhalten, wird von einer Rechenvorrichtung bestimmt, die sich über dem Hinterrad des Motorrads befindet, die auch Informationen von den Temperatursensoren der einströmenden Luft und des Kühlmittels, dem Drosselklappensensor, verarbeitet. Luftdrucksensoren und Motordrehzahlsensor.

Der Hauptvorteil eines aufgeladenen Motors besteht darin, dass er den Kraftstoffverbrauch senkt und gleichzeitig die Motorleistung erhöht. Motorrad "Honda NS Der 500" mit Saugmotor verbraucht 4,8 l/100 km, während der gleiche CX 500 7X mit Kompressor nur 4,28 l/100 km verbraucht. Gewicht eines Honda-Motorrads NS 500 g "ist 248 kg, was mehr als 50 kg mehr ist als die Masse von Motorrädern einer ähnlichen Klasse mit einem Hubraum von 500-550 cm3 (zum Beispiel das Motorrad" Kawasaki KZ 550 ” hat eine Masse von 190 kg). Gleichzeitig entsprechen aber die dynamischen Qualitäten und die Höchstgeschwindigkeit des Motorrads „Honda CX 500 7“ denen von Motorrädern mit doppeltem Hubraum. Gleichzeitig wurde die Bremsanlage im Zusammenhang mit der Steigerung der Geschwindigkeitsqualitäten dieses Motorrads verbessert. Der Honda CX 500 G Motor ist für noch höhere Drehzahlen ausgelegt und seine maximale Drehzahl beträgt 9000 U/min.

Eine Verringerung des durchschnittlichen Kraftstoffverbrauchs wird auch dadurch erreicht, dass bei durchschnittlicher Betriebsgeschwindigkeit des Motorrads der Druck im Ansaugkrümmer gleich dem atmosphärischen oder sogar geringfügig niedriger ist, d. h. die Verwendung von Boost ist sehr unbedeutend. Erst wenn die Drosselklappe vollständig geöffnet ist und damit Menge und Temperatur der Abgase steigen, steigen die Turboladerdrehzahl und der Ladedruck und damit die Motorleistung. Eine gewisse Verzögerung bei der Erhöhung der Motorleistung bei einem scharfen Öffnen der Drosselklappe tritt auf und ist mit der Zeit verbunden, die zum Beschleunigen des Turboladers erforderlich ist.

Gesamtschema des Kraftwerks des Motorrads "Honda CX 500 T" Turbolader ist in Abb. 1 dargestellt. 87. Große Luftdruckschwankungen im Ansaugkrümmer eines Zweizylindermotors mit ungleichmäßiger Betriebsreihenfolge der Zylinder werden durch eine Kammer und einen Dämpfungsempfänger gedämpft. Beim Anlassen des Motors verhindern die Ventile einen Luftrückfluss, der durch große Ventilsteuerzeiten verursacht wird. Durch das Flüssigkeitskühlsystem entfällt die Heißluftzufuhr zu den Füßen des Fahrers, die bei der Luftkühlung erfolgt. Der Kühler des Kühlsystems wird von einem elektrisch angetriebenen Lüfter geblasen. Die kurze Abgasleitung zur Turbine reduziert den Energieverlust der Abgase und hilft, den Kraftstoffverbrauch zu senken. Die Höchstgeschwindigkeit des Motorrads beträgt 177 km/h.

GEBLÄSETYP "COMPREX"

Eine sehr interessante Methode zur Aufladung von Comprex, entwickelt von Brown & Boveri, Schweiz, besteht darin, den Abgasdruck zu nutzen, der direkt auf den Luftstrom zum Motor wirkt. Die resultierende Motorleistung ist die gleiche wie bei der Verwendung eines Turboladers, jedoch fehlen Turbine und Radialverdichter, für deren Herstellung und Auswuchten spezielle Materialien und hochpräzise Geräte erforderlich sind.

Das Schema des Druckhaltesystems vom Typ "Comprex" ist in Abb. 88. Das Hauptteil ist ein Flügelrotor, der in einem Gehäuse mit der dreifachen Drehzahl der Motorkurbelwelle rotiert Der Rotor ist im Gehäuse wälzgelagert und wird über einen Keil- oder Zahnriemen angetrieben. Der Kompressorantrieb vom Typ "Comprex" verbraucht nicht mehr als 2% der Motorleistung. Das Aggregat „Comprex“ ist kein Kompressor im eigentlichen Sinne, da sein Rotor nur Kanäle parallel zur Drehachse hat. In diesen Kanälen wird die in den Motor eintretende Luft durch den Druck der Abgase komprimiert. Die Rotorendspiele garantieren die Verteilung von Abgasen und Luft durch die Rotorkanäle. An der Außenkontur des Rotors befinden sich Radialbleche, die mit der Innenfläche des Gehäuses kleine Spalte aufweisen, wodurch Kanäle gebildet werden, die beidseitig durch Endkappen verschlossen sind.

In der rechten Abdeckung befinden sich Fenster und für die Zufuhr von Abgasen vom Motor zum Aggregatgehäuse und G - zum Abführen von Abgasen aus dem Gehäuse in das Auspuffrohr und dann in die Atmosphäre Im linken Deckel befinden sich Fenster B zur Druckluftversorgung von Motor und Fenstern D zur Frischluftversorgung des Gehäuses aus dem Saugrohr e. Die Bewegung der Kanäle während der Rotation des Rotors bewirkt, dass sie abwechselnd mit den Abgas- und Einlassrohren des Motors verbunden werden.

Beim Öffnen eines Fensters ein Es entsteht eine Druckstoßwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit zum anderen Ende der Abgasleitung bewegt und gleichzeitig die Abgase in den Rotorkanal leitet, ohne sie mit Luft zu vermischen. Wenn diese Druckwelle das andere Ende der Abgasleitung erreicht, öffnet sich das Fenster b und die durch die Abgase im Rotorkanal komprimierte Luft wird aus diesem in die Leitung gedrückt v zum Motor. Doch noch bevor sich die Abgase in diesem Rotorkanal seinem linken Ende nähern, schließt sich zuerst das Fenster. ein und dann das fenster B, und dieser Kanal des Rotors mit den darin unter Druck stehenden Abgasen wird auf beiden Seiten durch die Stirnwände des Gehäuses verschlossen.

Bei weiterer Drehung des Rotors kommt dieser Kanal mit Abgasen zum Fenster g im Auspuffrohr werden der Draht und die Abgase aus dem Kanal hineinkommen. Wenn sich der Kanal an den Fenstern vorbei bewegt g die austretenden Abgase werden durch die Fenster ausgestoßen D Frischluft, die den gesamten Kanal ausfüllt, bläst und den Rotor kühlt. Durch die Fenster gehen g und D, Der mit Frischluft gefüllte Rotorkanal wird beidseitig durch die Stirnwände des Gehäuses wieder verschlossen und steht somit für den nächsten Zyklus bereit. Der beschriebene Zyklus ist im Vergleich zur Realität sehr vereinfacht und wird nur in einem engen Drehzahlbereich durchgeführt. Aus diesem Grund wird dieses seit 40 Jahren bekannte Aufladeverfahren im Pkw nicht eingesetzt. In den letzten 10 Jahren wurde durch die Arbeit von Brown & Bover der Comprex-Boost deutlich verbessert, insbesondere wurde eine zusätzliche Kammer im Enddeckel eingeführt, die für eine zuverlässige Luftversorgung in einem weiten Drehzahlbereich sorgt, einschließlich bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Getestet wurde die Comprex-Druckbeaufschlagung an allradgetriebenen Geländewagen der österreichischen Firma Steyer-Daimler-Puch, auf denen Opel Record 2,3D und Mercedes-Benz 200D Diesel verbaut wurden.

Der Vorteil des Comprex-Verfahrens gegenüber der Turboaufladung besteht darin, dass der Ladedruckanstieg nach dem Betätigen des Steuerpedals nicht verzögert wird. Der Wirkungsgrad des Aufladesystems wird durch die temperaturabhängige Energie der Abgase bestimmt. Beträgt die Abgastemperatur beispielsweise bei voller Motorleistung 400 °C, dauert es im Winter mehrere Minuten, bis sie erreicht ist. Ein wesentlicher Vorteil des Comprex-Verfahrens besteht auch darin, dass bei niedrigen Drehzahlen ein großes Motordrehmoment erreicht wird, was die Verwendung eines Getriebes mit weniger Schritten ermöglicht.

Ein schneller Aufbau der Motorleistung durch Treten des Fußpedals ist vor allem bei Rennwagen erwünscht Die italienische Firma Ferrari testet das Comprex-Druckbeaufschlagungsverfahren in seinen Rennwagen, weil beim Einsatz von Turbo die zuvor beschriebene komplexe Steuerung zum Einsatz kommt.

Beim Testen des Comprex-Druckhaltesystems an Sechszylindermotoren von Ferrari-Rennwagen F1 der Motor reagierte sehr schnell auf die Bewegung des Steuerpedals

Um bei diesen Motoren den maximalen Ladedruck zu erreichen, kommt eine Ladeluftkühlung zum Einsatz. Durch den Rotor der Comprex-Einheit strömt mehr Luft, als der Motor benötigt, da ein Teil der Luft zur Kühlung der Boost-Einheit verwendet wird. Dies ist sehr vorteilhaft für Rennmotoren, die schon beim Start mit fast vollem Luftstrom durch den Ladeluftkühler laufen. Unter diesen Bedingungen hat der Motor mit der Comprex-Einheit zum Zeitpunkt des Starts den besten Temperaturzustand, um die volle Leistung zu erreichen.

Die Verwendung einer Comprex-Druckhalteeinheit anstelle eines Turboladers reduziert die Motorgeräusche, da sie mit einer niedrigeren Drehzahl arbeitet. In den frühen Entwicklungsstadien war die Rotordrehzahl die Ursache für das Geräusch mit der gleichen Frequenz wie das des Turboladers. Dieser Nachteil wurde durch die ungleichmäßige Steigung der Kanäle um den Rotorumfang beseitigt.

Bei Verwendung des "Comprex"-Systems wird die Rückführung der Abgase stark vereinfacht, wodurch deren Gehalt reduziert wird NOx. Typischerweise erfolgt die Rückführung, indem ein Teil der Abgase aus dem Abgasrohr entnommen, dosiert, gekühlt und dem Motorsaugrohr zugeführt wird. Beim „Comprex“-System kann dieses Schema wesentlich einfacher sein, da die Vermischung der Abgase mit dem Frischluftstrom und deren Kühlung direkt in den Rotorkanälen erfolgt.

WEGE ZUR ERHÖHUNG DER MECHANISCHEN EFFIZIENZ DES Verbrennungsmotors

Der mechanische Wirkungsgrad spiegelt das Verhältnis zwischen angezeigter und effektiver Motorleistung wider. Die Differenz dieser Werte wird durch Verluste verursacht, die mit der Übertragung von Gaskräften vom Kolbenboden auf das Schwungrad und mit dem Antrieb der Motornebenaggregate verbunden sind. All diese Verluste müssen genau bekannt sein, wenn es darum geht, die Kraftstoffeffizienz des Motors zu verbessern.

Die meisten Verluste werden durch Reibung im Zylinder verursacht, weniger durch Reibung in gut geschmierten Lagern und der für den Betrieb des Motors notwendigen Antriebsausrüstung. Verluste durch in den Motor eintretende Luft (Pumpverluste) sind sehr wichtig, da sie proportional zum Quadrat der Motordrehzahl zunehmen.

Die zum Antrieb der Geräte, die den Betrieb des Motors sicherstellen, erforderliche Verlustleistung umfasst die Leistung zum Antrieb des Gasverteilungsmechanismus, der Öl-, Wasser- und Kraftstoffpumpen sowie des Kühlgebläses. Bei der Luftkühlung ist der Zuluftlüfter beim Test auf dem Prüfstand fester Bestandteil des Motors, während flüssigkeitsgekühlte Motoren während der Tests oft keinen Lüfter und keinen Kühler haben und Wasser aus einem externen Kühlkreislauf verwendet wird Kühlung. Wird die Leistungsaufnahme des Lüfters eines flüssigkeitsgekühlten Motors nicht berücksichtigt, werden die Wirtschaftlichkeits- und Leistungsindikatoren im Vergleich zu einem luftgekühlten Motor deutlich überschätzt.

Andere Verluste für den Antrieb der Ausrüstung sind mit dem Generator, dem pneumatischen Kompressor, den Hydraulikpumpen verbunden, die für die Beleuchtung, den Betrieb von Instrumenten, das Bremssystem und die Lenkung eines Autos erforderlich sind. Beim Testen eines Motors auf einem Bremsständer sollte genau definiert werden, was ein Zubehör ist und wie es zu belasten ist, da dies für einen objektiven Vergleich der Leistung verschiedener Motoren erforderlich ist. Dies gilt insbesondere für das Ölkühlsystem, das während der Fahrt durch das Anblasen der Ölwanne mit Luft gekühlt wird, die bei Versuchen auf einem Bremsständer fehlt. Beim Testen eines Motors ohne Lüfter auf dem Prüfstand werden die Bedingungen für das Einblasen von Luft durch die Rohrleitungen nicht reproduziert, was zu einem Anstieg der Temperaturen im Ansaugrohr und zu einer Verringerung des Füllfaktors und der Motorleistung führt.

Die Lage des Luftfilters und der Widerstandswert des Auspuffrohrs müssen den Betriebsbedingungen des Motors im Fahrzeug entsprechen. Diese wichtigen Merkmale müssen beim Vergleich der Eigenschaften verschiedener Motoren oder eines Motors berücksichtigt werden, der für den Einsatz unter verschiedenen Bedingungen bestimmt ist, z. B. in einem Pkw, Lkw, Traktor oder zum Antrieb eines stationären Generators, Kompressors usw.

Mit abnehmender Motorlast verschlechtert sich der mechanische Wirkungsgrad, da der Absolutwert der meisten Verluste nicht von der Last abhängt. Ein anschauliches Beispiel ist der Betrieb des Motors ohne Last, also im Leerlauf, wenn der mechanische Wirkungsgrad Null ist und die gesamte angezeigte Motorleistung zur Überwindung seiner Verluste aufgewendet wird. Bei einer Belastung des Motors von 50 % oder weniger steigt der spezifische Kraftstoffverbrauch im Vergleich zur Volllast deutlich an, und daher ist es völlig unwirtschaftlich, einen Motor mit mehr als benötigter Leistung für den Antrieb einzusetzen.

Der mechanische Wirkungsgrad des Motors hängt von der verwendeten Ölsorte ab. Die Verwendung von hochviskosen Ölen im Winter führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch. Die Motorleistung in großen Höhen über dem Meeresspiegel nimmt aufgrund eines Rückgangs des Atmosphärendrucks ab, ihre Verluste ändern sich jedoch praktisch nicht, wodurch der spezifische Kraftstoffverbrauch genauso ansteigt wie bei Teillast des Motors.

REIBUNGSVERLUSTE IN ZYLINDERKOLBENGRUPPE UND LAGER

Die größten Verluste im Motor entstehen durch die Reibung des Kolbens im Zylinder. Die Schmierbedingungen für die Zylinderwände sind alles andere als zufriedenstellend. Die Ölschicht an der Zylinderwand mit dem Kolben im UT ist heißen Abgasen ausgesetzt. Um den Ölverbrauch zu reduzieren, entfernt der Ölabstreifring beim Fahren des Kolbens in UT einen Teil davon von der Zylinderwand, es verbleibt jedoch eine Schmierschicht zwischen Kolbenschaft und Zylinder.

Der erste Kompressionsring verursacht die größte Reibung. Wenn sich der Kolben auf OT bewegt, liegt dieser Ring auf der unteren Fläche der Kolbennut des Kolbens auf und der Druck, der durch Kompression und anschließende Verbrennung des Arbeitsgemisches entsteht, drückt ihn gegen die Zylinderwand. Da das Schmierregime des Kolbenrings durch Trockenreibung und hohe Temperatur am ungünstigsten ist, sind die Reibungsverluste hier am höchsten. Das Schmierregime für den zweiten Kompressionsring ist günstiger, aber die Reibung bleibt signifikant. Daher beeinflusst die Anzahl der Kolbenringe auch die Höhe des Reibungsverlustes in der Zylinder-Kolben-Gruppe.

Ein weiterer ungünstiger Faktor ist das Anpressen des Kolbens in der Nähe des OT gegen die Zylinderwand durch den Gasdruck und die Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Massen. Bei schnell laufenden Automobilmotoren sind die Trägheitskräfte größer als bei Gasmotoren. Daher haben die Pleuellager die größte Belastung am OT des Auspuffhubs, wenn die Pleuelstange durch Trägheitskräfte, die auf ihren oberen und unteren Kopf ausgeübt werden, gedehnt wird.

Die entlang der Pleuelstange wirkende Kraft wird in Kräfte zerlegt, die entlang der Zylinderachse und senkrecht zu seiner Wand gerichtet sind.

Wälzlager in einem Motor sind vorteilhaft zu verwenden, wenn große Kräfte auf sie einwirken. Es empfiehlt sich beispielsweise, „die Kipphebel der Ventile auf Nadellagern zu lagern. Vor allem bei leistungsstarken Zweitaktmotoren wurden in der Vergangenheit auch Wälzlager als Kolbenbolzenlager im Pleuel verwendet Kolbenbolzenlager eines Zweitaktmotors werden in den meisten Fällen nur in eine Richtung belastet, daher kann sich der erforderliche Ölfilm im Gleitlager nicht bilden. Zur guten Schmierung des Gleitlagers im oberen Pleuelkopf über die gesamte Länge Länge seiner Buchse, in diesem Fall sind querliegende Schmiernuten angebracht, die sich in einem solchen Abstand voneinander befinden, dass sich an dieser Stelle beim Schwingen ein Ölfilm bilden könnte ...

Um geringe Reibungsverluste in der Zylinder-Kolben-Gruppe zu erzielen, sind Kolben mit geringer Masse, eine geringe Anzahl von Kolbenringen und eine Schutzschicht am Kolbenschaft erforderlich, die den Kolben vor Fressen und Fressen schützt.

VERLUSTE BEIM GASWECHSEL

Um die Flasche mit Luft zu füllen, muss eine Druckdifferenz zwischen der Flasche und der äußeren Umgebung erzeugt werden. Der Unterdruck im Zylinder am Einlass, der entgegen der Kolbenbewegung wirkt und die Drehung der Kurbelwelle bremst, hängt von der Ventilsteuerung, dem Durchmesser des Saugrohrs und auch von der Form des Einlasskanals ab. was zum Beispiel notwendig ist, um eine Luftrotation im Zylinder zu erzeugen. Der Motor in diesem Teil des Zyklus fungiert als Luftpumpe und ein Teil der angezeigten Motorleistung wird für seinen Antrieb verbraucht.

Für eine gute Befüllung des Zylinders ist es erforderlich, dass der Druckverlust, proportional zum Quadrat der Motordrehzahl, beim Befüllen am kleinsten ist. Reibungsverluste in der Zylinder-Kolben-Gruppe haben eine ähnliche Drehzahlabhängigkeit, und da diese Art von Verlusten unter anderem überwiegt, hängen die Gesamtverluste auch vom zweiten Grad der Motordrehzahl ab. Daher sinkt der mechanische Wirkungsgrad mit steigender Drehzahl und der spezifische Kraftstoffverbrauch verschlechtert sich.

Bei maximaler Motorleistung beträgt der mechanische Wirkungsgrad typischerweise 0,75, und wenn die Motordrehzahl weiter erhöht wird, fällt die effektive Leistung schnell ab. Bei maximaler Motordrehzahl und Teillast ist der effektive Wirkungsgrad minimal.

Zu den Verlusten beim Gaswechsel zählen auch die Energiekosten, die mit der Spülung des Kurbelgehäuses der Kurbelwelle verbunden sind. Die größten Verluste haben Einzylinder-Viertaktmotoren, bei denen bei jedem Kolbenhub Luft in das Kurbelgehäuse gesaugt und wieder herausgedrückt wird. Ein großes Luftvolumen, das durch das Kurbelgehäuse gepumpt wird, haben auch Zweizylindermotoren mit V-förmiger und gegenüberliegender Zylinderanordnung. Dieser Verlust kann durch den Einbau eines Rückschlagventils, das im Kurbelgehäuse einen Unterdruck erzeugt, reduziert werden. Der Unterdruck im Kurbelgehäuse reduziert zudem Ölverluste durch Undichtigkeiten. Bei Mehrzylindermotoren, bei denen sich ein Kolben nach unten und der andere nach oben bewegt, ändert sich das Gasvolumen im Kurbelgehäuse nicht, aber die benachbarten Abschnitte der Zylinder müssen gut miteinander kommunizieren.

VERLUSTE AM ANTRIEB DER ZUSATZAUSRÜSTUNG DES MOTORS

Die Bedeutung der Antriebsverluste von Geräten wird oft unterschätzt, obwohl sie einen großen Einfluss auf den mechanischen Wirkungsgrad eines Motors haben. Die Verluste beim Antrieb des Gasverteilungsmechanismus sind gut untersucht worden. Die beim Öffnen des Ventils aufgewendete Arbeit wird teilweise wiederhergestellt, wenn die Ventilfeder das Ventil schließt und dadurch die Nockenwelle antreibt. Die Verluste für den Gasverteilungsantrieb sind relativ gering und durch deren Reduzierung kann nur eine geringe Einsparung an Energiekosten für die Antriebe erzielt werden. Manchmal ist die Nockenwelle wälzgelagert, dies wird jedoch nur in Rennwagenmotoren verwendet.

Der Ölpumpe sollte mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Werden die Dimensionen der Pumpe und der Öldurchfluss überschätzt, dann wird das meiste Öl mit hohem Druck über das Druckminderventil abgeführt, es entstehen erhebliche Verluste für den Ölpumpenantrieb. Gleichzeitig sind Reserven im Schmiersystem erforderlich, um ausreichend Druck für die Schmierung von Gleitlagern, auch verschlissenen, zu gewährleisten. In diesem Fall führt eine geringe Ölversorgung der Pumpe zu einem Druckabfall bei niedrigen Motordrehzahlen und im Dauerbetrieb bei Volllast. Unter diesen Bedingungen muss der Druckminderer geschlossen und der gesamte Ölvorrat zur Schmierung genutzt werden. Für den Antrieb der Kraftstoffpumpe und des Zündverteilers wird eine geringe Leistung verbraucht. Außerdem verbraucht die Lichtmaschine wenig Energie. Ein erheblicher Teil der Wirkleistung, nämlich 5-10%, wird für den Antrieb des Lüfters und der Pumpe des Kühlsystems aufgewendet, die zur Abfuhr der Wärme aus dem Motor benötigt werden. Dies wurde bereits diskutiert. Wie man sieht, gibt es mehrere Möglichkeiten, den mechanischen Wirkungsgrad eines Motors zu verbessern.

Durch den Antrieb der Kraftstoffpumpe und das Öffnen der Injektoren kann ein wenig Energie eingespart werden. In etwas größerem Umfang ist dies bei Dieselmotoren möglich.

VERLUSTE BEIM ANTRIEB VON ZUSATZAUSRÜSTUNG DES FAHRZEUGS

Ein Auto ist normalerweise auch mit Geräten ausgestattet, die einen Teil der effektiven Leistung des Motors verbrauchen und dadurch den Rest davon reduzieren, der das Auto antreibt. In einem Personenkraftwagen werden solche Geräte in begrenzter Anzahl verwendet, hauptsächlich verschiedene Verstärker, die verwendet werden, um die Fahrzeugsteuerung zu erleichtern, beispielsweise Lenkung, Kupplungsbetätigung, Bremsbetätigung. Auch die Klimaanlage eines Autos benötigt eine gewisse Energie, insbesondere für die Klimaanlage. Energie wird auch für verschiedene hydraulische Antriebe benötigt, wie z.B. Sitze bewegen, Fenster öffnen, Dächer etc.

Bei einem LKW ist die Menge an Zusatzausrüstung viel größer. Üblicherweise werden ein Bremssystem verwendet, das eine separate Energiequelle verwendet, Kippaufbauten, Selbstladevorrichtungen, eine Vorrichtung zum Anheben von Reserverädern usw. Solche Mechanismen werden in Spezialfahrzeugen noch häufiger verwendet. Auch diese Energieverbrauchsfälle müssen beim Gesamtkraftstoffverbrauch berücksichtigt werden.

Das wichtigste dieser Geräte stellt der Kompressor zur Erzeugung eines konstanten Luftdrucks im pneumatischen Bremssystem dar. Der Kompressor arbeitet ständig und füllt den Luftbehälter, aus dem ein Teil der Luft über das Druckminderventil ohne weitere Verwendung in die Atmosphäre abgegeben wird. Hochdruckhydrauliksysteme für Nebenaggregate sind hauptsächlich durch Verluste in Druckminderventilen gekennzeichnet. Sie verwenden normalerweise ein Ventil, das nach Erreichen des Arbeitsdrucks im Speicher die weitere Zufuhr von Arbeitsflüssigkeit zu diesem abschaltet und die Bypassleitung zwischen Pumpe und Tank steuert.

VERGLEICH MECHANISCHE VERLUSTE BEI ​​BENZIN- UND DIESELMOTOREN

Vergleichsdaten zu den mechanischen Verlusten gemessen unter gleichen Betriebsbedingungen eines Ottomotors mit einem Verdichtungsverhältnis von e = 6 und eines Dieselmotors mit einem Verdichtungsverhältnis von e = 16 (Tabelle 11, A).

Für einen Benzinmotor zusätzlich in der Tabelle. 11, B vergleicht auch die mechanischen Verluste bei Voll- und Teillast.

Tabelle 11.A. Durchschnittlicher Druck verschiedener Arten von mechanischen Verlusten in Benzin- und Dieselmotoren ( 1600 min-1), MPa

Tabelle 11.B. Mittlerer Druck verschiedener Arten von mechanischen Verlusten in einem Ottomotor (1600 min-1, e = 6) bei verschiedenen Lasten, MPa

Die Gesamtverluste, wie aus der Tabelle ersichtlich. 11 sind relativ klein, da sie bei niedrigen Drehzahlen (1600 min-1) gemessen wurden. Mit zunehmender Drehzahl steigen die Verluste durch die Wirkung der Trägheitskräfte der translatorisch bewegten Massen, die proportional zur zweiten Potenz der Drehzahl sowie der Relativgeschwindigkeit im Lager ansteigen, da die auch die viskose Reibung ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit. Interessant ist auch der Vergleich der Indikatordiagramme in den Zylindern der beiden betrachteten Motoren (Abb. 89). Der Druck im Zylinder eines Dieselmotors ist etwas höher als der eines Benzinmotors und seine Dauer ist länger. Dadurch drücken die Gase die Ringe mit größerer Kraft und länger an die Zylinderwand, daher ist der Reibungsverlust in der Zylinder-Kolben-Gruppe beim Dieselmotor größer. Auch die gegenüber einem Ottomotor vergrößerten Abmessungen, insbesondere der Durchmesser der Lager beim Dieselmotor, tragen zu einer Erhöhung der mechanischen Verluste bei.

Die Lagerreibung wird durch Schubspannungen im Ölfilm verursacht. Sie hängt linear von der Größe der Reibflächen ab und ist proportional zum Quadrat der Schergeschwindigkeit. Die Reibung wird maßgeblich von der Ölviskosität und in geringerem Maße von der Ölfilmdicke in Lagern beeinflusst. Der Gasdruck in der Flasche hat fast keinen Einfluss auf die Lagerverluste.

AUSWIRKUNG VON ZYLINDERDURCHMESSER UND KOLBENHUB AUF DIE EFFIZIENZ EFFIZIENZ DES Verbrennungsmotors

Früher ging es darum, die Wärmeverluste auf ein Minimum zu reduzieren, um den Indikatorwirkungsgrad des Motors zu erhöhen, und es ging hauptsächlich darum, das Verhältnis der Oberfläche des Brennraums zu seinem Volumen zu reduzieren. Das Volumen der Brennkammer ist bis zu einem gewissen Grad indikativ für die Menge der zugeführten Wärme. Der Heizwert der zugeführten Ladung in einem Ottomotor wird durch das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff bestimmt, nahezu stöchiometrisch. Dem Dieselmotor wird saubere Luft zugeführt, und die Kraftstoffzufuhr wird durch den Grad der Unvollständigkeit der Verbrennung begrenzt, bei der Rauch in den Abgasen auftritt. Daher ist das Verhältnis zwischen der Wärmeeintragsmenge und dem Volumen der Brennkammer ziemlich offensichtlich

Die Kugel hat das kleinste Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Durch die Oberfläche wird die Wärme an den umgebenden Raum abgeführt, so dass die kugelförmige Masse am wenigsten gekühlt wird. Diese offensichtlichen Zusammenhänge werden bei der Auslegung des Brennraums berücksichtigt, wobei jedoch die geometrische Ähnlichkeit unterschiedlich großer Motorteile zu beachten ist. Wie Sie wissen, beträgt das Volumen einer Kugel 4 / 3lR3 und ihre Oberfläche 4lR2, und daher nimmt das Volumen mit zunehmendem Durchmesser schneller zu als die Oberfläche, und daher hat eine Kugel mit einem größeren Durchmesser eine kleinere Oberfläche-zu -Volumenverhältnis. Haben die Oberflächen einer Kugel unterschiedlichen Durchmessers die gleichen Temperaturunterschiede und den gleichen Wärmeübergangskoeffizienten a, dann kühlt die große Kugel langsamer ab.

Motoren sind geometrisch ähnlich, wenn sie das gleiche Design haben, sich aber in der Größe unterscheiden. Wenn der erste Motor beispielsweise einen Zylinderdurchmesser von eins hat und der zweite Motor er ist bei 2 mal mehr, dann sind alle linearen Abmessungen des zweiten Motors 2 mal, Flächen - 4 mal und Volumina - 8 mal größer als die des ersten Motors. Eine vollständige geometrische Ähnlichkeit kann jedoch nicht erreicht werden, da die Abmessungen von beispielsweise Zündkerzen und Einspritzventilen bei Motoren mit unterschiedlichen Zylinderbohrungsgrößen gleich sind.

Aus der geometrischen Ähnlichkeit kann geschlossen werden, dass ein größerer Zylinder auch ein akzeptableres Oberflächen-Volumen-Verhältnis hat und daher seine Wärmeverluste bei Oberflächenkühlung unter gleichen Bedingungen geringer sind.

Bei der Leistungsbestimmung müssen jedoch einige limitierende Faktoren berücksichtigt werden. Die Motorleistung hängt nicht nur von der Größe, d. h. dem Volumen der Motorzylinder, sondern auch von deren Rotationsgeschwindigkeit sowie dem durchschnittlichen effektiven Druck ab. Die Motordrehzahl wird durch die maximale durchschnittliche Kolbengeschwindigkeit, das Gewicht und die konstruktive Perfektion des Kurbeltriebs begrenzt. Die maximalen durchschnittlichen Kolbengeschwindigkeiten von Ottomotoren liegen im Bereich von 10-22 m/s. Bei Pkw-Motoren erreicht die maximale durchschnittliche Kolbengeschwindigkeit 15 m / s und der durchschnittliche effektive Druck bei Volllast liegt nahe 1 MPa.

Hubraum und Abmessungen des Motors werden nicht nur von geometrischen Faktoren bestimmt. So wird beispielsweise die Dicke der Wände durch die Technik und nicht durch die Belastung bestimmt. Die Wärmeübertragung durch die Wände hängt nicht von ihrer Dicke ab, sondern von der Wärmeleitfähigkeit ihres Materials, Wärmeübergangskoeffizienten an den Wandoberflächen, Temperaturunterschieden usw. Gasdruckschwingungen in Rohrleitungen breiten sich unabhängig von der Größe mit Schallgeschwindigkeit aus des Motors, Lagerspiele werden durch die Eigenschaften des Ölfilms usw. bestimmt. Es müssen jedoch einige Rückschlüsse auf den Einfluss der geometrischen Abmessungen der Zylinder gezogen werden.

VOR- UND NACHTEILE EINES GROßEN VERDICHTUNGSZYLINDERS

Ein Zylinder mit größerem Arbeitsvolumen hat einen geringeren relativen Wärmeverlust an die Wände. Dies wird durch die Beispiele stationärer Dieselmotoren mit großvolumigen Zylindern, die einen sehr geringen spezifischen Kraftstoffverbrauch aufweisen, gut bestätigt. Bei Pkw ist dies jedoch nicht immer der Fall.

Die Analyse der Motorleistungsgleichung zeigt, dass mit einem kleinen Kolbenhub die höchste Motorleistung erreicht werden kann.

Die durchschnittliche Kolbengeschwindigkeit kann berechnet werden als

wobei: S der Kolbenhub ist, m; n - Rotationsfrequenz, min-1.

Wenn die Durchschnittsgeschwindigkeit des Kolbens C p begrenzt ist, kann die Rotationsfrequenz umso höher sein, je kleiner der Kolbenhub ist. Die Leistungsgleichung für einen Viertaktmotor lautet

wo: Vh - Motorvolumen, dm3; n - Rotationsfrequenz, min-1; pe - durchschnittlicher Druck, MPa.

Folglich ist die Motorleistung direkt proportional zu seiner Geschwindigkeit und seinem Hubraum. Gleichzeitig werden also die gegenteiligen Anforderungen an den Motor gestellt - ein großer Hubraum des Zylinders und ein kurzer Hub. Eine Kompromisslösung besteht darin, mehr Zylinder zu verwenden.

Der am meisten bevorzugte Hubraum für einen Zylinder eines Hochgeschwindigkeits-Benzinmotors beträgt 300-500 cm³. Ein Motor mit einer geringen Anzahl solcher Zylinder ist schlecht ausgewuchtet und weist bei einer großen Anzahl solcher Zylinder erhebliche mechanische Verluste auf und hat daher einen erhöhten spezifischen Kraftstoffverbrauch. Ein Achtzylinder mit 3000 cm3 Hubraum hat einen geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch als ein Zwölfzylinder mit gleichem Hubraum.

Um einen geringen Kraftstoffverbrauch zu erzielen, empfiehlt es sich, Motoren mit geringer Zylinderzahl zu verwenden. Ein Einzylindermotor mit großem Hubraum wird jedoch in Automobilen nicht verwendet, da seine relative Masse groß ist und ein Ausgleich nur unter Verwendung spezieller Mechanismen möglich ist, was zu einer zusätzlichen Erhöhung seiner Masse, Größe und Kosten führt. Außerdem ist die große Drehmomentungleichmäßigkeit eines Einzylindermotors für Fahrzeuggetriebe nicht akzeptabel.

Die kleinste Anzahl von Zylindern in einem modernen Automotor sind zwei. Solche Motoren werden erfolgreich in Autos einer besonders kleinen Klasse (Citroen 2 CV, Fiat 126) eingesetzt. Aus der Sicht der Balance ist die nächste in einer Reihe von zweckmäßigen Anwendungen ein Vierzylindermotor, jedoch werden jetzt Dreizylindermotoren mit einem kleinen Arbeitsvolumen von Zylindern verwendet, da Sie mit ihnen niedrige Kraftstoffverbrauch. Darüber hinaus vereinfachen und reduzieren weniger Zylinder die Motorzubehörteile, da die Anzahl der Zündkerzen, Einspritzdüsen und Kolbenpaare der Hochdruck-Kraftstoffpumpe verringert wird. Bei Querpositionierung in einem Auto hat ein solcher Motor eine kürzere Länge und schränkt die Lenkung der Lenkräder nicht ein.

Ein Dreizylindermotor ermöglicht die Verwendung von Basisteilen, die mit einem Vierzylindermotor vereint sind: eine Zylinderlaufbuchse, ein Kolbensatz, ein Pleuelsatz, ein Ventilmechanismus. Die gleiche Lösung ist für einen Fünfzylindermotor möglich, der es ermöglicht, das Leistungsspektrum vom Basis-Vierzylindermotor bei Bedarf nach oben zu erhöhen, um den Umstieg auf einen längeren Sechszylindermotor zu vermeiden.

Auf die Vorteile des Einsatzes von Dieselmotoren mit großem Hubraum wurde bereits hingewiesen. Dies ermöglicht neben der Reduzierung des Wärmeverlustes bei der Verbrennung einen kompakteren Brennraum, in dem bei moderaten Verdichtungsverhältnissen höhere Temperaturen zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung erzeugt werden. An einem Zylinder mit großem Arbeitsvolumen können Düsen mit einer großen Anzahl von Düsen verwendet werden, die weniger empfindlich gegenüber Kohlenstoffbildung sind.

VERHÄLTNIS VON KOLBENHUB ZU ZYLINDERDURCHMESSER

Der Quotient aus der Größe des Kolbenhubs S durch die Größe des Zylinderdurchmessers D ist ein häufig verwendeter Wert für das S/D-Verhältnis . Die Sicht auf die Größe des Kolbenhubs hat sich im Laufe der Entwicklung des Motorenbaus geändert.

In der Anfangsphase des Automobilmotorenbaus galt die sogenannte Steuerformel, auf deren Grundlage die erhobene Motorleistungssteuer unter Berücksichtigung der Anzahl und des Durchmessers D . berechnet wurde seine Zylinder. Auch die Klassifizierung der Motoren erfolgte nach dieser Formel. Daher wurden Motoren mit großem Kolbenhub bevorzugt, um die Motorleistung innerhalb dieser Steuerklasse zu erhöhen. Die Motorleistung nahm zu, der Drehzahlanstieg wurde jedoch durch die zulässige mittlere Kolbengeschwindigkeit begrenzt. Da der Motorgasverteilungsmechanismus während dieser Zeit nicht für hohe Drehzahlen ausgelegt war, spielte die Begrenzung der Drehzahl durch die Kolbengeschwindigkeit keine Rolle.

Sobald die beschriebene Steuerformel abgeschafft wurde und die Klassifizierung der Motoren nach dem Arbeitsvolumen des Zylinders durchgeführt wurde, begann der Kolbenhub stark abzunehmen, was eine Erhöhung der Drehzahl und damit ermöglichte , die Motorleistung. Zylinder mit größerer Bohrung haben es möglich gemacht, größere Ventile zu verwenden. Daher wurden Kurzhubmotoren mit einem S / D-Verhältnis von bis zu 0,5 entwickelt. Durch die Verbesserung der Gasverteilung, insbesondere bei Verwendung von vier Ventilen im Zylinder, konnte die Motornenndrehzahl auf 10.000 min-1 und mehr gebracht werden, wodurch die Leistungsdichte rapide zunahm

Derzeit wird viel Wert auf die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs gelegt, die hierzu durchgeführten Studien zur Wirkung von S/D haben gezeigt, dass Kurzhubmotoren einen erhöhten spezifischen Kraftstoffverbrauch aufweisen. Dies wird durch die große Oberfläche des Brennraums sowie eine Abnahme des mechanischen Wirkungsgrades des Motors durch den relativ großen Wert der translatorisch bewegten Massen der Teile des Pleuel-Kolben-Satzes und die Zunahme der Verluste verursacht B. an Antrieben von Nebenaggregaten. Bei sehr kurzem Hub muss die Pleuelstange verlängert werden, damit der untere Teil des Kolbenhemdes nicht von den Kurbelwellengegengewichten berührt wird. Mit abnehmendem Hub hat sich die Masse des Kolbens leicht verringert und durch die Verwendung von Aussparungen und Kerben am Kolbenschaft.Um die Emission von giftigen Substanzen in den Abgasen zu reduzieren, ist es zweckmäßiger, Motoren mit einem kompakten Brennraum und einen längeren Kolbenhub. Daher derzeit von Motoren mit einem sehr geringen S/D-Ausfall.

Abhängigkeit des mittleren effektiven Drucks vom S / D-Verhältnis die besten Rennmotoren, bei denen die Abnahme von q bei niedrigen S / D-Verhältnissen deutlich sichtbar ist, ist in Abb. 90 Derzeit wird ein S/D-Verhältnis gleich oder etwas größer als eins als vorteilhafter angesehen. Obwohl bei kurzem Kolbenhub das Verhältnis von Zylinderlauffläche zu seinem Arbeitsvolumen an der Kolbenposition im UT geringer ist als bei langhubigen Motoren, ist die untere Zylinderzone für die Wärmeabfuhr nicht so wichtig, da die Gastemperatur fällt schon merklich ab

Ein Langhubmotor hat ein günstigeres Verhältnis der gekühlten Oberfläche zum Volumen des Brennraums, wenn sich der Kolben im OT befindet, was wichtiger ist, da in dieser Zykluszeit die Gastemperatur, die den Wärmeverlust bestimmt, ist am höchsten. Die Reduzierung der Wärmeübertragungsfläche während dieser Phase des Expansionsprozesses reduziert die Wärmeverluste und verbessert den angegebenen Motorwirkungsgrad.

WEITERE MÖGLICHKEITEN, DEN KRAFTSTOFFVERBRAUCH DES MOTORS ZU REDUZIEREN

Der Motor arbeitet nur in einem bestimmten Bereich seiner Eigenschaften mit minimalem Kraftstoffverbrauch.

Beim Betrieb eines Fahrzeugs sollte seine Motorleistung immer auf der Kurve des minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs liegen. Bei einem Pkw ist diese Bedingung erfüllt, wenn ein Vier- und Fünfganggetriebe verwendet wird, und je weniger Gänge, desto schwieriger ist es, diese Bedingung zu erfüllen. Bei Fahrten auf einem waagerechten Straßenabschnitt arbeitet der Motor auch bei eingelegtem vierten Gang nicht optimal. Daher muss das Auto für eine optimale Motorlast im höchsten Gang beschleunigt werden, bis die gesetzlich zulässige Höchstgeschwindigkeit erreicht ist. Als nächstes empfiehlt es sich, das Getriebe in Neutral zu schalten, den Motor auszuschalten und zu einem Geschwindigkeitsabfall z Druck auf das Motorsteuerpedal, die Geschwindigkeit wieder auf 90 km/h bringen.

Ein solches Auto fährt im "Beschleunigungs-Roll-Vorwärts"-Weg. Diese Fahrweise ist für den Economy-Wettbewerb akzeptabel, da der Motor entweder im Economy-Bereich läuft oder ausgeschaltet ist. Es ist jedoch nicht für den realen Betrieb des Autos im dichten Verkehr geeignet.

Dieses Beispiel zeigt eine Möglichkeit, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Eine andere Möglichkeit, den spezifischen Kraftstoffverbrauch zu minimieren, besteht darin, die Motorleistung zu begrenzen und gleichzeitig einen guten mechanischen Wirkungsgrad beizubehalten. Der negative Einfluss der Teillast auf den mechanischen Wirkungsgrad wurde bereits in Tabelle dargestellt. 11A. Insbesondere aus der Tabelle. 11B zeigt, dass bei einer Reduzierung der Motorlast von 100 % auf 30 % der Anteil der mechanischen Verluste an der Anzeigearbeit von 12 % auf 33 % steigt und der mechanische Wirkungsgrad von 88 % auf 67 % sinkt. Mit nur zwei Zylindern des laufenden Vierzylindermotors kann eine Leistung von 30 % des Maximums erreicht werden.

ZYLINDER ABSCHALTEN

Wenn bei Teillast eines Mehrzylindermotors mehrere Zylinder abgeschaltet werden, arbeiten die übrigen mit höherer Last mit besserem Wirkungsgrad. So kann bei einem Achtzylindermotor im Teillastbetrieb die gesamte Luftmenge nur auf vier Zylinder geleitet werden, deren Last verdoppelt und der Wirkungsgrad des Motors erhöht werden. Die Kühlfläche der Brennräume von vier Zylindern ist geringer als die von acht, dadurch wird die Wärmeabfuhr des Kühlsystems reduziert und der Kraftstoffverbrauch um bis zu 25 % gesenkt.

Die Ventilantriebssteuerung wird normalerweise verwendet, um die Zylinder zu deaktivieren. Wenn beide Ventile geschlossen sind, gelangt das Gemisch nicht in die Flasche und das darin ständig befindliche Gas wird nacheinander komprimiert und expandiert. Die dabei aufgewendete Arbeit zum Komprimieren des Gases wird bei seiner Expansion bei geringer Wärmeabfuhr durch die Zylinderwände wieder freigesetzt. Der mechanische und Indikatorwirkungsgrad ist dabei gegenüber dem Wirkungsgrad eines auf allen Zylindern mit gleicher Wirkleistung arbeitenden Achtzylindermotors verbessert.

Diese Art des Abschaltens der Zylinder ist sehr praktisch, da der Zylinder beim Umschalten des Motors auf Teillast automatisch ausgeschaltet und beim Drücken des Steuerpedals fast sofort eingeschaltet wird. Somit kann der Fahrer jederzeit die volle Leistung des Motors nutzen, um einen Berg zu überholen oder schnell zu überwinden. Beim Fahren in der Stadt wird der Kraftstoffverbrauch besonders deutlich. Off-Zylinder haben keine Pumpverluste und führen keine Luft in die Abgasleitung. Bei Bergabfahrten bieten die ausgekuppelten Zylinder weniger Widerstand, die Motorbremsung wird reduziert und das Fahrzeug rollt wie bei einem Freilauf länger.

Es ist praktisch, den Zylinder eines Motors mit obenliegendem Ventil mit einer unteren Nockenwelle über einen elektromagnetisch bewegten Anschlag des Ventilkipphebels abzuschalten. Beim Abschalten des Elektromagneten bleibt das Ventil geschlossen, da der Kipphebel durch den Nockenwellennocken um den Berührungspunkt mit dem Ende des Ventilschafts gedreht wird und sich gleichzeitig der Kipphebel frei bewegen kann.

Bei einem Achtzylindermotor werden zwei oder vier Zylinder so abgeschaltet, dass der Wechsel der Arbeitszylinder möglichst gleichmäßig ist. Bei einem Sechszylindermotor werden ein bis drei Zylinder abgeschaltet. Es laufen auch Tests, um zwei Zylinder eines Vierzylindermotors abzuschalten.

Ein solches Abschalten von Ventilen in einem Motor mit einer obenliegenden Nockenwelle ist schwierig, daher werden andere Verfahren zum Abschalten der Zylinder verwendet. So wird beispielsweise bei einem Sechszylinder-BMW-Motor (BRD) die Hälfte der Zylinder abgeschaltet, so dass bei drei Zylindern Zündung und Einspritzung abgeschaltet werden und die Abgase von drei Arbeitszylindern über drei abgeschaltete Zylinder abgeführt werden und sich ausdehnen können weiter. Dieser Vorgang wird durch Ventile in den Zu- und Ableitungen durchgeführt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die abgeschalteten Zylinder ständig durch die vorbeiströmenden Abgase erwärmt werden.

Der Porsche 928 V-8-Motor mit Zylinderabschaltung hat zwei fast vollständig getrennte Vierzylinder-V-Sektionen. Jeder von ihnen ist mit einer unabhängigen Einlassleitung ausgestattet, während der Gasverteilungsmechanismus keine Abschaltung der Ventilantriebe hat. Einer der Motoren wird durch Schließen der Drosselklappe und Stoppen der Benzineinspritzung abgeschaltet, und Tests haben gezeigt, dass die Pumpverluste bei einer kleinen Drosselklappenöffnung am geringsten sind. Drosselklappen beider Sektionen sind mit unabhängigen Antrieben ausgestattet. Die abzuschaltende Sektion führt ständig eine geringe Luftmenge in die gemeinsame Abgasleitung, die der Nachverbrennung der Abgase im thermischen Reaktor dient. Dies schließt den Einsatz einer speziellen Pumpe zur Zuführung von Sekundärluft aus.

Wenn der Achtzylindermotor in zwei Vierzylinderabschnitte unterteilt ist, wird einer von ihnen auf ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl eingestellt und ist ständig in Betrieb, und der zweite - für maximale Leistung und wird nur bei Bedarf eingeschaltet um eine Leistung nahe dem Maximum zu haben. Motorabschnitte können unterschiedliche Ventilsteuerzeiten und unterschiedliche Ansaugkrümmerlängen aufweisen.

Die Multiparameter-Charakteristik des Porsche 928-Motors im Betrieb von acht (durchgezogene Kurven) und vier Zylindern (gestrichelte Kurven) ist in Abb. 91. Bereiche der Verbesserung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs aufgrund der Abschaltung von vier Motorzylindern sind schattiert. Bei einer Drehzahl von 2000 U/min und einem Drehmoment von 80 Nm beträgt der spezifische Kraftstoffverbrauch im Betrieb aller acht Zylinder des Motors beispielsweise 400 g / (kW 350 g / (kWh).

Noch deutlichere Kraftstoffeinsparungen können bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten erzielt werden. Der Unterschied im Kraftstoffverbrauch bei gleichmäßiger Bewegung entlang des horizontalen Abschnitts der Autobahn ist in Abb. 92. Bei einem Motor mit vier ausgekuppelten Zylindern (gestrichelte Kurve) bei einer Geschwindigkeit von 40 km / h sinkt der Kraftstoffverbrauch um 25%: von 8 auf 6 l / 100 km.

Aber nicht nur durch das Abschalten der Zylinder kann Kraftstoffeinsparung im Motor erreicht werden. Bei den neuen Porsche-Motoren ist das Modell OBEN(„Thermodynamisch optimierter Porsche-Motor“) wurden alle Möglichkeiten zur Verbesserung des Indikatorwirkungsgrades eines klassischen Ottomotors umgesetzt. Das Verdichtungsverhältnis wurde zunächst von 8,5 auf 10 und dann durch Änderung der Form des Kolbenbodens auf 12,5 erhöht, während die Rotationsintensität der Ladung im Zylinder während des Kompressionshubs erhöht wurde. Die so aufgewerteten Motoren Porsche 924 und Porsche 928 haben den spezifischen Kraftstoffverbrauch um 6-12% gesenkt. Das hier verwendete elektronische Zündsystem, das den optimalen Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Last einstellt, erhöht den Motorwirkungsgrad im Teillastbetrieb bei mageren Gemischen und eliminiert auch das Klopfen bei Höchstlast.

Auch das Abstellen des Motors beim Anhalten an Kreuzungen spart Kraftstoff. Wenn der Motor im Leerlauf mit einer Drehzahl kleiner 1000 min-1 läuft und die Kühlmitteltemperatur mehr als 40 °C beträgt, wird die Zündung nach 3,5 s ausgeschaltet. Der Motor springt erst wieder an, nachdem das Steuerpedal betätigt wurde. Dies reduziert den Kraftstoffverbrauch um 25-35% und damit die Porsche Benzinmotoren OBEN In puncto Kraftstoffeffizienz können sie mit Dieselmotoren mithalten.

Auch beim V-8 hat Mercedes-Benz versucht, den Kraftstoffverbrauch durch Abschalten der Zylinder zu senken. Die Abschaltung wurde durch ein elektromagnetisches Gerät erreicht, das die starre Verbindung zwischen dem Nocken und dem Ventil unterbrach. Im Stadtverkehr wurde der Kraftstoffverbrauch um 32 % gesenkt.

PLASMAZÜNDUNG

Durch magere Gemische ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch und den Schadstoffgehalt der Abgase zu reduzieren, deren Funkenzündung jedoch schwierig ist. Eine garantierte Funkenzündung tritt ein, wenn das Luft/Kraftstoff-Massenverhältnis nicht mehr als 17 beträgt. Bei schlechteren Zusammensetzungen treten Aussetzer auf, die zu einer Erhöhung des Schadstoffgehalts in den Abgasen führen.

Durch die Erzeugung einer Schichtladung im Zylinder ist es möglich, ein sehr mageres Gemisch zu verbrennen, sofern sich im Bereich der Zündkerze ein fettes Gemisch bildet. Das fette Gemisch ist leicht entzündlich und die in das Brennraumvolumen geworfene Flamme entzündet das dort befindliche magere Gemisch.

In den letzten Jahren wurde an der Zündung magerer Gemische durch Plasma- und Laserverfahren geforscht, bei denen mehrere Brennpunkte in der Brennkammer gebildet werden, da das Gemisch gleichzeitig in verschiedenen Zonen der Kammer gezündet wird. Als Ergebnis werden Klopfprobleme beseitigt und das Verdichtungsverhältnis kann selbst bei Verwendung von Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl erhöht werden. Dabei ist die Zündung magerer Gemische mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von bis zu 27 möglich.

Bei der Plasmazündung erzeugt ein Lichtbogen eine hohe Konzentration an elektrischer Energie in einer ionisierten Funkenstrecke mit ausreichend großem Volumen. Gleichzeitig entstehen im Lichtbogen Temperaturen bis 40.000 °C, also Bedingungen ähnlich wie beim Lichtbogenschweißen.

Es ist jedoch nicht so einfach, ein Plasmazündverfahren in einem Verbrennungsmotor zu implementieren. Eine Plasma-Zündkerze ist in Abb. 1 gezeigt. 93. Unter der Mittelelektrode im Zündkerzenisolator wird eine kleine Kammer gebildet. Bei einer langen elektrischen Entladung zwischen der Mittelelektrode und dem Kerzenkörper erwärmt sich das Gas in der Kammer auf eine sehr hohe Temperatur und tritt expandierend durch das Loch im Kerzenkörper in die Brennkammer aus. Es entsteht ein Plasmabrenner mit einer Länge von etwa 6 mm, wodurch mehrere heiße Flammen entstehen, die zur Zündung und Verbrennung des mageren Gemischs beitragen.

Eine andere Art von Plasmazündsystem verwendet eine kleine Hochdruckpumpe, die den Elektroden beim Erzeugen des Lichtbogens Luft zuführt. Das bei der Entladung zwischen den Elektroden gebildete ionisierte Luftvolumen tritt in die Brennkammer ein.

Diese Verfahren sind sehr komplex und gelten nicht für Automobilmotoren. Daher wurde ein weiteres Verfahren entwickelt, bei dem die Zündkerze einen konstanten Lichtbogen für einen 30° Drehwinkel der Kurbelwelle erzeugt. Dabei werden bis zu 20 MJ Energie freigesetzt, das ist deutlich mehr als bei einer herkömmlichen Funkenentladung. Es ist bekannt, dass sich das Gemisch nicht entzündet, wenn bei der Funkenzündung nicht genügend Energie erzeugt wird.

Der Plasmabogen bildet in Kombination mit der Rotation der Ladung in der Brennkammer eine große Zündfläche, da sich dabei Form und Größe des Plasmabogens stark verändern. Dies bedeutet neben einer Verlängerung der Zündzeitdauer auch das Vorhandensein einer hohen dafür freigesetzten Energie.

Im Gegensatz zum Standardsystem arbeitet im Sekundärkreis der Plasmazündanlage eine konstante Spannung von 3000 V. Im Moment der Entladung wird in der Funkenstrecke der Zündkerze ein normaler Funke erzeugt. In diesem Fall nimmt der Widerstand an den Elektroden der Kerze ab und eine konstante Spannung von 3000 V bildet einen Lichtbogen, der im Moment der Entladung gezündet wird. Eine Spannung von ca. 900 V reicht aus, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten.

Das Plasma-Zündsystem unterscheidet sich vom serienmäßig eingebauten Hochfrequenz-DC-Chopper (12 kHz) mit einer Spannung von 12 V. Die Induktionsspule hebt die Spannung auf 3000 V an, die dann gleichgerichtet wird. Es ist zu beachten, dass eine längere Lichtbogenentladung an einer Zündkerze deren Lebensdauer erheblich verkürzt.

Bei der Plasmazündung breitet sich die Flamme im Brennraum schneller aus, sodass eine entsprechende Änderung des Zündzeitpunkts erforderlich ist. Tests des Plasmazündsystems an einem Ford Pinto (USA) mit einem Hubraum von 2300 cm3 und einem Automatikgetriebe ergaben die in der Tabelle angegebenen Ergebnisse. 12.

Tabelle 12. Testergebnisse des Plasma-Zündsystems an einem Ford Pinto-Auto

Mit der Plasmazündung ist es möglich, einen Benzinmotor mit hoher Qualität zu steuern, bei dem die zugeführte Luftmenge unverändert bleibt und die Motorleistung nur durch Einstellen der zugeführten Kraftstoffmenge gesteuert wird. Bei Verwendung einer Plasmazündanlage im Motor ohne Änderung des Zündzeitpunkts und der Gemischzusammensetzung verringerte sich der Kraftstoffverbrauch um 0,9%, bei gesteuertem Zündwinkel - um 4,5% und bei optimalem Zündwinkel und Gemischzusammensetzung - um 14% ( siehe Tabelle 12). Die Plasmazündung verbessert die Motorleistung, insbesondere bei Teillast, und der Kraftstoffverbrauch kann dem eines Dieselmotors entsprechen.

REDUZIERUNG DER EMISSION VON GIFTSTOFFEN MIT ABGASEN

Die zunehmende Motorisierung bringt die Notwendigkeit von Umweltschutzmaßnahmen mit sich. Die Luft in Städten wird zunehmend durch gesundheitsschädliche Stoffe, insbesondere Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Bleiverbindungen, Schwefel usw Alltag, sowie in Automotoren.

Neben giftigen Stoffen beim Autofahren wirkt sich auch ihr Lärm schädlich auf die Bevölkerung aus. In den letzten Jahren ist der Lärmpegel in Städten jährlich um 1 dB gestiegen, daher ist es notwendig, den Anstieg des Gesamtlärmpegels nicht nur zu stoppen, sondern auch zu reduzieren. Ständige Lärmbelastung verursacht Nervenkrankheiten, verringert die Arbeitsfähigkeit von Menschen, insbesondere von Menschen, die geistig aktiv sind. Die Motorisierung bringt Lärm an zuvor ruhige, abgelegene Orte. Leider wird der Geräuschreduzierung von Holzbearbeitungs- und Landmaschinen noch immer nicht die gebührende Aufmerksamkeit geschenkt. Die Kettensäge verursacht in einem großen Teil des Waldes Lärm, der die Lebensbedingungen der Tiere verändert und oft zum Verschwinden bestimmter Arten führt.

Am häufigsten sorgt jedoch die Verschmutzung der Atmosphäre durch die Abgase von Autos für Kritik.

Tabelle 13. Zulässige Emission von Schadstoffen mit Abgasen von Personenkraftwagen gemäß Gesetzgebung Stk. Kalifornien, USA

Bei starkem Verkehr sammeln sich Abgase an der Bodenoberfläche und bei Sonneneinstrahlung, insbesondere in Industriestädten in schlecht belüfteten Becken, entsteht sogenannter Smog. Die Atmosphäre ist so stark belastet, dass der Aufenthalt in ihr gesundheitsschädlich ist. Straßenbeamte an einigen belebten Kreuzungen verwenden Sauerstoffmasken, um ihre Gesundheit zu erhalten. Besonders schädlich ist das relativ schwere Kohlenmonoxid, das sich nahe der Erdoberfläche befindet, in die unteren Stockwerke von Gebäuden, Garagen eindringt und mehr als einmal zu Todesfällen führt.

Gesetzgeber begrenzen den Schadstoffgehalt in den Abgasen von Autos und werden ständig verschärft (Tabelle 13).

Vorschriften sind für Automobilhersteller ein großes Anliegen; sie wirken sich auch indirekt auf die Effizienz des Straßenverkehrs aus.

Zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes kann ein gewisser Luftüberschuss zugelassen werden, um eine gute Durchmischung des Brennstoffes zu gewährleisten. Der erforderliche Luftüberschuss hängt vom Vermischungsgrad des Brennstoffs mit der Luft ab. Bei Vergasermotoren dauert dieser Vorgang sehr lange, da der Kraftstoffweg vom Gemischbildner zur Zündkerze recht lang ist.

Mit einem modernen Vergaser können Sie verschiedene Arten von Gemischen bilden. Für den Kaltstart des Motors wird das fetteste Gemisch benötigt, da ein erheblicher Teil des Kraftstoffs an den Wänden des Saugrohrs kondensiert und nicht sofort in den Zylinder gelangt, nur ein kleiner Teil der leichten Anteile des Kraftstoffs verdampft Wenn der Motor warm wird, ist auch eine Mischung mit fetter Zusammensetzung erforderlich.

Während der Fahrt sollte die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs schlecht sein, was zu einer guten Effizienz und einem niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch führt. Um die maximale Motorleistung zu erreichen, ist ein fettes Gemisch erforderlich, um die gesamte in den Zylinder eintretende Luftmasse voll auszunutzen. Um bei schnellem Öffnen der Drosselklappe eine gute Dynamik des Motors zu gewährleisten, ist es erforderlich, dem Saugrohr zusätzlich eine gewisse Kraftstoffmenge zuzuführen, die den an den Rohrwänden abgesetzten und kondensierten Kraftstoff ausgleicht Folge des Druckanstiegs darin.

Für eine gute Vermischung von Kraftstoff mit Luft sollte eine hohe Luftgeschwindigkeit und Rotation erzeugt werden. Wenn der Querschnitt des Vergaserdiffusors konstant ist, ist bei niedrigen Motordrehzahlen für eine gute Gemischbildung die Luftgeschwindigkeit darin gering, und bei hohen Drehzahlen führt der Diffusorwiderstand zu einer Abnahme der in den Motor eintretenden Luftmasse . Dieser Nachteil kann durch Verwendung eines Vergasers mit variablem Querschnitt oder Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkrümmer beseitigt werden.

Es gibt verschiedene Arten von Benzin-Saugrohreinspritzsystemen. Bei den gängigsten Systemen wird der Kraftstoff durch eine separate Düse für jeden Zylinder zugeführt, wodurch eine gleichmäßige Kraftstoffverteilung zwischen den Zylindern erreicht wird und das Absetzen und Kondensieren von Kraftstoff an den kalten Wänden des Ansaugkrümmers vermieden wird. Die eingespritzte Kraftstoffmenge nähert sich leichter dem momentan vom Motor geforderten Optimum. Es wird kein Diffusor benötigt und Energieverluste durch den Luftdurchtritt werden eliminiert. Ein Beispiel für ein solches Kraftstofffördersystem ist das bei Turbomotoren bereits in 9.5 erwähnte, häufig verwendete Bosch K-Jetronic Einspritzsystem.

Das Diagramm dieses Systems ist in Abb. 94. Konisches Abzweigrohr /, in dem sich das Schwingen am Hebel bewegt 2 Ventil 5 ist so ausgelegt, dass der Ventilhub proportional zum Luftmassenstrom ist. Fenster 5 für den Kraftstoffdurchlass werden durch eine Spule geöffnet 6 im Reglerkörper, wenn der Hebel unter dem Einfluss der Zuluftrutsche bewegt wird. Durch die Form des konischen Rohres werden die notwendigen Veränderungen der Gemischzusammensetzung entsprechend den individuellen Eigenschaften des Motors erreicht. Der Hebel mit dem Ventil wird durch das Gegengewicht ausgeglichen, die Massenkräfte bei Fahrzeugschwingungen wirken sich nicht auf das Ventil aus.

Der Luftstrom zum Motor wird durch die Drosselklappe geregelt 4. Die Dämpfung der Ventilschwingungen und damit des Steuerschiebers, die bei niedrigen Drehzahlen durch Luftdruckpulsationen im Saugrohr entstehen, wird durch Düsen im Kraftstoffsystem erreicht. Die im Ventilhebel befindliche Schraube 7 dient auch zur Regulierung der zugeführten Kraftstoffmenge.

Zwischen Fenster 5 und Düse 8 positioniertes Regelventil 10, federunterstützt 13 und Sättel 12, bezogen auf die Membran // konstanter Einspritzdruck im "Düsenzerstäuber von 0,33 MPa bei einem Druck vor dem Ventil von 0,47 MPa.

Kraftstoff aus Tank 16 Versorgung durch eine elektrische Kraftstoffpumpe 15 über Druckregler 18 und Kraftstofffilter 17 in die untere Kammer 9 Regulierungsbehörde. Ein konstanter Kraftstoffdruck im Regler wird durch ein Druckminderventil aufrechterhalten 14. Membranregler 18 entwickelt, um den Kraftstoffdruck aufrechtzuerhalten, wenn der Motor nicht läuft. Dies verhindert die Bildung von Lufteinschlüssen und gewährleistet einen guten Start eines heißen Motors. Außerdem verlangsamt der Regler den Anstieg des Kraftstoffdrucks beim Anlassen des Motors und dämpft dessen Schwankungen in der Rohrleitung.

Mehrere Geräte erleichtern das Kaltstarten des Motors. Bypassventil 20, Gesteuert von einer Bimetallfeder öffnet es beim Kaltstart die Ablassleitung zum Kraftstofftank, wodurch der Kraftstoffdruck am Ende des Steuerkolbens reduziert wird. Dies stört das Gleichgewicht des Hebels und die gleiche Menge an einströmender Luft entspricht einer größeren Menge an eingespritztem Kraftstoff. Ein weiteres Gerät ist ein zusätzlicher Luftregler. 19, dessen Membran ebenfalls durch eine Bimetallfeder geöffnet wird. Um den erhöhten Reibungswiderstand eines kalten Motors zu überwinden, wird zusätzliche Luft benötigt. Das dritte Gerät ist ein Einspritzventil 21 Kaltstart, thermostatgesteuert 22 im Motorwassermantel, der den Injektor offen hält, bis das Motorkühlmittel eine vorgegebene Temperatur erreicht.

Die elektronische Ausstattung des betrachteten Benzineinspritzsystems beschränkt sich auf ein Minimum. Beim Abstellen des Motors wird die elektrische Kraftstoffpumpe abgeschaltet und beispielsweise bei einem Unfall die Kraftstoffzufuhr unterbrochen, was einen Brand im Auto verhindert. Wenn der Motor nicht läuft, drückt ein Hebel in der unteren Position einen darunter befindlichen Schalter, der die Stromzufuhr zum Anlasser und den Thermostat-Heizspulen unterbricht. Die Leistung der Kaltstart-Injektoren hängt von der Motortemperatur und der Motorlaufzeit ab.

Wird einem Zylinder aus dem Saugrohr mehr Luft zugeführt als den anderen, so wird die Kraftstoffversorgung durch die Betriebsbedingungen des Zylinders mit viel Luft, also mit magerem Gemisch, bestimmt, so dass eine sichere Zündung gewährleistet ist darin sichergestellt. In diesem Fall werden die restlichen Zylinder mit angereicherten Gemischen betrieben, was wirtschaftlich unrentabel ist und zu einer Erhöhung des Schadstoffgehalts führt.

Bei Dieselmotoren ist die Gemischbildung schwieriger, da die Vermischung von Kraftstoff und Luft in sehr kurzer Zeit erfolgt. Der Zündvorgang des Kraftstoffs beginnt mit einer leichten Verzögerung nach dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum. Während des Verbrennungsprozesses läuft noch die Kraftstoffeinspritzung und unter solchen Bedingungen ist es unmöglich, die Luft vollständig zu nutzen.

Bei Dieselmotoren muss daher ein Luftüberschuss vorhanden sein und auch beim Rauchen (was auf eine unvollständige Verbrennung des Gemisches hinweist) ist ungenutzter Sauerstoff in den Abgasen vorhanden. Dies wird durch eine schlechte Vermischung von Kraftstofftröpfchen mit Luft verursacht. Im Zentrum der Brennstofffackel herrscht Luftmangel, was zu Rauchentwicklung führt, obwohl sich in unmittelbarer Nähe der Fackel ungenutzte Luft befindet. Einiges davon wurde bereits in 8.7 erwähnt.

Der Vorteil von Dieselmotoren besteht darin, dass die Zündung des Gemisches auch bei großem Luftüberschuss gewährleistet ist. Die bei der Verbrennung in den Zylinder eintretende Luftmenge nicht vollständig zu nutzen, ist der Grund für die relativ geringe spezifische Leistung des Dieselmotors pro Gewichts- und Hubraumeinheit trotz seines hohen Verdichtungsverhältnisses.

Eine perfektere Gemischbildung findet bei Dieselmotoren mit getrennten Brennräumen statt, bei denen das brennende fette Gemisch aus der Zusatzkammer in die mit Luft gefüllte Hauptbrennkammer gelangt, sich gut mit dieser vermischt und verbrennt. Dies erfordert weniger Luftüberschuss als bei der Direkteinspritzung, jedoch führt die große Kühlfläche der Wände zu großen Wärmeverlusten, was zu einem Abfall des Indikatorwirkungsgrads führt.

13.1. BILDUNG VON KOHLENOXID CO UND KOHLENWASSERSTOFF CHx

Bei der Verbrennung eines Gemisches stöchiometrischer Zusammensetzung sollen ungefährliches Kohlendioxid CO2 und Wasserdampf entstehen, bei Luftmangel durch unvollständige Verbrennung zusätzlich giftiges Kohlenmonoxid CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe CHx.

Diese gesundheitsschädlichen Bestandteile der Abgase können verbrannt und unschädlich gemacht werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, mit einem speziellen Kompressor K (Abb. 95) Frischluft an eine Stelle in der Abgasleitung zuzuführen, an der schädliche Produkte unvollständiger Verbrennung verbrannt werden können. Manchmal wird dazu Luft direkt dem heißen Auslassventil zugeführt.

Ein thermischer Reaktor zur Nachverbrennung von CO und CHx wird in der Regel unmittelbar hinter dem Motor direkt am Auslass der Abgase platziert. Abgase m dem Zentrum des Reaktors zugeführt und von dessen Peripherie in die Auslassleitung abgeführt V. Die Außenfläche des Reaktors ist thermisch isoliert I.

Im wärmsten zentralen Teil des Reaktors befindet sich eine durch Abgase beheizte Feuerkammer,

wo Produkte der unvollständigen Verbrennung von Kraftstoff ausgebrannt werden. Dadurch wird Wärme frei, die den Reaktor auf einer hohen Temperatur hält.

Unverbrannte Bestandteile in den Abgasen können ohne Verbrennung mit Hilfe eines Katalysators oxidiert werden. Dazu ist es notwendig, den Abgasen Sekundärluft zuzusetzen, die für die Oxidation erforderlich ist, deren chemische Reaktion von einem Katalysator durchgeführt wird. Dadurch wird auch Wärme frei. Der Katalysator besteht normalerweise aus seltenen und Edelmetallen, daher ist er sehr teuer.

Katalysatoren können in jedem Motortyp eingesetzt werden, haben aber eine relativ kurze Lebensdauer. Ist Blei im Kraftstoff vorhanden, wird die Katalysatoroberfläche schnell vergiftet und unbrauchbar. Die Gewinnung von Benzin mit hoher Oktanzahl ohne bleihaltige Antiklopfmittel ist ein ziemlich komplizierter Prozess, bei dem viel Öl verbraucht wird, was bei knappem Angebot wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Es ist klar, dass die Nachverbrennung von Brennstoff in einem thermischen Reaktor zu Energieverlusten führt, obwohl durch die Verbrennung nutzbare Wärme freigesetzt wird. Daher ist es ratsam, den Prozess im Motor so zu organisieren, dass bei der Verbrennung des Kraftstoffs darin möglichst wenig Schadstoffe gebildet werden. Gleichzeitig ist zu beachten, dass der Einsatz von Katalysatoren unumgänglich sein wird, um vielversprechende gesetzliche Anforderungen zu erfüllen.

BILDUNG VON STICKOXIDEN NOx

Bei hohen Verbrennungstemperaturen unter Bedingungen einer stöchiometrischen Zusammensetzung des Gemisches entstehen gesundheitsschädliche Stickoxide. Die Reduzierung der Emission von Stickstoffverbindungen ist mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, da die Bedingungen für deren Reduzierung mit den Bedingungen für die Bildung schädlicher Produkte unvollständiger Verbrennung zusammenfallen und umgekehrt. Gleichzeitig kann die Verbrennungstemperatur gesenkt werden, indem etwas Inertgas oder Wasserdampf in das Gemisch eingebracht wird.

Dazu empfiehlt es sich, gekühlte Abgase in das Saugrohr zurückzuführen. Die daraus resultierende abnehmende Leistung erfordert eine Anfettung des Gemisches, eine größere Öffnung der Drosselklappe, was den Gesamtausstoß von schädlichem CO und CHx mit den Abgasen erhöht.

Die Abgasrückführung kann zusammen mit einer Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses, einer variablen Ventilsteuerung und einer späteren Zündung NOx um 80 % reduzieren.

Auch mit katalytischen Verfahren werden Stickoxide aus den Abgasen entfernt. Dabei werden die Abgase zunächst durch einen Reduktionskatalysator geleitet, in dem der NOx-Gehalt reduziert wird, und anschließend zusammen mit zusätzlicher Luft durch einen Oxidationskatalysator, wo CO und CHx eliminiert werden. Ein Diagramm eines solchen Zweikomponentensystems ist in Abb. 96.

Zur Reduzierung des Schadstoffgehalts in den Abgasen werden sogenannte β-Sonden verwendet, die auch in Verbindung mit einem Zweikomponenten-Katalysator eingesetzt werden können. Die Besonderheit des Systems mit Sonde besteht darin, dass dem Katalysator nicht die zusätzliche Luft zur Oxidation zugeführt wird, sondern die Sonde ständig den Sauerstoffgehalt in den Abgasen überwacht und die Kraftstoffzufuhr so ​​regelt, dass die Gemischzusammensetzung immer stöchiometrisch ist . In diesem Fall werden CO, CHx und NOx in minimalen Mengen in den Abgasen vorhanden sein.

Das Funktionsprinzip der Sonde besteht darin, dass sich in einem engen Bereich nahe der stöchiometrischen Zusammensetzung des Gemisches = 1 die Spannung zwischen der Innen- und Außenfläche der Sonde stark ändert, was als Steuerimpuls für die Vorrichtung dient, die den Kraftstoff regelt liefern. Sensorelement 1 die Sonde besteht aus Zirkondioxid und ihre Oberfläche 2 mit einer Platinschicht überzogen. Der Verlauf der Spannung Us zwischen Innen- und Außenfläche des empfindlichen Elements ist in Abb. 97.

ANDERE GIFTSTOFFE

Zur Erhöhung der Oktanzahl des Kraftstoffs werden üblicherweise Antiklopfmittel wie Tetraethylblei verwendet. Um zu verhindern, dass sich Bleiverbindungen an den Wänden der Brennkammer und der Ventile absetzen, werden sogenannte Scavenger verwendet, insbesondere Dibromethyl.

Diese Verbindungen gelangen mit Abgasen in die Atmosphäre und verschmutzen die Vegetation entlang der Straßen. Bleiverbindungen, die mit der Nahrung in den menschlichen Körper gelangen, beeinträchtigen dessen Gesundheit. Die Bleiablagerung in Abgaskatalysatoren wurde bereits erwähnt. Eine wichtige Aufgabe in diesem Zusammenhang ist derzeit die Entfernung von Blei aus Benzin.

In die Brennkammer eintretendes Öl verbrennt nicht vollständig und der Gehalt an CO und CHx in den Abgasen steigt. Um dieses Phänomen auszuschließen, sind eine hohe Dichtheit der Kolbenringe und die Aufrechterhaltung eines guten technischen Zustands des Motors erforderlich.

Die Verbrennung großer Ölmengen ist insbesondere bei Zweitaktmotoren üblich, wo es dem Kraftstoff beigemischt wird. Die negativen Folgen des Einsatzes von Gas-Öl-Gemischen werden teilweise durch eine der Motorbelastung entsprechende Öldosierung mit einer speziellen Pumpe abgemildert. Ähnliche Schwierigkeiten bestehen beim Einsatz des Wankelmotors.

Auch Benzindämpfe wirken sich schädlich auf die menschliche Gesundheit aus. Daher muss die Kurbelgehäuseentlüftung so erfolgen, dass Gase und Dämpfe, die aufgrund mangelnder Dichtheit in das Kurbelgehäuse eindringen, nicht in die Atmosphäre gelangen. Das Austreten von Benzindämpfen aus dem Kraftstofftank kann durch Adsorption und Ansaugen von Dämpfen in das Ansaugsystem verhindert werden. Auslaufen von Öl aus Motor und Getriebe, eine dadurch bedingte Verunreinigung des Fahrzeugs mit Ölen ist ebenfalls verboten, um eine saubere Umgebung zu erhalten.

Die Reduzierung des Ölverbrauchs ist aus wirtschaftlicher Sicht ebenso wichtig wie das Sparen von Kraftstoff, denn Öle sind deutlich teurer als Kraftstoff. Regelmäßige Inspektion und Wartung reduzieren den Ölverbrauch aufgrund von Motorstörungen. Motorölleckagen können beispielsweise durch eine schlechte Dichtheit der Zylinderkopfhaube beobachtet werden. Öllecks können den Motor verunreinigen und Brände verursachen.

Ölleckage ist auch aufgrund der schlechten Dichtheit der Kurbelwellendichtung unsicher. In diesem Fall steigt der Ölverbrauch merklich und das Auto hinterlässt schmutzige Spuren auf der Straße.

Eine Ölverschmutzung eines Autos ist sehr gefährlich, und Ölflecken unter dem Auto dienen als Entschuldigung, um den Betrieb zu verbieten.

Durch den Kurbelwellendichtring austretendes Öl kann in die Kupplung eindringen und diese durchrutschen lassen. Negative Folgen werden jedoch durch das Eindringen von Öl in den Brennraum verursacht. Und obwohl der Ölverbrauch relativ gering ist, erhöht seine unvollständige Verbrennung den Ausstoß von Schadstoffen mit den Abgasen. Verbrennendes Öl äußert sich in einer für Zweitakt-typischen starken Rauchentwicklung des Autos sowie in stark verschlissenen Viertakt-Motoren.

Bei Viertaktmotoren gelangt Öl durch die Kolbenringe in den Brennraum, was sich besonders bei starkem Verschleiß der Kolben und Zylinder bemerkbar macht. Der Hauptgrund für das Eindringen von Öl in den Brennraum ist die ungleichmäßige Haftung der Kompressionsringe am Zylinderumfang. Das Öl wird von den Zylinderwänden durch die Schlitze des Ölabstreifrings und Löcher in seiner Nut abgelassen.

Durch den Spalt zwischen Schaft und Einlassventilführung gelangt Öl leicht in das Saugrohr, wo ein Unterdruck herrscht. Dies gilt insbesondere bei Verwendung von Ölen mit niedriger Viskosität. Der Ölfluss durch diese Baugruppe kann durch die Verwendung einer Gummistopfbuchse am Ende der Ventilführung verhindert werden.

Die viele Schadstoffe enthaltenden Kurbelgehäusegase des Motors werden meist über eine spezielle Rohrleitung in das Ansaugsystem abgeleitet. Von ihm zum Zylinder gelangen die Kurbelgehäusegase zusammen mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch.

Öle mit niedriger Viskosität reduzieren Reibungsverluste, verbessern den mechanischen Wirkungsgrad des Motors und reduzieren den Kraftstoffverbrauch. Es wird jedoch nicht empfohlen, Öle mit einer niedrigeren Viskosität als von den Normen vorgeschrieben zu verwenden. Dies kann zu erhöhtem Ölverbrauch und hohem Motorverschleiß führen.

Aufgrund der Notwendigkeit, Öl zu sparen, wird die Sammlung und Nutzung von Altöl immer wichtiger. Durch die Regenerierung von Altölen kann eine signifikante Menge an hochwertigen Flüssigschmierstoffen gewonnen und gleichzeitig die Umweltverschmutzung vermieden werden, indem die Einleitung von Altölen in Wasserströme gestoppt wird.

BESTIMMUNG DER ZULÄSSIGEN SCHADSTOFFMENGE

Schadstoffe aus Abgasen zu eliminieren ist eine ziemlich schwierige Aufgabe. In hohen Konzentrationen sind diese Komponenten sehr gesundheitsschädlich. Natürlich ist es unmöglich, die aktuelle Situation, insbesondere in Bezug auf den ausgenutzten Parkplatz, sofort zu ändern. Aus diesem Grund wurden die gesetzlichen Vorschriften zur Schadstoffbegrenzung in Abgasen für die Produktion von Neufahrzeugen konzipiert. Diese Verordnungen werden unter Berücksichtigung neuer Fortschritte in Wissenschaft und Technologie schrittweise verbessert.

Die Abgasreinigung ist mit einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs um fast 10 %, einer Verringerung der Motorleistung und einer Erhöhung der Fahrzeugkosten verbunden. Gleichzeitig steigen auch die Kosten für die Fahrzeugwartung. Katalysatoren sind auch teuer, da ihre Komponenten aus seltenen Metallen bestehen. Die Lebensdauer soll auf 80.000 km Laufleistung des Fahrzeugs berechnet werden, ist aber noch nicht erreicht. Die derzeit im Einsatz befindlichen Katalysatoren halten mit bleifreiem Benzin etwa 40.000 km.

Die aktuelle Situation lässt Zweifel an der Wirksamkeit strenger Vorschriften zum Gehalt an schädlichen Verunreinigungen aufkommen, da dies die Kosten des Autos und seines Betriebs erheblich erhöht und in der Folge auch zu einem erhöhten Ölverbrauch führt.

Die für die Zukunft gestellten hohen Anforderungen an die Reinheit von Abgasen können mit dem heutigen Stand von Otto- und Dieselmotoren noch nicht erfüllt werden. Daher ist es ratsam, auf einen radikalen Umbau des Triebwerks von Kraftfahrzeugen zu achten.

Nach Carnots Theorie sind wir verpflichtet, einen Teil der dem Kreislauf zugeführten Wärmeenergie an die Umgebung abzugeben, und dieser Teil hängt von der Temperaturdifferenz zwischen heißen und kalten Wärmequellen ab.

Das Geheimnis der Schildkröte

Ein Merkmal aller Wärmekraftmaschinen, die der Carnot-Theorie gehorchen, ist die Verwendung des Expansionsprozesses des Arbeitsmediums, der es ermöglicht, mechanische Arbeit in den Zylindern von Kolbenmotoren und in den Rotoren von Turbinen zu erzielen. Die Spitze der heutigen Kraft-Wärme-Kopplung hinsichtlich der Effizienz der Umwandlung von Wärme in Arbeit sind GuD-Anlagen. In ihnen übersteigt der Wirkungsgrad 60% bei Temperaturunterschieden über 1000 ° C.

In der experimentellen Biologie wurden vor mehr als 50 Jahren erstaunliche Tatsachen festgestellt, die den etablierten Konzepten der klassischen Thermodynamik widersprechen. Somit erreicht die Effizienz der Muskelaktivität der Schildkröte eine Effizienz von 75-80%. In diesem Fall überschreitet die Temperaturdifferenz im Käfig Bruchteile eines Grades nicht. Darüber hinaus wird sowohl in einer Wärmekraftmaschine als auch in einer Zelle die Energie chemischer Bindungen bei Oxidationsreaktionen zunächst in Wärme und dann in mechanische Arbeit umgewandelt. Darüber schweigt die Thermodynamik lieber. Für eine solche Effizienz sind nach ihren Kanonen Temperaturunterschiede erforderlich, die mit dem Leben nicht vereinbar sind. Was ist das Geheimnis der Schildkröte?

Traditionelle Prozesse

Von der Watt-Dampfmaschine, der ersten Massenwärmemaschine, bis heute hat sich die Theorie der Wärmekraftmaschine und die technischen Lösungen zu ihrer Umsetzung stark weiterentwickelt. Diese Richtung führte zu einer Vielzahl von konstruktiven Entwicklungen und verwandten physikalischen Prozessen, deren allgemeine Aufgabe die Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit war. Das Konzept der „Kompensation für die Umwandlung von Wärme in Arbeit“ blieb für die ganze Vielfalt der Wärmekraftmaschinen unverändert. Dieses Konzept wird heute als absolutes Wissen wahrgenommen, das täglich durch alle bekannten Praktiken menschlichen Handelns bewiesen wird. Beachten Sie, dass die Fakten der bekannten Praxis keineswegs die Basis absoluten Wissens sind, sondern nur die Wissensbasis dieser Praxis. Flugzeuge sind zum Beispiel nicht immer geflogen.

Ein allgemeiner technologischer Nachteil heutiger Wärmekraftmaschinen (Verbrennungsmotoren, Gas- und Dampfturbinen, Raketentriebwerke) ist die Notwendigkeit, den größten Teil der dem Wärmekraftmaschinenkreislauf zugeführten Wärme an die Umgebung abzugeben. Dies ist hauptsächlich der Grund, warum sie eine geringe Effizienz und Wirtschaftlichkeit aufweisen.

Achten wir besonders darauf, dass alle aufgeführten Wärmekraftmaschinen die Expansionsprozesse des Arbeitsmediums nutzen, um Wärme in Arbeit umzuwandeln. Es sind diese Prozesse, die es ermöglichen, die potentielle Energie des thermischen Systems in die kooperative kinetische Energie der Strömungen des Arbeitsmediums und dann in die mechanische Energie der beweglichen Teile der Wärmemaschinen (Kolben und Rotoren) umzuwandeln.

Beachten wir noch eine, wenn auch triviale Tatsache, dass Wärmekraftmaschinen in einer Luftatmosphäre unter ständiger Kompression der Gravitationskräfte arbeiten. Es sind die Gravitationskräfte, die den Druck der Umgebung erzeugen. Die Kompensation der Umwandlung von Wärme in Arbeit ist mit der Notwendigkeit verbunden, Arbeit gegen die Schwerkraft (oder gleichwertig gegen den durch die Schwerkraft verursachten Druck der Umgebung) zu leisten. Die Kombination der beiden oben genannten Tatsachen führt zur "Unterlegenheit" aller modernen Wärmekraftmaschinen, zur Notwendigkeit, einen Teil der dem Kreislauf zugeführten Wärme an die Umgebung abzugeben.

Die Art der Entschädigung

Die Kompensation für die Umwandlung von Wärme in Arbeit besteht darin, dass 1 kg des Arbeitsmediums am Austritt aus der Wärmekraftmaschine – unter dem Einfluss von Expansionsvorgängen innerhalb der Maschine – ein größeres Volumen hat als das Volumen am Eintritt in die Wärme Motor.

Und das bedeutet, dass wir, indem wir 1 kg des Arbeitsfluids durch die Wärmekraftmaschine treiben, die Atmosphäre um einen Betrag dehnen, für den es notwendig ist, Arbeit gegen die Schwerkraft zu leisten - die Arbeit des Durchdrückens.

Dafür wird ein Teil der in der Maschine aufgenommenen mechanischen Energie aufgewendet. Die Schubarbeit ist jedoch nur ein Teil der Kompensationsenergiekosten. Der zweite Teil der Kosten hängt damit zusammen, dass 1 kg des Arbeitsmediums am Austritt der Wärmekraftmaschine in die Atmosphäre den gleichen Atmosphärendruck wie am Eintritt in die Maschine haben muss, jedoch mit einem größeren Volumen. Und dafür muss es nach der Gleichung des gasförmigen Zustands auch eine höhere Temperatur haben, dh wir sind gezwungen, in einer Wärmekraftmaschine auf ein Kilogramm eines Arbeitsmediums zusätzliche innere Energie zu übertragen. Dies ist die zweite Kompensationskomponente für die Umwandlung von Wärme in Arbeit.

Aus diesen beiden Komponenten wird die Art der Kompensation gebildet. Achten wir auf die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Vergütungskomponenten. Je größer das Volumen des Arbeitsmediums am Auslass der Wärmekraftmaschine im Vergleich zum Volumen am Einlass ist, desto größer ist nicht nur die Arbeit zur Expansion der Atmosphäre, sondern auch die notwendige Erhöhung der inneren Energie, dh die Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit am Auspuff. Und umgekehrt, wenn die Temperatur des Arbeitsfluids am Auslass aufgrund der Regeneration verringert wird, nimmt gemäß der Gleichung des Gaszustands auch das Volumen des Arbeitsfluids und damit die Druckarbeit ab. Wenn wir eine Tiefenregeneration durchführen und die Temperatur des Arbeitsmediums am Auslass auf die Temperatur am Einlass absenken und dabei gleichzeitig das Volumen eines Kilogramms des Arbeitsmediums am Auslass dem Volumen am Einlass angleichen, dann ist die Kompensation für die Umwandlung von Wärme in Arbeit wird Null sein.

Es gibt jedoch einen grundlegend anderen Weg, Wärme in Arbeit umzuwandeln, ohne den Prozess der Expansion des Arbeitsmediums zu verwenden. Bei diesem Verfahren wird als Arbeitsfluid eine inkompressible Flüssigkeit verwendet. Das spezifische Volumen des Arbeitsmediums im Kreisprozess der Umwandlung von Wärme in Arbeit bleibt konstant. Aus diesem Grund erfolgt keine Expansion der Atmosphäre und damit der Energieverbrauch von Wärmekraftmaschinen durch Expansionsprozesse. Die Umwandlung von Wärme in Arbeit muss nicht kompensiert werden. Dies ist im Faltenbalg möglich. Die Zufuhr von Wärme zu einem konstanten Volumen inkompressibler Flüssigkeit führt zu einem starken Druckanstieg. Das Erhitzen von Wasser mit konstantem Volumen um 1 ° C führt also zu einer Druckerhöhung um fünf Atmosphären. Dieser Effekt wird verwendet, um die Form (wir haben Kompression) des Balges zu ändern und Arbeit zu verrichten.

Balgkolbenmotor

Die zur Betrachtung vorgeschlagene Wärmekraftmaschine realisiert die oben erwähnte grundsätzlich andere Art der Umwandlung von Wärme in Arbeit. Diese Installation benötigt, abgesehen von der Abgabe des größten Teils der zugeführten Wärme an die Umgebung, keinen Ausgleich für die Umwandlung von Wärme in Arbeit.

Um diese Möglichkeiten zu realisieren, wird eine Wärmekraftmaschine mit Arbeitszylindern vorgeschlagen, deren innerer Hohlraum über eine Bypassleitung mit Regelventilen verbunden ist. Es ist als Arbeitsmedium mit kochendem Wasser (Nassdampf mit einem Trockenheitsgrad in der Größenordnung von 0,05-0,1) gefüllt. In den Arbeitszylindern befinden sich Faltenbalgkolben, deren innerer Hohlraum durch eine Bypass-Rohrleitung zu einem einzigen Volumen vereint ist. Der innere Hohlraum der Balgkolben ist mit der Atmosphäre verbunden, was für einen konstanten Atmosphärendruck im Balgvolumen sorgt.

Die Balgkolben sind über einen Schieber mit einem Kurbeltrieb verbunden, der die Zugkraft der Balgkolben in die Drehbewegung der Kurbelwelle umsetzt.

Die Arbeitszylinder befinden sich im Volumen des mit siedendem Transformator- oder Turbinenöl gefüllten Behälters. Das Sieden des Öls im Behälter wird durch die Zufuhr von Wärme von einer externen Quelle bereitgestellt. Jeder Arbeitszylinder hat ein abnehmbares wärmeisolierendes Gehäuse, das zum richtigen Zeitpunkt entweder den Zylinder abdeckt, den Wärmeübergang zwischen siedendem Öl und dem Zylinder stoppt oder die Oberfläche des Arbeitszylinders freigibt und gleichzeitig die Übertragung sicherstellt Wärme vom kochenden Öl zum Arbeitskörper des Zylinders.

Die Schalen sind entlang ihrer Länge in separate zylindrische Abschnitte unterteilt, die aus zwei Hälften bestehen, Schalen, die bei Annäherung den Zylinder bedecken. Ein Konstruktionsmerkmal ist die Anordnung der Arbeitszylinder entlang einer Achse. Die Stange sorgt für eine mechanische Interaktion zwischen den Balgkolben verschiedener Zylinder.

Der als Faltenbalg ausgebildete Faltenbalgkolben ist einseitig mit einer die Innenhohlräume der Faltenbalgkolben mit der Trennwand des Gehäuses der Arbeitszylinder verbindenden Rohrleitung fest fixiert. Die andere Seite, die am Schieber befestigt ist, ist beweglich und bewegt sich (komprimiert) im inneren Hohlraum des Arbeitszylinders unter dem Einfluss des erhöhten Drucks des Arbeitskörpers des Zylinders.

Ein Faltenbalg ist ein dünnwandiges Wellrohr oder eine Kammer aus Stahl, Messing, Bronze, die sich je nach Druckunterschied innen und außen oder einer äußeren Kraft dehnt oder zusammendrückt (wie eine Feder).

Der Balgkolben hingegen besteht aus nicht wärmeleitendem Material. Es ist möglich, den Kolben aus den oben genannten Materialien herzustellen, jedoch mit einer nicht wärmeleitenden Schicht überzogen. Der Kolben hat auch keine Federeigenschaften. Seine Kompression erfolgt nur unter dem Einfluss der Druckdifferenz entlang der Seiten des Balges und der Spannung - unter dem Einfluss der Stange.

Motorbetrieb

Die Wärmekraftmaschine funktioniert wie folgt.

Beginnen wir die Beschreibung des Betriebszyklus einer Wärmekraftmaschine mit der in der Abbildung gezeigten Situation. Der Balgkolben des ersten Zylinders ist vollständig ausgefahren und der Balgkolben des zweiten Zylinders vollständig komprimiert. Die wärmeisolierenden Gehäuse der Zylinder werden fest an diese gepresst. Die Fittings an der Rohrleitung, die die inneren Hohlräume der Arbeitszylinder verbindet, sind geschlossen. Die Temperatur des Öls im Ölbehälter, in dem sich die Zylinder befinden, wird zum Sieden gebracht. Der Druck des siedenden Öls im Hohlraum des Behälters, der Arbeitsflüssigkeit in den Hohlräumen der Arbeitszylinder, ist gleich dem Atmosphärendruck. Der Druck in den Hohlräumen der Balgkolben ist immer atmosphärisch - da sie mit der Atmosphäre verbunden sind.

Der Zustand des Arbeitsmediums der Zylinder entspricht Punkt 1. In diesem Moment öffnen sich die Armaturen und das wärmeisolierende Gehäuse des ersten Zylinders. Die Schalen des wärmeisolierenden Gehäuses bewegen sich von der Mantelfläche des Zylinders 1 weg. In diesem Zustand ist die Wärmeübertragung vom siedenden Öl in dem Behälter, in dem sich die Zylinder befinden, auf das Arbeitsfluid des ersten Zylinders gewährleistet. Andererseits liegt das wärmeisolierende Gehäuse des zweiten Zylinders eng an der Oberfläche des Zylindermantels an. Die Schalen des wärmeisolierenden Gehäuses werden gegen die Mantelfläche des Zylinders 2 gepresst. Somit ist eine Wärmeübertragung vom siedenden Öl auf das Arbeitsmedium des Zylinders 2 unmöglich. Da die Temperatur von Öl, das bei Atmosphärendruck (ca. 350 ° C) im Hohlraum des Behälters mit den Zylindern siedet, höher ist als die Temperatur von Wasser, das bei Atmosphärendruck siedet (Nassdampf mit einem Trockenheitsgrad von 0,05 bis 0,1) im Hohlraum von des ersten Zylinders, intensive Übertragung von Wärmeenergie vom siedenden Öl auf das Arbeitsmedium (siedendes Wasser) des ersten Zylinders.

Wie wird die Arbeit gemacht

Beim Betrieb eines Balgkolbenmotors tritt ein erheblich schädliches Moment auf.

Bei der zyklischen Bewegung des Arbeitsmediums wird Wärme vom Arbeitsbereich des Balgakkordeons, wo die Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt wird, in den Nichtarbeitsbereich übertragen. Dies ist nicht akzeptabel, da eine Erwärmung des Arbeitsmediums außerhalb des Arbeitsbereichs zu einem Druckabfall am funktionsunfähigen Balg führt. Somit entsteht eine schädliche Kraft gegen die Produktion von nützlicher Arbeit.

Verluste aus der Kühlung des Arbeitsmediums in einem Balgkolbenmotor sind nicht so grundsätzlich unvermeidlich wie Wärmeverluste in der Carnotschen Theorie für Kreisläufe mit Expansionsvorgängen. Kühlverluste in einem Balgkolbenmotor können auf einen beliebig kleinen Wert reduziert werden. Beachten Sie, dass wir in dieser Arbeit über den thermischen Wirkungsgrad sprechen. Der mit Reibung und anderen technischen Verlusten verbundene innere relative Wirkungsgrad bleibt auf dem Niveau heutiger Motoren.

Bei der beschriebenen Wärmekraftmaschine kann es je nach benötigter Leistung und anderen konstruktiven Gegebenheiten beliebig viele gepaarte Arbeitszylinder geben.

Bei kleinen Temperaturabfällen

In der Natur um uns herum gibt es ständig verschiedene Temperaturabfälle.

Zum Beispiel Temperaturunterschiede zwischen Wasserschichten unterschiedlicher Höhe in Meeren und Ozeanen, zwischen Wasser- und Luftmassen, Temperaturabfälle in der Nähe von Thermalquellen usw. Zeigen wir die Möglichkeit eines Balgkolbenmotors, der bei natürlichen Temperaturabfällen mit erneuerbarer Energie arbeitet Quellen. Lassen Sie uns Schätzungen für die klimatischen Bedingungen der Arktis machen.

Die kalte Wasserschicht beginnt an der Unterkante des Eises, wo ihre Temperatur 0 ° C beträgt und bis zu einer Temperatur von plus 4-5 ° C erreicht wird. In diesem Bereich nehmen wir die geringe Wärmemenge ab, die der Bypass-Leitung entnommen wird, um ein konstantes Temperaturniveau des Arbeitsmediums in den Nichtarbeitszonen der Zylinder aufrechtzuerhalten. Für einen Kreislauf (Heatpipe), der Wärme abführt, wählen wir als Wärmeträger Butylen cis-2 - B (Siedepunkt - Kondensationstemperatur bei Atmosphärendruck beträgt +3,7 °C) oder Butin 1 - B (Siedepunkt + 8,1 ° c) ... Die warme Wasserschicht in der Tiefe wird im Temperaturbereich von 10-15 ° C bestimmt. Hier senken wir den Balgkolbenmotor ab. Die Arbeitszylinder stehen in direktem Kontakt mit Meerwasser. Als Arbeitsmedium der Zylinder wählen wir Stoffe, deren Siedepunkt bei Atmosphärendruck unterhalb der Temperatur der warmen Schicht liegt. Dies ist notwendig, um die Wärmeübertragung vom Meerwasser auf das Arbeitsmedium des Motors zu gewährleisten. Als Arbeitsmedium der Zylinder können Borchlorid (Siedepunkt +12,5 °C), Butadien 1,2 - B (Siedepunkt +10,85 °C), Vinylether (Siedepunkt +12 °C) angeboten werden.

Es gibt eine Vielzahl von anorganischen und organischen Stoffen, die diese Bedingungen erfüllen. Heizkreise mit solchen ausgewählten Wärmeträgern arbeiten im Heatpipe-Modus (im Siedemodus), der die Übertragung großer Wärmeleistungen bei kleinen Temperaturabfällen gewährleistet. Der Druckunterschied zwischen der Außenseite und dem inneren Hohlraum des Balges, multipliziert mit der Fläche des Balg-Akkordeons, erzeugt eine Kraft auf den Schieber und erzeugt eine Motorleistung proportional zu der dem Zylinder durch Wärme zugeführten Leistung.

Wenn die Erwärmungstemperatur des Arbeitsmediums um das Zehnfache (um 0,1 ° C) verringert wird, verringert sich auch der Druckabfall an den Seiten des Balges um etwa das Zehnfache auf 0,5 Atmosphären. Wenn in diesem Fall auch die Fläche des Balgakkordeons verzehnfacht wird (Erhöhung der Anzahl der Akkordeonabschnitte), bleiben die Kraft auf den Schlitten und die entwickelte Leistung bei konstanter Wärmezufuhr zum Zylinder unverändert. Dies ermöglicht erstens, sehr kleine natürliche Temperaturabfälle zu nutzen und zweitens die schädliche Erwärmung des Arbeitsfluids und die Wärmeabfuhr an die Umgebung drastisch zu reduzieren, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Obwohl es ein Streben nach dem Hoch gibt. Schätzungen zeigen, dass die Motorleistung bei natürlichen Temperaturabfällen bis zu mehreren zehn Kilowatt pro Quadratmeter der wärmeleitenden Oberfläche des Arbeitszylinders betragen kann. Im betrachteten Zyklus treten keine hohen Temperaturen und Drücke auf, was die Installationskosten deutlich reduziert. Der Motor emittiert beim Betrieb bei natürlichen Temperaturänderungen keine schädlichen Emissionen in die Umwelt.

Abschließend möchte der Autor folgendes sagen. Das Postulat der "Kompensation der Umwandlung von Wärme in Arbeit" und die unversöhnliche Stellung der Träger dieser Wahnvorstellungen, die weit über den Rahmen polemischer Anständigkeit und schöpferisches Ingenieurdenken hinausgingen, führte zu einem dichten Problemknoten. Es sei darauf hingewiesen, dass Ingenieure den Faltenbalg seit langem erfunden haben und er in der Automatisierung als Leistungselement, das Wärme in Arbeit umwandelt, weit verbreitet ist. Aber die gegenwärtige Situation in der Thermodynamik erlaubt keine objektive theoretische und experimentelle Untersuchung ihrer Arbeit.

Die Aufdeckung der technischen Mängel moderner Wärmekraftmaschinen hat gezeigt, dass die „Kompensation für die Umwandlung von Wärme in Arbeit“ in ihrer gängigen Auslegung und die damit verbundenen Probleme und negativen Folgen der modernen Welt nichts anderes als eine Entschädigung für unvollständiges Wissen ist .