Care este formula pentru eficiența motorului? Principiul funcționării motoarelor termice

Activitatea executată de motor este:

Pentru prima dată, acest proces a fost considerat de inginerul și savantul francez N. L. S. Carnot în 1824 în cartea „Reflecții asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță”.

Scopul cercetărilor lui Carnot a fost să descopere cauzele imperfecțiunii motoarelor termice din acea vreme (au o eficiență ≤ 5%) și să găsească modalități de îmbunătățire a acestora.

Ciclul Carnot este cel mai eficient dintre toate. Eficiența sa este maximă.

Figura prezintă procesele termodinamice ale ciclului. În procesul de expansiune izotermă (1-2) la temperatură T 1 , lucrarea se face prin schimbarea energiei interne a încălzitorului, adică prin furnizarea de căldură la gaz Q:

A 12 = Q 1 ,

Răcirea gazelor înainte de compresie (3-4) are loc în timpul expansiunii adiabatice (2-3). Schimbarea energiei interne AU 23 în procesul adiabatic ( Q \u003d 0) este complet transformat în lucru mecanic:

A 23 \u003d -ΔU 23 ,

Temperatura gazului ca urmare a expansiunii adiabatice (2-3) scade până la temperatura frigiderului T 2 < T 1 . În procedeul (3-4), gazul este comprimat izotermic, transferând cantitatea de căldură la frigider Q 2:

A 34 \u003d Q 2,

Ciclul se încheie cu un proces de compresie adiabatică (4-1), în care gazul este încălzit la o temperatură T 1.

Valoarea maximă a eficienței motoarelor termice care funcționează pe un gaz ideal, conform ciclului Carnot:

.

Esența formulei este exprimată în dovedit CU. Teorema lui Karno potrivit căreia eficiența oricărui motor de căldură nu poate depăși eficiența ciclului Carnot, efectuată la aceeași temperatură a încălzitorului și a frigiderului.

Probabil că toată lumea se întreba despre eficiența (coeficientul) unui motor cu combustie internă. La urma urmei, cu cât este mai mare acest indicator, cu atât unitatea este mai eficientă. Tipul electric este considerat cel mai eficient în acest moment, eficiența sa poate ajunge până la 90 - 95%, dar pentru motoarele cu combustie internă, fie că este diesel sau benzină, pentru a-l spune ușor, este departe de a fi ideal ...

Pentru a fi sincer, opțiunile moderne ale motorului sunt mult mai eficiente decât omologii lor, care au fost lansate în urmă cu 10 ani și există multe motive pentru acest lucru. Gândește-te înainte de opțiunea de 1,6 litri, oferind doar 60 - 70 CP Și acum această valoare poate ajunge la 130 - 150 CP. Aceasta este o lucrare dureroasă pentru a crește eficiența în care fiecare „mic pas” este dat de încercare și eroare. Cu toate acestea, să începem cu definiția.

- aceasta este valoarea raportului dintre două cantități, puterea care este furnizată arborelui cotit al motorului la puterea primită de piston, datorită presiunii gazelor care se formează prin aprinderea combustibilului.

În termeni simpli, aceasta este conversia energiei termice sau termice care apare în timpul arderii unui amestec de combustibil (aer și benzină) în mecanică. Trebuie menționat că acest lucru s-a întâmplat deja, de exemplu, în centralele cu abur - de asemenea, combustibilul a împins pistoanele unităților sub influența temperaturii. Totuși, acolo instalațiile erau de multe ori mai mari, iar combustibilul în sine era solid (de obicei cărbune sau lemn de foc), ceea ce îngreuia transportul și funcționarea, era necesar să „alimentăm” lopeți în cuptor. Motoarele cu ardere internă sunt mult mai compacte și mai ușoare decât cele cu „abur”, iar combustibilul este mult mai ușor de depozitat și transportat.

Detalii despre pierderi

Dacă mergeți înainte, puteți spune cu încredere că eficiența motorului pe benzină este cuprinsă între 20 și 25%. Și există multe motive pentru acest lucru. Dacă luăm combustibilul care intră și îl recalculăm în procente, atunci obținem „100% energie”, care este transmisă motorului, iar pierderile se duc:

1) Eficienta consumului de combustibil . Nu tot combustibilul arde, o mică parte din acesta rămâne cu gaze de evacuare, la acest nivel pierdem deja până la 25% din eficiență. Desigur, acum sistemele de combustibil se îmbunătățesc, a apărut un injector, dar chiar este departe de a fi ideal.

2) Al doilea este pierderea de căldurăși . Motorul se încălzește singur și multe alte elemente, precum radiatoarele, propriul corp, fluidul care circulă în el. De asemenea, o parte din căldură merge cu vaporii de eșapament. Pentru toate acestea, până la 35% pierdere de eficiență.

3) Al treilea este pierderea mecanică. . PUS la tot felul de pistoane, tije de conectare, inele - toate locurile unde există frecare. Aceasta include pierderi din încărcarea generatorului, de exemplu, cu cât generatorul este mai mare, cu atât încetinește rotația arborelui cotit. Desigur, lubrifianții au avansat și ei, dar din nou, nimeni nu a reușit încă să învingă frecarea - alte 20% pierderi

Astfel, în reziduurile uscate, eficiența este de aproximativ 20%! Desigur, din opțiunile pe benzină există opțiuni atrăgătoare în care această cifră este crescută la 25%, dar nu sunt atât de multe.

Adică, dacă mașina dvs. consumă 10 litri de combustibil la 100 km, atunci doar 2 litri dintre ei vor merge direct la serviciu, iar restul este o pierdere!

Desigur, puteți crește puterea, de exemplu, datorită plictiselii capului, urmărim un videoclip scurt.

Dacă vă amintiți formula, se dovedește:

Ce motor are cea mai mare eficiență?

Acum vreau să vorbesc despre opțiunile pe benzină și motorină și să aflu care dintre ele este cea mai eficientă.

Pentru a spune simplu, în limbaj și nu a intra în jungla de termeni tehnici, atunci - dacă comparați doi factori de eficiență - mai eficienți dintre ei, desigur, diesel și de aceea:

1) Un motor pe benzină transformă doar 25% din energie în mecanică, dar un motor diesel aproximativ 40%.

2) Dacă echipați tipul diesel cu un turbocompresor, atunci puteți obține o eficiență de 50-53%, iar acest lucru este foarte semnificativ.

Deci de ce este atât de eficient? Totul este simplu - în ciuda tipului de lucru similar (ambele sunt agregate de ardere internă), un motor diesel își face treaba mult mai eficient. Are o compresie mai mare, iar combustibilul se aprinde dintr-un alt principiu. Se încălzește mai puțin, ceea ce înseamnă economii la răcire, are mai puține supape (economii de frecare), de asemenea, nu are bobine de aprindere și bujii obișnuite, ceea ce înseamnă că nu sunt necesare costuri suplimentare de energie din generator. Funcționează la viteze mai mici, nu este nevoie să rotiți furios arborele cotit - toate acestea fac ca versiunea diesel să fie campioană la eficiență.

Despre eficiența combustibilului diesel

De la o valoare mai mare a coeficientului de performanță, urmează și eficiența combustibilului. Astfel, de exemplu, un motor de 1,6 litri poate cheltui doar 3 - 5 litri în oraș, spre deosebire de tipul benzinei, unde consumul este de 7 - 12 litri. Motorul diesel este mult, motorul în sine este adesea mai compact și mai ușor, dar și mai ecologic recent. Toate aceste aspecte pozitive sunt obținute datorită valorii mai mari, există o dependență directă a eficienței și compresiei, ne uităm la o placă mică.

Cu toate acestea, în ciuda tuturor avantajelor, el are și multe dezavantaje.

Pe măsură ce devine clar, eficiența motorului cu ardere internă este departe de a fi ideală, astfel încât viitorul este unic cu opțiunile electrice - tot ce mai rămâne este să găsești baterii eficiente, care nu se tem de îngheț și să dețină o încărcare mult timp.

Coeficient de performanță (COP) - aceasta este o caracteristică a eficacității sistemului în raport cu conversia sau transferul de energie, care este determinată de raportul dintre energia utilă folosită și energia totală primită de sistem.

Eficienţă - valoarea este fără dimensiuni, de obicei exprimată în procente:

Eficiența (eficiența) unui motor termic este determinată de formula:, unde A \u003d Q1Q2. Eficiența motorului termic este întotdeauna mai mică de 1.

Ciclul Carnot - acesta este un proces de gaz circular reversibil, care constă din două procese izoterme permanente și două procese adiabatice efectuate cu un fluid de lucru.

Ciclul circular, care include două izoterme și două adiabate, corespunde eficienței maxime.

În 1824, inginerul francez Sadi Carnot a dedus formula de eficiență maximă pentru un motor de căldură ideal, unde fluidul de lucru este un gaz ideal, al cărui ciclu a fost format din două izoterme și două adiabate, adică ciclul Carnot. Ciclul Carnot este un adevărat ciclu de serviciu al unui motor de căldură care efectuează muncă datorită căldurii furnizate fluidului de lucru într-un proces izoterm.

Formula pentru eficiența ciclului Carnot, adică eficiența maximă a unui motor de căldură este: unde T1 este temperatura absolută a încălzitorului, T2 este temperatura absolută a frigiderului.

Motoare de căldură - Acestea sunt proiecte în care energia termică este transformată în energie mecanică.

Motoarele termice sunt diverse atât în \u200b\u200bceea ce privește designul, cât și scopul. Acestea includ motoarele cu abur, turbinele cu abur, motoarele cu combustie internă, motoarele cu jet.

Cu toate acestea, în ciuda varietății, în principiu, acțiunile diferitelor motoare de căldură au caracteristici comune. Principalele componente ale fiecărui motor de căldură:

• încălzitor;
• fluid de lucru;
• frigider.

Încălzitorul generează energie termică, în timp ce încălzește fluidul de lucru, care se află în camera de lucru a motorului. Lichidul de lucru poate fi abur sau gaz.

După ce a acceptat cantitatea de căldură, gazul se extinde, deoarece presiunea sa este mai mare decât presiunea externă și mișcă pistonul, făcând o treabă pozitivă. În același timp, presiunea acesteia scade, iar volumul crește.

Dacă comprimăm gazul, trecând aceleași stări, dar în sens invers, atunci vom efectua același lucru în valoare absolută, dar negativ. Drept urmare, toate lucrările pe ciclu vor fi zero.

Pentru ca funcționarea motorului termic să fie diferită de zero, lucrarea de compresie a gazului trebuie să fie mai mică decât cea de extindere.

Pentru ca lucrarea de compresie să devină mai mică decât cea de extindere, este necesar ca procesul de compresie să se desfășoare la o temperatură mai scăzută, pentru ca fluidul de lucru să fie răcit, de aceea un frigider este inclus în proiectarea motorului de căldură. Atunci când este contactat, fluidul de lucru degajă cantitatea de căldură frigiderului.

Eficiența (coeficientul de performanță) este gradul de eficiență al utilizării energiei de combustibil în motor, cu cât este mai mare, cu atât energia termică din combustia combustibilului este transformată în motor în energie mecanică de rotație a arborelui principal. Motorul consuma mai putin combustibil per unitate de putere.

ARTICOLUL nr. 1

EFICIENȚA MOTORULUI - ADUNAREA IDEILOR GLOBALE,
Există perspective pentru îmbunătățirea motoarelor?

Motoarele moderne cu ardere internă cu multe decenii în urmă - odată cu apariția sistemelor de injecție directă și de turbocompresie care intră în buteliile de aer, au atins valorile de astăzi ale eficienței și eficienței combustibilului. Prin urmare, astăzi corporațiile globale - producătorii de motoare pentru automobile și alte echipamente cheltuiesc mulți bani și mulți ani de eforturi pentru a crește eficiența cu doar 2 - 3% din cauza costurilor ridicate și a complexității semnificative a proiectării motoarelor. Eforturile și costurile sunt complet incomparabile cu rezultatul. Rezultatul tuturor acestor lucruri - ca în celebrul proverb - „muntele a născut un șoarece”.
Apropo, de aceea în toate țările majore există o întreagă industrie a „reglării motoarelor”, adică. un număr imens de firme mici, ateliere semi-artizanale și specialiști individuali care sunt luați într-un fel să aducă motoarele standard ale mărcilor de masă de masă la o putere mai mare, un cuplu mare etc. supune motorul la perfecționare, perfecționare, forțare etc. trucuri care sunt definite popular ca reglaj motor.

Dar toate aceste măsuri și acțiuni tehnice la motoare au o natură foarte standardă și toate aceste reglări - ideile au deja cel puțin o jumătate de sută de ani. Permiteți-mi să vă reamintesc că turbocompresiunea aerului care intră în motor a fost aplicată cu succes încă din anii 1920, iar primul brevet din SUA pentru un astfel de dispozitiv a fost primit de inginerul elvețian Alfred Büchi deja în 1905 ... Și sistemele de injecție directă de combustibil în cilindri au fost utilizate pe scară largă la motoarele cu piston aviația militară aflată deja în perioada inițială a celui de-al doilea război mondial. Acestea. toate sistemele moderne „avansate” tehnice de luptă pentru creșterea eficienței și eficienței consumului de combustibil ale motoarelor au fost sub o sută de ani sau chiar mai mult. Cu toate aceste trucuri, eficiența generală a celor mai bune motoare pe benzină (cu aprindere prin scânteie) nu depășește 25-30%, iar eficiența celor mai bune motoare diesel în versiunile lor de dimensiuni mari cele mai economice (care au multe dispozitive suplimentare complexe) nu poate depăși 40 de zeci de ani -45%. Pentru dizelele mici, eficiența este cu 10 la sută mai mică.

În acest articol, vom încerca să prezentăm pe scurt și în mod popular principalele sarcini și să determinăm posibilitățile teoretice ale creării unui motor cu ardere internă cu o eficiență încrezătoare de peste 50%.

* * * Deci - eficiența motorului, judecând după manualele pentru universitățile tehnice constă din două valori: eficiență termodinamică și eficiență mecanică .

Prima valoare indică ce parte a căldurii generate în motor se transformă într-o lucrare utilă și ce parte intră în zadar în spațiul înconjurător. Eficiența mecanică indică, de asemenea, care parte a activității active a motorului este inutilă pentru a depăși depășirea diferitelor rezistențe mecanice și conducerea echipamentului suplimentar în motorul în sine.

Dar, din anumite motive, în toate manualele, conceptul de „eficiență în materie de combustibil” nu este introdus în conceptul de eficiență generală. Adică o valoare care va arăta cât de mult arde combustibil util și, în cele din urmă, se transformă în căldură și volumul de gaze de lucru și cât de mult combustibil nu arde și se duce la evacuarea sub formă de vapori de combustibil sau de produse ale combustiei sale incomplete. Aceasta este partea nearsă a combustibilului care este arsă în mașinile moderne de înaltă performanță în catalizatoarele instalate în conductele de evacuare. Acestea. evacuarea prin utilizarea acestor sisteme este suficient de curată, dar acest sistem nu crește eficiența combustibilului și eficiența motorului. Dimpotrivă, reduce - deoarece pentru a „pompa” o porție de gaze de evacuare printr-o „grilă groasă” de suprafețe catalitice, motorul trebuie să funcționeze ca o pompă solidă și să cheltuiască o parte considerabilă din puterea sa în această materie. Desigur, această categorie este oarecum prezentă în formulele de calcul al eficienței, dar nu este explicită și timidă. De exemplu, într-o formă precum, de exemplu, într-una din formulele echilibrului general de căldură există o componentă „Q n.s. „Căldura produsă prin arderea incompletă.” Dar toate aceste abordări suferă de o anumită tulburare, așa că voi încerca să afirm totul foarte clar și cât mai sistematic.

Deci, eficiența generală a motorului va fi descompusă în 3 părți principale:

• eficienta consumului de combustibil;
• eficiență termică;
• eficiență mecanică;

Esența acestor valori este următoarea:

Eficienta consumului de combustibil- arată cât de mult combustibil a fost ars efectiv în motor și transformat într-un volum de gaze de lucru de înaltă presiune și de înaltă presiune și ce parte a combustibilului nu a fost niciodată arsă sub formă de produse de combustie incompletă, particule carbonizate (sub formă de fum, funingine și funingine), sau chiar practic sub formă de vapori de combustibil pur, motorul a trecut direct și a zburat în conducta de evacuare. Atunci când stai lângă o mașină veche de uz casnic, în special cu un camion, și simți un miros puternic de benzină - acest rezultat dă doar un astfel de efect de combustie parțială a combustibililor;
Eficiență termică - Afișează câtă căldură primită de la arderea combustibilului se transformă într-o muncă utilă și cât de mult este disipată inutil în spațiul din jur;
Eficiență mecanică - arată cât de multă muncă mecanică este transformată în cuplu pe arborele principal și transmisă consumatorului și care este cheltuită inutil la frecare sau cheltuită la antrenarea mecanismelor de susținere;

Luați în considerare pe scurt toate aceste poziții:
Eficienta consumului de combustibil - La acest subiect, date inteligibile nu au fost găsite nici în manualele vechi sovietice despre teoria și calculul motoarelor cu ardere internă, nici în resursele nesfârșite ale Internetului modern.
Datele inteligibile și semnificative au fost găsite în informațiile referitoare la calcularea catalizatorilor de combustibil neabus pentru automobilele moderne. La urma urmei, de asemenea, trebuie să calculeze în mod clar performanțele postburnerelor lor pe o anumită cantitate de hidrocarburi de intrare care nu sunt arse în motoare. Așadar, din aceste date rezultă că motoarele cu piston (și motoarele diesel) ard în medie nu mai mult de 75% din combustibil, dar 25% din vaporii de combustibil și produsele din combustia sa incompletă intră în conducta de eșapament și au nevoie de serviciile unui combustibil după care să nu otrăvească mediul ) Acestea. în motoarele existente astăzi, nu mai mult de 75% din combustibil arde complet și este transformat în căldură. Pentru motoarele în 2 timpi, această valoare este și mai mică.

Eficiență termică - În medie, motoarele cu piston au această eficiență în valoare de 35-40%. Acestea. Aproximativ 65% din căldura generată este emisă fără niciun beneficiu pentru mediu printr-un sistem de răcire și cu gaze de evacuare.

Eficiență mecanică - în medie, 10% din munca motorului este cheltuită pentru frecare între părțile sale și pentru acționarea mecanismelor auxiliare ale motorului.

În consecință, în funcție de suma pierderilor termice și mecanice, motoarele moderne cu piston de dimensiuni mici și capacități au o eficiență de cel mult 30%.
În motoarele mari, cum ar fi motoarele diesel diesel sau motoarele mari ale locomotivelor și camioanelor feroviare, economisirea energiei este mai ușoară, dar nu vom vorbi despre ele.

Dar - valoarea de eficiență de 30% nu ia în considerare ponderea combustibilului nears, adică. nu ține seama de utilitatea combustiei vaporilor de combustibil în motor. Cred că ținând cont de acest parametru, valoarea eficienței reale a motoarelor cu benzină alternativă nu va fi mai mare de 20%, iar cea a motoarelor diesel - puțin mai mult, aproximativ 5-7%.

Rezultatul este mai bun decât motoarele cu abur din cărbune, cu eficiența lor de 7-8%, dar încă foarte puțin.
Să ne gândim de ce „eficiența de combustibil” indicată nu a intrat în conceptul de eficiență? De ce conceptul de eficiență ignoră clar fracția de combustibil care nu „contribuie” partea sa la procesul de ardere și producere a căldurii? Acestea. cea mai mare parte a pierderilor motoarelor moderne se încadrează în conceptul de eficiență și sunt cifrele valorilor moderne ale eficienței fără a ține cont în mod clar de aceste pierderi?

Adevărul constă în însăși înțelesul termenului „coeficient de performanță”. Acestea. aceasta este definiția ponderii muncii utile - „acțiune” și a muncii inutile. Unele lucrări sau eliberarea de energie sunt benefice, iar altele (de exemplu, pentru a depăși frecarea sau energia termică pierdută cu evacuarea) este inutilă, însă această energie este tangibilă și luată în considerare. Însă pierderile cauzate de combustibilul ars nu se manifestă nici sub formă de căldură inutilă, fie de muncă neîndreptată. Aceste „dezavantaje ale echilibrului” nu sunt pierderi de muncă sau pierderi de căldură. Aceasta este o pierdere de combustibil în forma sa cea mai pură. Acestea. acestea sunt pierderi nici în jouli, nici în atmosfere, ci în grame și litri. Și pentru astfel de pierderi este imposibil să se aplice măsurarea sau contabilizarea categoriei de presiune pierdută sau de căldură pierdută, de acțiuni inutile sau de muncă cheltuită inutil.

Prin urmare, pur și simplu după regulile logicii formale, COEFICIENTUL UTILITĂȚII și nu ar trebui să țină seama de aceste pierderi. În acest scop, ar trebui să existe un indicator și un determinant diferiți, dar nu există un parametru atât de clar și distinct în utilizarea pe scară largă. Astfel, obținem un indicator în mod deliberat tăiat și excesiv de binecuvântător al eficienței motoarelor moderne - un indicator de eficiență care ia în considerare doar o parte din pierderi ...

Dar, de fapt, eficiența totală a ICE-urilor moderne este vizibil mai mică decât eficiența postulată universal de 35-40%. La urma urmei, se ține cont numai de efectul benefic și de energia pierdută în zadar și inutile lucrări produse datorită părții arse ale combustibilului. Însă pierderile părții nearsate din combustibil din soldul total al combustibilului care intră în motor nu sunt complet determinate ...

REVIZIUNEA ȘI INVENTARIA PIERDURILOR ÎN ICE PISTON Vom încerca să revizuim și să analizăm pe scurt toate pierderile de energie conținute în combustibil, alternativ pentru pozițiile prezentate mai sus. Și apoi - gândiți-vă la modalități de a scăpa de aceste pierderi. Acestea. Vom încerca să formulăm un concept și să prezentăm caracteristicile generale ale unui motor perfect.

* * *
Primul nivel de pierderi - arderea incompletă a combustibilului în camerele de combustie ale motorului. Toți experții știu că combustibilul în motoarele moderne arde mai jos și o parte din acesta este evacuată pentru gazele de eșapament. Acesta este motivul pentru care ICE-urile moderne otrăvesc aerul cu produse de ardere incompletă a hidrocarburilor și, pentru a obține o „evacuare curată”, acestea introduc un produs catalitic după conducta de eșapament a mașinilor moderne, care „arde” combustibil pe suprafețele elementelor sale active. Ca urmare, combustibilul care nu a fost încălzit în cilindri este oxidat inutil în acești catalizatori. Dar evacuarea devine mai curată. Dar prețul acestor catalizatori cu suprafețe de rodiu și platină este foarte mare și funcționează o perioadă limitată de timp.

Sarcină - obțineți motorul care arde complet combustibilul în camerele sale de ardere și transformați în totalitate energia legăturilor chimice ale combustibilului în căldură și un volum mare de gaze simple de ardere, cum ar fi vaporii de apă și CO2.

În primul rând, luați în considerare de ce în motoarele tradiționale cu alternanță, combustibilul nu se arde complet. Ce împiedică implementarea procesului complet de ardere?

Principala dificultate a motoarelor cu piston pe acest subiect este lipsa oxigenului pentru ardere, precum și implementarea procesului de ardere într-un ciclu tehnologic cu extinderea gazelor de ardere. Această din urmă situație poate fi descrisă cu alte cuvinte - amestecul de lucru nu are suficient timp pentru o combustie adecvată. Aceste „boli de naștere” ale motoarelor care se alternează sunt practic incurabile, așa că gândirea inginerească de mai bine de 120 de ani încercând să scape de ele nu a găsit o modalitate de a face acest lucru.

Să luăm în considerare acest dezavantaj în detaliu: deci atunci când pistonul se află în Top Dead Center (TDC), amestecul de lucru comprimat (PCM) este aprins. Procesul de ardere începe, care curge de ceva timp. Combustia aproximativă a amestecului de lucru într-un motor modern de mare viteză durează aproximativ o milisecundă - 0,001 secunde. În general, toate cele 4 măsuri apar în 0.02-0.04 secunde.

Este cunoscut faptul că, pentru arderea completă și completă a vaporilor de combustibil, sunt de dorit temperaturi ridicate și presiune ridicată. Dar imediat după ce pistonul trece prin TDC, acesta începe să se deplaseze în jos cu o creștere semnificativă a volumului spațiului supra-piston. Acestea. pe măsură ce partea de ardere a amestecului de lucru (PCM) se răspândește în camera de ardere, primele porțiuni ale PCM arse vor arde la temperaturi ridicate și presiune ridicată. Dar aici ultimele porții de ardere a PCM se găsesc în condiții de scădere bruscă a presiunii și a temperaturii în scădere. În consecință, utilitatea combustiei scade brusc, sau chiar se oprește cu totul. Din acest motiv, o parte din PCM nu are timp să se ardă sau să nu se ardă complet. Prin urmare, o parte din vaporii de combustibil intră în conducta de eșapament și produsele cu combustie incompletă a hidrocarburilor de combustibil sunt cu siguranță prezente în gazele de evacuare. Rezultatul este că o parte din combustibil nu se arde și nu își transformă energia în căldură, apoi în rotația arborelui principal al motorului, ci doar poluează și otrăvește aerul din jur.

Este practic imposibil de eliminat acest dezavantaj, deoarece designul de bază al motorului cu piston în sine implică cel mai important principiu de combinare a două procese diferite: arderea și extinderea produselor de combustie într-un ciclu tehnologic „combustie - expansiune”. Aceste procese sunt greu de combinat, deoarece fiecare dintre ele se desfășoară în mod optim în condiții de excludere reciprocă pentru condiții optime pentru un alt proces.

Într-adevăr, procesul de ardere a unei încărcări PCM comprimate va avea loc cel mai bine într-o cameră blocată cu volum constant. În termodinamică, acest proces este definit ca un proces "izoic". Acestea. încărcarea PCM va arde complet și se va transforma în căldură și presiune toată energia legăturilor chimice ale hidrocarburilor din camera închisă în condiții de creștere bruscă a presiunii și temperaturii.
Și procesul de expansiune se va produce cel mai bine în condiții de temperatură scăzută (pentru a asigura lubrifierea suprafețelor de alunecare și frecare ale elementelor de lucru ale motorului), cu o mișcare ușoară a corpului principal de lucru (piston).
După cum vedeți, în motoarele reciproce, ambele condiții nu pot fi respectate pe deplin, prin urmare, procesul combinat de „expansiune-ardere” urmează un „scenariu de compromis”, atunci când sunt create condiții care nu sunt adecvate pentru fiecare dintre procese, dar în final, ele permit totuși cumva implementează cursul acestor procese comune cu cel puțin 50% eficiență. Ca urmare, funcționarea unui motor modern cu piston este o tehnologie de compromisuri dificile continue și pierderi semnificative.

Ca urmare a unei astfel de „uniuni conjugale de compromis” cu pierderi pentru ambele părți implicate în caz, obținem următorul rezultat:
— se produce arderea în condiții de expansiune accentuată a camerei de ardere și chiar la o temperatură semnificativ scăzută a pereților cilindrului. Drept urmare, combustibilul se arde nu complet și ineficient și chiar o parte din căldura din combustibilul ars se pierde atunci când pereții reci ai cilindrului răcit. Acestea. arderea are loc în condiții extrem de ineficiente.
— expansiunea are loc la temperaturi ridicate de la combinate cu extinderea procesului de ardere. De aceea, pereții cilindrului trebuie răciți, deoarece uleiul pentru lubrifierea suprafețelor de frecare ale pistonului și cilindrului la o temperatură mai mare de 220 ° C își pierde „proprietățile alunecoase”, iar frecarea începe „uscată”, iar uleiul carbonizat este sinterizat în particule solide, care încep să interfere și mai mult la acest proces.

O parte din ieșirea din punctul mort al procesului de „expansiune - ardere” se găsește prin aranjarea „aprinderii timpurii”, astfel încât cea mai mică parte posibilă a combustiei PCM să apară pe linia de expansiune de mare viteză și o creștere mare a volumului camerei de ardere. Dar aceasta este o schemă forțată și plină de alte probleme secundare. Întrucât „aprinderea anterioară” implică aprinderea RSm și crearea etapei inițiale a presiunii de lucru a gazelor de ardere înainte ca pistonul să ajungă la TDC, adică. în faza finală a ritmului de „apăsare”. Prin urmare, inerția mecanismului manivelei (CRM) trebuie să depășească această presiune emergentă a PCM-ului de ardere și să se comprime datorită inerției rotirii mecanismului de manivelă sau a muncii altor pistoane, care a început să extindă PCM-ul arzător. Rezultatul acestui compromis este o creștere accentuată a încărcărilor pe arborele cotit, pistoane, tije de conectare și pini de arbore cotit, precum și o scădere a eficienței. Acestea. motorul este scena confruntării forțelor multidirecționale.

Un alt subiect dificil pentru motoarele cu piston este lipsa oxigenului. Este adevărat, este caracteristic numai pentru motoarele pe benzină (motoarele care funcționează cu aprindere forțată cu scânteie), dizelele (motoarele care funcționează cu aprindere prin compresie) sunt lipsite de acest dezavantaj. În schimb, motoarele diesel au căpătat multe alte dificultăți în schimb - o mulțime de greutate, greutate și dimensiuni impresionante. Într-adevăr - nimeni nu a reușit să creeze un motor diesel eficient cu dimensiuni acceptabile mai mici de 1,2 litri ... Acesta este motorul celei mai mici mașini diesel Audi-A2. Și lăsarea dizelelor în dimensiuni foarte mici are un rezultat trist. Așadar - motoare diesel mici ale Vladimir Tractor Plant D-120 (sunt amplasate pe un mini-tractor) cu o putere de 25-30 CP au o greutate de 280-300 kg. Acestea. 10 kg greutate pe cai putere. Alți producători din întreaga lume au o situație similară.
Deci, combustibilul nu se arde complet atunci când PCM este „bogat”, adică. are o mulțime de vapori de combustibil și puțin aer (oxigen). Un astfel de PCM nu are șanse să se ardă complet, pur și simplu oxigenul nu este suficient pentru oxidarea combustibililor hidrocarburi. Rezultatul - vaporii de combustibil care nu sunt arsi din acest motiv se duc la evacuare. Dar atunci un astfel de PCM arde rapid, deși este inferior. Aceasta înseamnă că cea mai mare parte a vaporilor de combustibil încă arde și oferă presiunea și temperatura dorite.

Puteți merge altfel - să faceți un „amestec slab”, adică PCM va avea mult aer (oxigen) și puțini vapori de combustibil. Ca urmare, în cazul ideal, un astfel de PCM va putea arde complet - toate vaporii de combustibil se vor arde 100% cu eficiență deplină. Dar un astfel de PCM are un mare dezavantaj - arde mult mai lent decât „amestecul bogat” și în condițiile unui motor cu piston real, unde combustia se află pe linia creșterii de mare viteză a volumului, un astfel de PCM pur și simplu nu are timp să se ardă complet. Întrucât o parte semnificativă a arderii unui astfel de PCM se datorează vitezei mici în condițiile unei creșteri accentuate a volumului camerei de ardere și a unei scăderi a temperaturii. Linie de fund - PCM nu se mai arde complet nici măcar în versiunea „amestec slab” și o parte semnificativă a acesteia este fără să fie arsă la evacuare.

Și din nou, eficiența cu combustibil a unui astfel de mod de funcționare a motorului cu piston este foarte scăzută.
Metoda de control a motoarelor carburatoare, „metoda cantitativă”, joacă, de asemenea, un rol redus în furnizarea de oxigen a procesului de ardere RSm. Pentru a încetini motorul și a reduce „tracțiunea” acestuia, șoferul acoperă accelerația, limitând astfel accesul aerului la carburator. Drept urmare, din nou lipsa de aer pentru arderea combustibilului și din nou eficiența redusă a combustibilului ... Motoarele cu injecție sunt parțial lipsite de un astfel de dezavantaj, dar problemele rămase ale motorului cu piston apar în ele "în întregime".

Este necesară separarea a două procese tehnologice de lucru extrem de contradictorii - „arderea - formarea gazelor de lucru de înaltă presiune și temperatură” și „expansiunea gazelor de lucru de înaltă presiune și temperatură”. Apoi, ambele procese pot începe să fie realizate în camere și dispozitive specializate cu cei mai optimi parametri. Acestea. arderea va avea loc "izochoric" - într-un volum blocat, cu creșterea presiunii și creșterea temperaturii. Și extinderea va fi posibilă la temperaturi scăzute.

În principiu, ideea de a face o astfel de „mare separare” a fost formulată de diverși inventatori și ingineri din diferite țări de mult timp. De exemplu, dezvoltarea companiei germane DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG ”, pe un motor cu piston cu o cameră de ardere separată. Dar aici pentru a oferi o schemă teoretic frumoasă și eficientă pentru implementarea metalului, până acum nimeni nu a reușit. Aceeași companie germană DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG ”a început să primească brevete pentru evoluțiile sale în urmă cu aproximativ 15 ani, dar nu a auzit niciodată despre succesele reale în crearea unui motor din viața reală.

Deci, este necesar să se asigure un proces lung de ardere a încărcăturii RSm într-un volum blocat - „procesul izoic”. În aceste condiții, va fi posibilă arderea în mod deliberat a unui „amestec slab”, cu un coeficient mare de aer în exces, atunci când vaporii de combustibil vor arde complet, dați cantitatea maximă posibilă de căldură și gaze de combustie, în timp ce produsele de combustie minim toxice vor merge la evacuare. Dar acest lucru se poate face numai prin asigurarea unui timp de ardere suficient de lung al încărcării „săracului” RSm în volumul blocat, cu presiune crescândă și temperatură semnificativă. Ceea ce este practic imposibil de furnizat într-un motor cu piston.

* * *
Al doilea nivel de pierderi - Pierderi semnificative de căldură primite prin arderea „combustibilului achiziționat de motor”.
Soldul termic al unui motor pe benzină este rezumat după cum urmează:
1) - căldură tradusă în muncă utilă: 35%;
2) - căldură pierdută cu gazele de eșapament: 35%;
3) - căldură pierdută în urma pierderilor prin sistemul de răcire: 30%;

Sarcină - obțineți un motor cu pierderi de căldură minime în mediu. În mod ideal, puteți seta sarcina de a crea un motor cu o eficiență termică de 80%. Dar chiar dacă este posibil să se realizeze acest indicator de 65-70%, în loc de 35% astăzi, va fi un salt imens înainte. Acestea. un motor de aceeași putere cu această eficiență va începe să consume 2 ori mai puțin combustibil decât înainte.

Analiza dezavantajului de astăzi: În primul rând, luați în considerare - de ce în motoarele tradiționale cu alternanță o pierdere de căldură atât de mare „pe lateral”? Ce duce la o situație atât de tristă?

Prima categorie de pierderi de căldură - pierderi de căldură cu îndepărtarea prin pereții cilindrului cu un sistem de răcire. În general, pentru a crește valoarea eficienței termice, motorul nu trebuie răcit deloc. Din aceasta, temperatura pieselor motorului va crește imediat - iar acest lucru va încărca uleiul (care creează o peliculă pentru alunecarea ușoară pe suprafețele de frecare), iar pistonul nu va mai mișca ușor în cilindru și motorul se va bloca în curând. Aici ne confruntăm din nou cu contradicții legate de combinarea într-o etapă a două procese - arderea și expansiunea. Temperatura în timpul unui focar de ardere în perioada inițială de aprindere a RSm ajunge la 3000 ° C. Iar temperatura maximă a uleiului, când încă lubrifiază și economisește de frecare, este de 200 - 220 grade. Când este depășit acest prag de temperatură, uleiul începe să „ardă” și să se ardă. Pentru a asigura o eficiență ridicată, nu este rezonabil să răciți motorul, ci pentru a asigura posibilitatea mișcării corpului principal de lucru - pistonul, ungerea este vitală ... adică un sistem de răcire care permite deplasarea pistonului în cilindru reduce dramatic eficiența termică a motorului. Aceasta este o reducere conștientă și necesară a eficienței.

A doua categorie de pierderi de căldură- pierderea de căldură cu vaporii de eșapament. Temperatura gazelor de evacuare la ieșirea din butelii pentru diferite dimensiuni și motoare variază între 800 și 1100 ° C. Prin urmare, într-un motor care funcționează la viteze mari, galbenele de evacuare încep uneori să se încălzească până la o strălucire crudă ... Aceasta înseamnă un singur lucru - energia combustiei combustibilului, care s-a transformat în energia internă a gazelor de ardere, sub forma temperaturii lor ridicate, se pierde irevocabil și este complet inutilă. Prin acest canal de „pierderi de căldură” ICE-urile moderne pierd aproximativ 35% din energia de ardere a combustibilului. Și este extrem de dificil să transformăm această energie într-o lucrare utilă, maximul posibil de făcut a fost să introduceți o turbină în tractul de evacuare, care transformă compresorul de turbocompresor. Astfel se obține o creștere a presiunii aerului care intră în cilindri. Și acest lucru crește ușor eficiența. Dar - trebuie înțeles că turbina „captează” nu temperatura ridicată, ci excesul de presiune a gazelor care ies din cilindru. Acestea. acesta este un subiect ușor diferit și un fel de economisire diferit.

Astfel, se dovedește că motorul cu piston „procesează” nu numai temperatura, ci și presiunea ridicată a gazelor de lucru. De fapt, gazele de lucru cu o presiune în exces de 8 până la 10 atmosfere merg la evacuare. Acest lucru este foarte mult, trebuie doar să vă amintiți că primele motoare cu aburi de la începutul secolului XIX au avut o presiune de lucru de 3 sau 3,5 atmosfere și au lucrat cu succes în minele de cărbune și în instalațiile metalurgice, precum motoarele primelor locomotive cu aburi.

Aici, întregul lucru se află în dimensiunile geometrice identice ale volumului de compresie și volumului de expansiune. Sunt egali într-un motor cu piston și nu este nimic de făcut în acest sens. În mod ideal, aceste volume ar trebui să fie diferite. Trucul de tip Atkinson cu ciclu, atunci când într-un motor cu piston volumul de compresie este mai mic decât volumul de expansiune, sunt ineficiente, deoarece reduc brusc cuplul motorului.

Însă o creștere a volumului camerei de expansiune va permite doar transformarea întregii suprapresiuni în lucru util, dar nu va fi posibilă utilizarea temperaturii ridicate a gazelor de ardere la cald a acestui combustibil cu această metodă. Singurul lucru care a venit în mintea inginerilor a fost să injecteze apă în butelii pentru a transforma căldura în funcțiune. Teoretic: apa, transformându-se în abur de înaltă presiune, va crește dramatic presiunea amestecului vapori-gaz rezultat și, în același timp, va scădea semnificativ temperatura. Dar, într-un motor cu piston pentru mai mult de 80 de ani de eforturi în această direcție, nu a fost creat nimic eficient și funcțional. Schema de pistoane a motorului cu ardere internă s-a dovedit a fi foarte ostilă acestei idei și nu a permis integrarea unui ciclu de aburi sau a unei faze de vapori în ciclul de funcționare al motorului.

Trebuie să spun că, în conformitate cu legea fundamentală a termodinamicii formulată acum aproape 200 de ani de S. Carnot, un motor termic cu cea mai mare eficiență posibilă trebuie să aibă o temperatură maximă a gazelor de lucru la începutul ciclului de lucru și o temperatură minimă a gazelor de lucru la sfârșitul ciclului.
Dar într-un motor cu combustie internă reciprocă, temperatura maximă a gazelor din prima etapă a ciclului este împiedicată de sistemul de răcire, iar temperatura minim excesivă a gazelor la sfârșitul ciclului este împiedicată de incapacitatea de a integra componenta aburului în circuitul motorului. Drept urmare, astăzi folosim motoare cu o eficiență termică de aproximativ 35%, nu cu mult mai bună decât acum 60 sau 70 de ani ...

Modul de a scăpa de acest dezavantaj: este necesară crearea unui design al motorului care să permită procesul de ardere a combustibilului într-o cameră de combustie izolată termic (pentru a atinge temperatura maximă la începutul ciclului de lucru) și, de asemenea, vă permite să includeți faza de vapori în stadiul final al funcționării gazelor cu ardere fierbinte (pentru a atinge temperatura minimă la sfârșitul ciclului de lucru). De asemenea, un astfel de design al motorului nu va dispune de un sistem de răcire separat și greoi, care ar „arunca” căldura în mediul extern.

În același timp - motorul nu va avea nevoie de o țeavă de evacuare voluminoasă și grea, care în motoarele cu alternanță tradițională umezește urletul din gazele de eșapament care ies cu „focuri” cu o presiune în exces de 8-10 atmosfere. Căci în proiectul propus, presiunea în exces a gazelor de eșapament va fi minimă.

* * *
Al treilea nivel de pierderi - pierderi notabile de putere pentru depășirea forțelor de frecare, precum și forțele de inerție ale maselor în mișcare reciproce, precum și pierderi la antrenarea mecanismelor auxiliare. Aceste pierderi sunt definite ca pierderi mecanice. Acestea depind de designul cinematic al motorului. Dar, pe lângă pierderile mecanice în sine, schema cinematică și designul acesteia afectează și un alt indicator important de lucru, care nu este direct legat de eficiență: acesta este modul și amploarea cuplului.

Sarcina este de a obține un motor care are pierderi mecanice minime. Pe lângă faptul că are un cuplu de funcționare constantă, cu o valoare ridicată, cu dimensiunile mici ale motorului în sine. Cuplul ridicat și stabil vă permite să faceți fără un astfel de sistem de vehicule voluminoase și complexe ca o cutie de viteze. Un exemplu este transportul cu motoare electrice și cu aburi.

Analiza dezavantajului de astăzi: într-un motor standard cu piston (tron), reacția tijei de conectare (componenta transversală a acestei reacții în raport cu axa cilindrului) la presiunea gazelor de lucru apasă constant pistonul pe o parte a cilindrului, apoi spre cealaltă. Acest sistem de funcționare a motorului necesită o lubrifiere constantă a suprafețelor de frecare puternic și costul depășirii acestor forțe de frecare. În plus, în timpul rotației manivelei arborelui cotit, proiecția umărului care creează cuplul la vectorul de mișcare a pistonului se schimbă tot timpul de la „zero” la „maxim” și înapoi la fiecare cursă de lucru. Un astfel de mod de cuplu pulsator constant pulsant este inadecvat pentru acționarea motoarelor de acționare. Și numai la turații mari ale motoarelor cu piston crește semnificativ forța de cuplu. Însă, viteze mari (aproximativ 3-4 mii rpm) nu sunt necesare de majoritatea consumatorilor. Prin urmare, este necesar să se facă o cutie de viteze complexă și greoaie, care face parte integrantă din mașini, motociclete etc.
& nbsp În plus, eficiența mecanică este vizibil redusă datorită selecției puterii motorului pentru a conduce mecanismele sale auxiliare - o pompă de răcire, un ventilator de răcire, arbori cu came și supape de distribuție a gazului, un generator electric, etc. , cu atât aceste pierderi sunt mai mari. În plus, pierderi de putere notabile pot determina aprinderea inutilă mai devreme, atunci când motorul este forțat, la sfârșitul celui de-al doilea pas să „comprimeze”, să comprimeze produsele de ardere începând să se extindă.

Modul de a scăpa de acest dezavantaj: este necesar să se creeze un proiect al motorului în care presiunea gazelor de lucru să nu preseze elementul principal de lucru în mișcare către corpul staționar. În acest caz, motorul ar trebui să se distingă printr-un astfel de design care să permită furnizarea unui braț de cuplu constant pe întreaga cale de mișcare a corpului principal de lucru al motorului. Mai mult, pe această cale, presiunea gazelor de lucru ar trebui să fie cât mai lungă, în mod ideal, să depună eforturi pentru 100%. Permiteți-mi să vă reamintesc că pentru motoarele în 4 timpi dintr-un ciclu complet al motorului cu 2 rotații ale arborelui, presiunea pe piston acționează doar o jumătate de revoluție, și chiar atunci în modul de transmisie al acestei presiuni cu un braț de torsiune instabil.

TOTAL:

Deci, formulăm condițiile pe care le propune o abordare științifică pentru a crea un motor cu eficiență ridicată:
1) Principalele procese tehnologice ale "combustiei" și "expansiunii" motorului ar trebui separate și distanțate pentru a fi implementate în diferite camere tehnologice. În acest caz, arderea ar trebui să aibă loc într-o cameră încuiată, în condiții de creștere a temperaturii și de creștere a presiunii.
2) Procesul de ardere trebuie să se producă o perioadă suficientă de timp și în condiții de exces de aer. Acest lucru vă va permite să arde 100% amestecul de lucru.
3) Volumul camerei de expansiune ar trebui să fie semnificativ mai mare decât camera de compresie, cel puțin 50%, Acest lucru este necesar pentru traducerea completă a presiunii gazului de lucru în lucrul pe corpul principal de lucru.
4) Trebuie creat un mecanism pentru a transfera temperatura ridicată a gazelor de eșapament pentru a lucra pe corpul principal de lucru. Există o singură posibilitate reală - alimentarea cu apă pentru transformarea temperaturii ridicate a gazelor de ardere în presiunea aburului rezultat.
5) Corpul de lucru și întreaga cinemică a motorului trebuie să fie aranjate astfel încât corpul de lucru să primească presiunea gazelor de lucru cât mai mult timp posibil în timpul ciclului motorului, iar umărul care transpune forța acestei presiuni este întotdeauna posibil.

După o lucrare atentă cu aceste cerințe ale abordărilor teoretice ale fizicii și mecanicii la crearea unui motor cu eficiență ridicată, se dovedește că este complet imposibil să creezi un motor cu piston pentru astfel de sarcini. Un motor cu piston nu satisface niciuna dintre aceste cerințe. Următoarea concluzie rezultă din acest fapt - este necesar să căutăm o alternativă mai eficientă la proiectarea motorului cu piston. Iar cel mai apropiat de cerințele necesare este un circuit rotativ al motorului.

În lucrarea mea asupra conceptului de motor rotativ perfect, am pornit doar la o încercare de a ține cont la crearea schemei conceptuale a motorului necesitatea implementării tuturor premiselor teoretice de mai sus. Sper că am reușit să fac asta.

ARTICOLUL nr. 2-1

REFLECȚIE LA GRADUL DE COMPRESIE:
TOTUL ESTE BUN ÎN MODERARE

Toți suntem obișnuiți cu faptul că un motor economic și puternic trebuie să aibă un raport ridicat de compresie. Prin urmare, pe mașinile sport, motoarele au întotdeauna un grad ridicat de compresie, iar reglarea (creșterea) motorului pentru a crește puterea motoarelor standard din seria de masă implică în primul rând o creștere a raportului de compresie.
Prin urmare, ideea a fost ferm stabilită, în opinia largă, cu cât raportul de compresie al motorului este mai mare, cu atât mai bine, deoarece acest lucru duce la o creștere a puterii motorului și la creșterea eficienței acestuia. Dar, din păcate, această poziție este doar parțială, sau mai degrabă, este adevărată nu mai mult de 50%.
Istoria tehnologiei ne spune că atunci când a apărut primul ICE Lenoir în anii 1860 (care a funcționat fără compresie), abia a depășit motoarele cu aburi în ceea ce privește eficiența și când (după 15 ani) a apărut ICE în 4 timpi Otto, funcționând odată cu compresia, eficiența unui astfel de model a depășit imediat toate motoarele existente, din punct de vedere al eficienței.
Dar compresia nu este un proces atât de simplu și simplu. Mai mult decât atât, nu are sens realizarea unor raporturi de compresie foarte mari și este foarte dificil din punct de vedere tehnic.
Mai întâi: cu cât raportul de compresie este mai mare, cu atât este mai mare cursa pistonului în cilindru. În consecință - mai mare viteză liniară a pistonului la viteze mari. Prin urmare - cu cât sunt mai mari sarcinile alternative inerțiale care acționează asupra tuturor elementelor mecanismului manivelei. În același timp, crește și nivelul de presiune din cilindru. Prin urmare, într-un motor cu un raport de compresie ridicat și o cursă lungă, toate elementele și părțile motorului trebuie să aibă o rezistență crescută, adică. gros și greoi. De aceea, motoarele diesel nu sunt mici și ușoare. Prin urmare, dizelele mici nu au fost create pentru motociclete, pentru motoarele de bord, pentru aeronavele ușoare etc. De aceea, motoarele automate standard „stoarse” au o durată de viață atât de mică.
În al doilea rând: cu cât raportul de compresie este mai mare, cu atât este mai mare riscul de detonare cu toate consecințele distructive care rezultă. Alimentarea cu benzină de calitate scăzută poate pur și simplu distruge un astfel de motor. Despre detonare - citiți ARTICOLUL special. Acestea. la un anumit grad de compresie, este necesar să folosiți benzină din ce în ce mai scumpă și specială sau aditivi speciali. În anii cincizeci și șaizeci, principala linie de construire a motoarelor, în special în SUA, a fost o creștere a gradului de compresie, care până la începutul anilor șaptezeci pe motoarele americane ajungea adesea la 11-13: 1. Totuși, aceasta a necesitat o benzină corespunzătoare cu octan ridicat, care în acei ani nu a putut fi obținută decât prin adăugarea de plumb otrăvitor tetraetil. Introducerea standardelor de mediu în majoritatea țărilor la începutul anilor șaptezeci a dus la stoparea creșterii și chiar la o scădere a raportului de compresie pe motoarele în serie.
Cu toate acestea, nu are sens să atingem raporturile de compresie maxime posibile. Cert este că eficiența termică a motorului crește odată cu creșterea raportului de compresie, dar nu liniar, ci cu o decelerare treptată. Dacă cu o creștere a raportului de compresie de la 5 la 10, acesta crește de 1.265 ori, atunci de la 10 la 20 - doar de 1.157 ori. Acestea. după atingerea unui anumit prag al gradului de compresie, creșterea ulterioară a acesteia nu are sens, deoarece câștigul va fi minim, iar dificultățile crescânde vor fi enorme.

* * * Cu o analiză atentă a capabilităților diferitelor tipuri de motoare și căutarea unor modalități de creștere a eficienței acestora, puteți găsi alte oportunități decât o creștere constantă a gradului de compresie. Și vor fi mult mai eficiente și de înaltă calitate decât o creștere ridicată a raportului de compresie.
Pentru început, vom afla ce oferă un raport ridicat de compresie. Și dă următoarele:
- dă o lungime mare a cursei, ca într-un motor cu piston, lungimea cursei de compresie este egală cu lungimea lungimii de extensie;
- presiune puternică în încărcarea amestecului de lucru, la care are loc abordarea oxigenului și a moleculelor de combustibil. Din aceasta, procesul de ardere este mai bine pregătit și
merge mai repede.

Pe prima poziție, puteți da astfel de comentarii: într-adevăr, eficiența motoarelor diesel se datorează în mare măsură faptului că acestea au o cursă lungă de lucru. Acestea. o creștere a lungimii cursei de extensie afectează mult mai grav creșterea eficienței și a economiei motorului decât o creștere a lungimii cursei de compresie. Acest lucru face posibilă eliminarea mai multor beneficii de la presiunea gazelor de lucru - gazele funcționează pentru o mișcare mai mare a pistonului. Și dacă la motoarele „pe benzină” diametrul pistonului este aproximativ egal cu lungimea cursei, cu „raportul de compresie” și „raportul de expansiune” corespunzător, care sunt legate de lungimea cursei pistonului, atunci la motoarele diesel acest parametru este vizibil mai mare. Pentru motoarele diesel cu viteză mică clasică, cursa pistonului este mai mare decât diametrul pistonului cu 15-30%. În dizelii marini, această diferență are o dimensiune în general egregie. De exemplu, un motor diesel imens de 14 cilindri pentru un supertanker fabricat de compania finlandeză Wartsila, cu o deplasare de 25.480 litri și o capacitate de 108.920 CP. la 102 rpm., diametrul cilindrului este de 960 mm., cu o cursă a pistonului de 2500 mm.

În același timp, reamintesc că astfel de motoare diesel marine funcționează pe petrol, care poate rezista la un raport de compresie foarte ridicat cu o cursă de piston atât de mare.

Însă o creștere a raportului de compresie are laturile sale neplăcute - necesită utilizarea unor benzine scumpe de o cantitate mare de benzină, o creștere a greutății motorului, precum și costuri considerabile ale puterii motorului pentru procesul de compresie puternică.
Să încercăm să ne dăm seama dacă va fi posibil să se obțină un efect apropiat și chiar mai mare în creșterea puterii și creșterea eficienței motorului în alte moduri, adică. fără a crește inutil gradul de compresie cu o creștere a negativului inerent unui astfel de proces. Se dovedește că o astfel de cale este posibilă. Acestea. toate cele două aspecte pozitive ale creșterii gradului de compresie pot fi obținute în alte moduri și fără dificultățile inerente pentru creșterea gradului de compresie.

Revizuirea primei poziții - o lungime mare a AVC. Principalul lucru pentru rentabilitate este o cursă lungă, astfel încât toate gazele de lucru transferă presiunea la piston la maxim. Și într-un motor cu piston, cursa este egală cu lungimea cursei de compresie. Aici s-a stabilit cumva opinia că cel mai important lucru este gradul de compresie și nu gradul de expansiune. Deși într-un motor cu piston - aceste valori sunt egale. Prin urmare, a le separa nu are prea mult sens.

În mod ideal, este mai bine să faceți aceste lungimi diferite. Deoarece o creștere a cursului de compresie duce la o masă de consecințe neplăcute, atunci faceți-o moderată. Dar cursul de extindere, cât mai responsabil pentru rentabilitate și eficiență, ar trebui să fie cât mai mare posibil. Dar într-un motor cu piston este aproape imposibil de făcut (sau de a face foarte dificil și dificil, de exemplu, motorul Kushul). Există însă o mulțime de circuite rotative ale motorului care vă permit să rezolvați cu ușurință această dilemă. Acestea. capacitatea motorului de a avea un grad moderat de compresiune și, în același timp, o lungime semnificativă a cursei.

A doua poziție - activarea și eficiența ridicată a procesului de ardere a combustibilului. Viteza mare și plinătatea sa. Aceasta este o condiție importantă pentru calitatea și eficiența motorului. Dar se dovedește că gradul de compresiune (asigurarea presiunii ridicate) nu este singurul și nici măcar cel mai bun mod de a obține un astfel de rezultat.

Aici îmi voi permite un citat din cartea academică privind teoria motoarelor pentru universitățile din perioada sovietică: „Motoare auto”, ed. M. S. Hovakha. Moscova, „Ingineria”, 1967
După cum se poate observa din citatul de mai sus, calitatea și viteza de ardere depind mai mult de temperatura de ardere și într-o măsură mai mică de presiune. Acestea. dacă este posibil să se asigure o temperatură extrem de ridicată a mediului de ardere, atunci valoarea completă a arderii va fi maximă, iar necesitatea unei presiuni extrem de ridicate înainte ca procesul de ardere (în raport de compresie) să dispară.

Dintre toate abordările teoretice descrise mai sus, se poate trage o concluzie - un motor puternic cu eficiență ridicată poate face fără un grad ridicat de compresie, cu toate dificultățile sale inerente. Pentru aceasta, gradul de expansiune al motorului ar trebui să fie vizibil mai mare decât gradul de compresie, iar încărcarea amestecului proaspăt de lucru ar trebui să arde în camera de ardere extrem de încălzită. Mai mult, în procesul de ardere, presiunea și temperatura ar trebui să crească datorită creșterii lor naturale datorită energiei procesului de ardere. Acestea. camera de ardere trebuie să fie bine închisă și să nu-și modifice volumul în timpul procesului de ardere. În consecință: nu trebuie să existe o creștere rapidă a volumului camerei de ardere - cu o scădere corespunzătoare a presiunii și temperaturii (așa cum se întâmplă la un motor cu piston).
Apropo, în timpul arderii amestecului de combustibil, presiunea în camera de combustie blocată de volum constant va crește, adică „a doua serie” (mai mult de 60% din masa de încărcare) porțiuni de ardere a combustibilului se va arde la un raport de compresie foarte ridicat (presiune de aproximativ 100 atm.) a cărui presiune va fi creată prin arderea primei părți a combustibilului. Aici trebuie menționat că presiunea de la sfârșitul cursei de compresie, chiar și pentru dizelele (aceste reconstituiri curente în ceea ce privește eficiența), nu este mai mult de 45-50 atm.
Dar ambele condiții de mai sus într-un motor alternativ cu un mecanism de manivelă de respectat și imposibil de furnizat. Prin urmare, motoarele cu piston funcționează la un grad ridicat de compresie, cu toate dificultățile care rezultă, și nu pot în niciun fel să depășească bara de eficiență de 40% timp de aproape 100 de ani.

REZULTATUL acestui articol este următorul. - Un motor de mare putere cu o eficiență ridicată poate avea un raport de compresie moderat dacă are o cursă de expansiune sensibil mai mare decât cursa de compresie. Și arderea amestecului de lucru se va produce într-o cameră blocată pentru timpul de ardere și nu este răcită (proces iocoric adiabatic) cu creșterea temperaturii și presiunii din energia procesului de ardere în sine.
Este imposibil să creezi un astfel de design în cadrul ideii de motor cu piston, dar în domeniul ideilor motoarelor rotative este foarte posibil să creezi astfel de proiecte. Ce face autorul acestui text și al acestui site.

ARTICOLUL nr. 2-2

REFLECȚIE LA GRADUL DE COMPRESIE-2:
Uită-te la istorie

01/26/13

În prima parte a articolului, am arătat că o creștere continuă a gradului de compresie într-un motor cu piston cu mecanism de manivelă este singura modalitate de a crește ușor eficiența motorului și are limite clare la capacitățile sale. La rapoartele de compresie care se apropie de 16, amestecul de lucru cu vapori de benzină chiar și cu o valoare octanică de 100 începe să ardă în modul detonare, iar părțile și corpul motorului devin foarte voluminoase și cu pereți groși (ca într-un motor diesel) pentru a rezista la presiuni mari și sarcini inerțiale mari. Dar forțele uriașe de ardere a detonării chiar distrug foarte repede astfel de piese voluminoase și masive.

Dar există și alte modalități de a crește eficiența motorului - aceasta este:
A) - creșterea temperaturii de ardere a amestecului de lucru (temperatura din camera de ardere) pentru a obține o combustie completă și rapidă a vaporilor de benzină. În acest caz, cantitatea maximă de căldură este eliberată, iar Corpul de lucru va apăsa mai tare pe piston - adică. să fac o treabă grozavă.
Motoarele cu piston cu mecanism de manivelă și procesul combinat de „expansiune-ardere” (ciclul 3) nu pot urma această cale, deoarece uleiul (ungerea pereților cinematicului „piston-cilindru”) la o temperatură de 220 de grade începe deja să se carbonizeze și oprește ungerea. De aceea, cilindrul și pistonul motorului trebuie răcite, iar acest lucru duce la o scădere accentuată a eficienței termice a motorului.
B) - o creștere a volumului (gradului) de expansiune a corpului de lucru (lungimea cursei de extensie) pentru extinderea completă a gazelor corpului de lucru. Acest lucru va folosi la maxim suprapresiunea lor. În motoarele cu piston modern, gazele cu o presiune de 5-8 atmosfere sunt epuizate, ceea ce reprezintă o pierdere semnificativă. Și asta în ciuda faptului că presiunea medie efectivă a motorului cu piston este de doar 10 atmosfere. Pentru a crește valoarea „răspunsului” acestei presiuni, se previne lungimea mică a cursei de lucru a motorului cu piston cu o manivelă (mecanism cu manivelă).
Dacă creșteți gradul de expansiune a gazelor fluidului de lucru din motor, atunci eficiența acestuia va crește semnificativ, fără a fi nevoie să crească gradul de compresie.

Primul motor cu ardere internă din istorie este motorul Lenoir. 1860g

Deci, subiectul acestui articol: pentru a crește eficiența, este posibil și necesar să creșteți gradul de extindere a corpului de lucru (gazele de lucru) fără a crește gradul de compresie. Acest lucru ar trebui să conducă la o creștere semnificativă a eficienței motorului. Să justificăm această posibilitate în acest articol.

Este necesar să aveți în optim: raportul de compresie poate fi destul de mic - de aproximativ 3 ori, aceasta corespunde presiunii în sarcina amestecului de lucru comprimat în 4 atmosfere, dar raportul de expansiune (lungimea liniei de cursă) ar trebui să depășească acest raport de compresie mic cu aproximativ 6-8 timp.
O astfel de afirmație a întrebării poate părea ciudată și nejustificată tuturor cunoscătorilor de proiecte tradiționale ale motoarelor care sunt utilizate la raporturi de compresie ridicată la motoarele cu piston. Dar tocmai o stare de fapt atât de paradoxală este în realitate un studiu atent al proiectelor motoarelor cu ardere internă care au fost create și funcționate în zorii apariției unor astfel de motoare, adică. în era creării primului ICE.

Deci, prima concepție greșită care funcționează pentru consolidarea mitului necesității creării unui grad ridicat de compresie în motor este justificată de faptul că primele motoare cu ardere internă, create acum 150 de ani, nu au comprimat amestecul de lucru înainte de a fi aprins și, prin urmare, au avut o eficiență foarte mizerabilă - aproape la fel ca motoarele cu aburi primitive.
Într-adevăr, primul motor de ardere internă funcțional proiectat de Jean Lenoir (brevetul din 1859) nu a avut o compresie preliminară a amestecului de lucru și a funcționat cu o eficiență de 4%. Doar 4% sunt ca motoarele abur vorace și voluminoase din acea vreme.
Dar primul eșantion al motorului în patru timpi al lui Nikolaus Otto, creat în 1877, a funcționat cu compresia preliminară a amestecului de lucru și în timpul funcționării a arătat o eficiență de 22 la sută, ceea ce a fost o realizare fenomenală pentru acea perioadă. În același timp, raportul de compresie și raportul de expansiune (la fel ca toate ICE-urile cu piston cu KShM) au fost egale între ele.
Pe baza acestor date:
- Eficiența motorului Lenoir fără compresie este de 4%;
- eficiența motorului Otto cu compresie - 22%;
se realizează concluzii simple și clare - un motor care funcționează cu compresie preliminară a amestecului de lucru funcționează într-un mod fundamental mai eficient și - cu cât raportul de compresie este mai mare - cu atât mai bine. Această concluzie în ultimii 140 de ani a dobândit caracterul adevărului comun, iar în ultimii 100 de ani, construirea motoarelor a fost pe calea creșterii valorii raportului de compresie, care astăzi a atins deja valorile limită.

DAR în prezentarea acestor informații, există o mare DAR ...
Se dovedește același Nikolaus Otto, înainte de a crea faimosul său motor în 4 timpi cu compresie în 1877, puțin mai devreme - în 1864 a creat, produs și a vândut cu succes multe sute din cealaltă invenție a sa - un motor cu combustie internă atmosferică care funcționează fără compresie preliminară. Eficiența acestui motor a fost de 15% ... O eficiență atât de ridicată nu se încadrează în teoria conform căreia o compresie preliminară puternică a amestecului de lucru este absolut necesară pentru a obține indicatori semnificaționali ai eficienței motorului.
Ceva în acest subiect nu a fost în regulă, ceva nu a fost suficient pentru a înțelege fapte foarte importante și am decis să studiez această situație. Iată concluziile la care am ajuns:
- absolut teribil - scăzut - eficiența motorului Lenoir a fost obținută pentru că avea absolut expansiuni inacceptabil de micigaze de lucru;
- Și motorul Otto aspirat natural, care funcționa fără compresie, avea o eficiență foarte demnă de 15% față de ce avea foarte mare DEZVOLTAREgaze de lucru;
Adevărat, acest motor Otto avea un cuplu foarte slab și un mod de rotație foarte inegal al arborelui principal, motiv pentru care a fost rapid înlocuit mai târziu cu motoare în 4 timpi. Dar cu valoarea eficienței, el era foarte decent.

Să aruncăm o privire atentă la dimensiunile pieselor de lucru ale motorului Lenoir și să facem niște calcule brute. Diametrul pistonului este de 120 mm, iar cursa pistonului de 100 mm. Descrierile motorului din acea vreme au păstrat date că o distanță de aproximativ jumătate din lungimea „liniei de expansiune” era atribuită aspirației de gaz și aer. Apoi robinetul de alimentare a fost închis și o lumânare electrică a dat o scânteie. Acestea. mai puțin de jumătate din lungimea cursei a rămas pe procesul de expansiune, sau mai degrabă, pe procesul combinat de extindere a combustiei ... O scânteie a aprins un amestec de gaz și aer, s-a produs un flash, temperatura și presiunea gazelor din cilindru au crescut brusc, iar presiunea de lucru a forțat pistonul mai departe. Vârful maxim al presiunii gazului de lucru pe piston a fost 5 atmosfere. Dar trebuie să înțelegem că amestecul de lucru a fost aprins în condițiile unei scăderi de presiune din ce în ce mai adânci - la urma urmei, pistonul a continuat să se miște, creând un vid sub presiunea atmosferică ... În astfel de condiții, doar un amestec foarte „bogat” suprasaturat cu gaz ar putea fi aprins. În mod corespunzător, combustia în acest mod a fost extrem de incompletă, chiar și produsele de ardere abia s-au putut extinde pe deplin, deoarece lungimea cursei de lucru a fost extrem de scurtă. Acestea. pentru un piston cu diametrul de 120 mm. lungimea cursei a fost mai mică de 50 mm. Se poate considera în siguranță că gazele de înaltă presiune au intrat în evacuare și chiar cele care au fost saturate cu gaz ușor nears. În consecință, motorul acestor parametri avea o putere de doar 0,5 cai putere la o viteză de rotație a arborelui de 120-140 rpm. Deci - ne uităm la motorul Lenoir. Acest motor a funcționat pe un ciclu de 2 cicluri. Inițial, pe linia de cursă, pistonul a aspirat cu gaz și aer luminos (amestec de lucru). Apoi robinetul de alimentare a fost închis. O lumânare electrică a dat o scânteie - și amestecul de lucru a aprins, iar gazul fierbinte de presiune crescută a împins pistonul mai departe. Apoi, în timpul cursei inverse, pistonul a împins produsele de ardere din cilindru, iar apoi totul s-a repetat din nou.
Acestea. într-un ciclu de lucru - pe „linia de expansiune” - TREI procese de lucru au fost combinate:
- aportul amestecului de lucru;
- arderea amestecului de lucru;
- extinderea corpului de lucru;

CONCLUZIE- motorul Lenoir a avut o eficiență atât de scăzută și o putere atât de scăzută, în principal din cauza lungimii de cursă foarte scurtă (când gazele de lucru pur și simplu nu au putut fi activate) și a organizării foarte ineficiente a proceselor de lucru când amestecul de lucru extrem de „bogat” a fost aprins la o presiune semnificativ mai mică decât cea atmosferică. în condiții de extindere activă a volumului. Acestea. acest motor ar trebui să fie desemnat ca motorul care funcționează cu EXPANSIUNEA preliminară (depresie) a Mix Mix ...

URMĂTORUL - ia în considerare funcționarea unui alt motor care a funcționat fără compresie prealabilă a amestecului de lucru, dar care a avut o eficiență de 15%. Acesta este motorul Otto din 1864 atmosferic. Era un motor foarte neobișnuit. Potrivit cinematicii sale, părea ceva complet urât și nu este potrivit pentru muncă, dar cu o schemă cinematică „stângace”, acționa în conformitate cu o schemă foarte rațională pentru organizarea proceselor de muncă și, prin urmare, avea o eficiență de 15%.
Cilindrul acestui motor a fost montat vertical și pistonul motorului s-a mișcat în sus și în jos. În același timp, nu a existat un arbore cotit în acest motor, iar pistonul avea o tracțiune de viteze foarte lungă îndreptată în sus, care, cu dinții, se angaja cu angrenajul și o rotea.

Otto eșantion de motor atmosferic 1864goda. Pistonul cu o tracțiune cu viteze lungi, care dă o idee despre lungimea cursei, este afișat în dreapta în fotografie. În același timp, când amestecul de lucru a explodat sub piston și pistonul a zburat instantaneu, angrenajul s-a rotit la ralanti, deoarece un mecanism special l-a deconectat de volanta mașinii. Apoi, când pistonul și tija au atins punctul extrem de ridicat și presiunea gazelor de lucru din piston a încetat să mai acționeze, pistonul și șina au început să coboare sub greutatea lor. În acest moment, angrenajul s-a alăturat arborelui volantei și a început cursa de lucru. Astfel, motorul a acționat cu impulsuri sacadate și a avut un mod de torsiune foarte slab. De asemenea, motorul avea o putere redusă, deoarece forța a fost creată doar prin greutatea pistonului și a cremalierei (adică, gravitația funcționată), precum și prin presiunea aerului atmosferic, când o răcire a fost creată de gazele de răcire și pistonul ridicat în cilindru. De aceea motorul a fost numit atmosferic, deoarece în el, împreună cu forța gravitației, a funcționat și presiunea atmosferică.

Dar apoi - în această proiectare a motorului procesele de lucru au fost extrem de organizate cu succes.
Luați în considerare modul în care au fost organizate și acționate procesele de lucru din acest motor.
La început, un mecanism special a ridicat pistonul 1/10 din înălțimea cilindrului, în urma căruia a fost aspirat un spațiu rarefiat sub piston și amestecul de aer și gaz. În continuare, pistonul se opri. Apoi, amestecul a fost aprins de o flacără deschisă printr-un tub special. În timpul exploziei unui gaz combustibil, presiunea sub piston a sărit până la 4 atm. Această acțiune a aruncat pistonul în sus, volumul de gaz din cilindru a crescut și presiunea de dedesubt a scăzut, deoarece volumul intern al pistonului nu avea nicio legătură cu atmosfera și a fost închis ermetic în acel moment. Când aruncați un piston în urma unei explozii, un mecanism special a deconectat șina de la ax. Pistonul a fost mai întâi sub presiunea gazului, apoi prin inerție a crescut până a fost creat un vid semnificativ sub el. În acest caz, cursa de lucru s-a dovedit a fi de lungime maximă și a continuat până când toată energia combustibilului ars (sub formă de exces de presiune a corpului de lucru) a fost consumată complet de ridicarea pistonului. Rețineți că fotografia motorului arată că lungimea cursei (înălțimea cilindrului) este de multe ori mai mare - de 6-8 ori diametrul pistonului. Acesta este cât a durat lovitura sa de lucru. În timp ce în motoarele moderne cu piston, diametrul pistonului este aproximativ egal cu cursa. Numai în dieseli - acești campioni moderni ai economiei - cursa este cu aproximativ 20-30% mai mare decât diametrul cilindrului. Și aici - de mai mult de 6 sau chiar de 8 ori….
Mai departe, pistonul s-a repezit în jos și cursa pistonului a început sub încărcarea propriei greutăți și sub influența presiunii atmosferice. După ce presiunea gazului comprimat în cilindru pe piston a ajuns în jos la presiunea atmosferică, robinetul de evacuare s-a deschis, iar pistonul a deplasat gazele de evacuare cu masa sa. În tot acest timp, o roată de angrenaj lungă se învârtea cu o roată angrenată cu un arbore cu volan. Așa s-a produs puterea motorului. După ce pistonul a revenit în punctul inferior al traiectoriei, totul s-a repetat din nou - mecanismul special l-a ridicat treptat și porțiunea proaspătă a Mixului de lucru a fost aspirată.

Există o altă caracteristică - care a jucat o creștere semnificativă a eficienței. Această caracteristică nu a fost găsită în motorul Lenoir și nici în motoarele moderne în 2 timpi și în 4 timpi.În acest design neobișnuit al motorului, din cauza extinderii extrem de complete a corpului de lucru încălzit, eficiența acestui motor a fost semnificativ mai mare decât eficiența motorului Lenoir și, prin urmare, a ajuns la 15%. În plus, aprinderea amestecului de lucru într-un motor atmosferic Otto s-a produs la presiunea atmosferică, în timp ce în motorul Lenoir acest proces s-a produs în condiții de creștere a vidului, adică. în condițiile unei scăderi din ce în ce mai mari a forțelor de presiune, când presiunea s-a dovedit a fi vizibil mai mică decât atmosferică.
De asemenea, este necesar să spunem că, în conformitate cu circuitul de principiu apropiat de cel al acestui motor, ciocanele copra - diesel funcționează astăzi. Adevărat, alimentarea și aprinderea combustibilului în ele sunt aranjate diferit, dar schema generală a mișcării corpului de lucru este aceeași.

În motorul Otto atmosferic, la momentul aprinderii amestecului de lucru, pistonul a stat nemișcat, iar în timpul arderii primelor porții de combustibil, s-a creat o presiune crescândă în volumul de ardere, adică. porții de combustibil care au ars în a doua, a treia etapă și următoarele - au ars sub presiune crescândă, adică. Compresia amestecului de lucru a avut loc datorită creșterii presiunii din bliț și eliberarea de căldură a primelor porțiuni ale încărcării de ardere. În același timp, inerția sistemului - pistonul, șina lungă și presiunea atmosferică - care presează deasupra gazului care arde, au creat o rezistență puternică la primul impuls de mișcare în sus, ceea ce a dus la o creștere semnificativă a presiunii în mediul gazului care arde. Acestea. într-un motor Otto atmosferic, arderea amestecului de lucru a avut loc în condiții de compresiune accentuată a volumului principal al porțiunii de încărcare a gazului combustibil care încă nu începuse să ardă. Deși nu a existat o compresie preliminară de către piston. Această compresie reală în timpul arderii încărcării amestecului de lucru a unei cantități semnificative din cea mai mare parte a vaporilor de combustibil (împreună cu cursa lungă) a jucat un rol semnificativ în motorul Otto atmosferic al modelului din 1864.

Însă motoarele moderne cu piston, cum ar fi motorul Lenoir în urmă cu 150 de ani, sunt nevoite să dea foc unei încărcări proaspete a amestecului de lucru și a condițiilor unui volum care se extinde brusc atunci când pistonul (și este deplasat foarte puternic de tija de conectare și arbore cotit) fugi disperat de partea inferioară a cilindrului și extinde volumul „camerei de ardere” . Pentru referință, viteza pistonului la motoarele moderne este de 10-20 de metri pe secundă, iar viteza de propagare a flăcării față într-o încărcare cu vapori de combustibil puternic comprimată este de 20-35 de metri pe secundă. Dar în motoarele moderne, pentru a elimina această situație neplăcută, puteți încerca să setați „devreme” amestecul de lucru - adică. până când pistonul în mișcare ajunge la centrul mort superior (TDC) pe linia de finalizare a măsurii anterioare sau într-o poziție în apropierea acestui punct. Dar în motorul Lenoir, acest lucru a fost imposibil, deoarece după ce pistonul a ajuns la TDC, procesul de absorbție a unei porțiuni proaspete de gaz combustibil și aer a început, iar aprinderea acestuia este posibilă numai în condițiile unui volum în creștere accentuat al „camerei de ardere” și o scădere bruscă a presiunii în porțiunea proaspătă a amestecului de lucru sub atmosferică. Acesta este motivul pentru care motorul Lenoir a avut o eficiență atât de scăzută.

Se poate presupune că, dacă motorul Otto atmosferic ar avea aprindere electrică prin scânteie (precum motorul Lenoir anterior), atunci eficiența sa ar putea fi destul de aproape de 20%. Cert este că atunci când încărcarea amestecului de lucru din cilindru a fost aprinsă cu o flacără deschisă printr-un tub special în timpul unui focar, o parte din încărcarea arzătoare a scăpat în atmosferă prin acest tub și acestea au fost pierderi vizibile ... Dacă astfel de pierderi ar putea fi eliminate, atunci eficiența acestui motor ar fi evident mai mare .
Dar Otto nu avea cunoștințe în domeniul ingineriei electrice (precum Lenoir), așa că a instalat pe motorul său atmosferic un astfel de sistem de aprindere primitiv și care reduce eficiența.

CONCLUZII din acest articol sunt următoarele:

1) - O opinie consacrată despre posibilitatea obținerii unei eficiențe motorii extrem de ridicate datorită gradului maxim posibil precomprimare Mix de lucru valabil numai pentru proiectările motorului cu piston , unde pistonul care se deplasează rapid din „partea de jos” a cilindrului spre arborele cotit (datorită acționării forțate de la arborele cotit) extinde volumul „camerei de ardere” cu viteză mare și reduce presiunea amestecului de lucru aprins (și de ardere). Într-un motor cu piston Lenoir care funcționează fără compresie preliminară a amestecului de lucru, acest dezavantaj al motoarelor cu piston a fost deosebit de pronunțat. Ceea ce a dus la eficiența sa extrem de scăzută.
În motoarele moderne cu piston de toate tipurile, pentru a elimina tocmai acest dezavantaj „generic” constructiv în organizarea proceselor de lucru, se folosește un grad extrem de ridicat de compresie preliminară pentru a face încărcarea proaspătă a amestecului de lucru la presiuni și temperaturi suficient de ridicate (în ciuda o creștere rapidă a volumului camerei de ardere și o scădere de presiune corespunzătoare în această cameră), ceea ce reprezintă o garanție a arderii complete a încărcăturii amestecului de lucru și crearea unui corp de lucru de înaltă presiune și temperatură ridicată.
2) - în istoria tehnologiei există proiectări de motoare ale altor scheme cinemice și un mod diferit de organizare a proceselor de lucru, unde chiar și fără o compresie prealabilă puternică a încărcării proaspete a amestecului de lucru, se pot obține valori bune de eficiență chiar și cu un design foarte primitiv. Un exemplu este motorul Otto din 1864 atmosferic, cu o eficiență de 15%.
3) - puteți crea un motor de ardere internă extrem de eficient în care procesele de ardere a unei încărcări proaspete a amestecului de lucru și crearea unui corp de lucru cu parametri înalte vor avea loc prin comprimarea naturală a sarcinii de ardere datorită forțelor de combustie în sine într-o cameră de ardere cu un volum constant. Mai mult decât atât, procesul de precompresie la valori mari (20-30 atmosfere), care este tipic pentru motoarele cu piston modern, necesită o cantitate semnificativă de energie a motorului și utilizarea de piese masive, voluminoase și grele.
Contribuția principală la obținerea unei eficiențe ridicate va face un parametru mare al volumului de expansiune (cursă lungă), care va fi semnificativ mai mare decât volumul de compresie.

Exact ca un motor, care nu necesită precompresia costisitoare și greoaie a încărcării proaspete a amestecului de lucru de mare valoare, autorul acestui articol creează în prezent. În acest motor, compresia preliminară va fi efectuată la valori scăzute, iar compresia principală a încărcăturii amestecului de lucru în camera de ardere cu un volum constant va avea loc datorită forțelor primei etape de ardere. În mod ideal, ar fi combustia de detonare: flash - explozie. Mai mult, Corpul de lucru de înaltă presiune se va extinde până la sfârșitul capacităților sale în sectorul de extindere mare.

Coeficientul de performanță (COP) este o valoare care, în procente, exprimă eficacitatea unui anumit mecanism (motor, sistem) în ceea ce privește conversia energiei primite în muncă utilă.

Citiți acest articol

De ce eficiența diesel este mai mare

Factorul de eficiență pentru diferite motoare poate varia foarte mult și depinde de o serie de factori. au o eficiență relativ scăzută datorită numărului mare de pierderi mecanice și de căldură care apar în timpul funcționării unei unități de putere de acest tip.

Al doilea factor este frecarea care apare atunci când părțile de împerechere interacționează. Cea mai mare parte a consumului util de energie este determinată de pistoanele motorului, precum și de rotirea pieselor din interiorul motorului, care sunt montate structural pe rulmenți. Aproximativ 60% din energia de ardere a benzinei este cheltuită numai pentru asigurarea funcționării acestor unități.

Pierderi suplimentare sunt cauzate de funcționarea altor mecanisme, sisteme și atașamente. De asemenea, ia în considerare procentul de pierdere a rezistenței la momentul introducerii următoarei încărcări de combustibil și aer, apoi eliberarea gazelor de evacuare din cilindrul motorului.

Dacă comparăm motorul diesel și motorul pe benzină, motorul diesel are o eficiență vizibil mai mare în comparație cu o unitate pe benzină. Unitățile de alimentare cu benzină au o eficiență de aproximativ 25-30% din cantitatea totală de energie primită.

Cu alte cuvinte, din cei 10 litri de benzină cheltuiți în funcționarea motorului, doar 3 litri au fost cheltuiți pentru lucrări utile. Energia rămasă din combustia combustibilului a fost pierdută.

Cu același indicator al volumului de lucru, puterea unui motor pe benzină atmosferică este mai mare, dar se realizează la viteze mai mari. Motorul trebuie să fie „rotit”, creșterea pierderilor, consumul de combustibil crește. De asemenea, este necesar să menționăm cuplul, care înseamnă literal forța care este transmisă de la motor la roți și mișcă mașina. Motoarele cu combustie internă pe benzină ating cuplul maxim la viteze mai mari.

Un motor diesel similar atmosferic atinge un cuplu de vârf la viteze mici, în timp ce consumă mai puțin combustibil diesel pentru a efectua lucrări utile, ceea ce înseamnă eficiență mai mare și economie de combustibil.

Combustibilul diesel produce mai multă căldură în comparație cu benzina, motorina are o temperatură mai mare de combustie, iar rezistența la lovire este mai mare. Se pare că motorul diesel a lucrat mai mult la o anumită cantitate de combustibil.

Valoarea energetică a motorinei și benzinei

Dieselul este format din hidrocarburi mai grele decât benzina. Eficiența mai scăzută a unei instalații pe benzină în comparație cu un motor diesel constă, de asemenea, în componența energetică a benzinei și caracteristicile combustiei sale. Arderea completă a unei cantități egale de motorină și benzină va oferi mai multă căldură în primul caz. Căldura într-un motor diesel este mai complet transformată în energie mecanică utilă. Se dovedește că atunci când arzi aceeași cantitate de combustibil pe unitate de timp, motorina este cea care va face mai multă treabă.

De asemenea, merită luat în considerare caracteristicile injecției și crearea condițiilor adecvate pentru arderea completă a amestecului. Combustibilul este furnizat motorinei separat de aer, este injectat nu în galeria de admisie, ci direct în cilindru la capătul cursei de compresie. Rezultatul este o temperatură mai ridicată și cea mai completă ardere a unei porțiuni din amestecul combustibil-aer de lucru.

rezumat

Proiectanții se străduiesc în permanență să crească eficiența motoarelor diesel și pe benzină. O creștere a numărului de supape de admisie și evacuare pe cilindru, utilizarea activă, controlul electronic al injecției de combustibil, clapeta de accelerație și alte soluții poate crește semnificativ eficiența. Acest lucru este mai adevărat pentru motorul diesel.

Datorită acestor caracteristici, un motor diesel modern este capabil să ardă complet o parte din combustibilul diesel saturat cu hidrocarburi în cilindru și să ofere un indicator ridicat de cuplu la turații reduse. Virațiile scăzute înseamnă o pierdere mai mică la rezistență la frecare și rezistență la frecare. Din acest motiv, motorul diesel este astăzi unul dintre cele mai productive și mai economice tipuri de motoare cu ardere internă, a căror eficiență depășește adesea 50%.

Citește și

De ce este mai bine să încălziți motorul înainte de călătorie: ungere, combustibil, uzura pieselor reci. Cum să încălziți un motor diesel iarna.