Un motor termic bazat pe un nou principiu termodinamic. Influența temperaturii asupra motorului cu ardere internă Motorul la o diferență mică de temperatură

Trimis:

Având în vedere subiectul obținerii de energie electrică în teren, am pierdut cumva complet din vedere un astfel de convertor de energie termică în energie mecanică (și mai departe în electricitate), cum ar fi motoarele cu ardere externă. În această recenzie, vom lua în considerare unele dintre ele care sunt disponibile chiar și pentru auto-producție de către amatori.

De fapt, alegerea modelelor pentru astfel de motoare este mică - motoare cu aburi și turbine, un motor Stirling în diverse modificări și motoare exotice, cum ar fi cele cu vid. Deocamdată vom arunca motoarele cu aburi, pentru că până acum nu s-a făcut nimic mic și ușor de repetat asupra lor, dar vom fi atenți la motoarele Stirling și la cele cu vid.
Oferiți clasificarea, tipurile, principiul de funcționare etc. Nu voi fi aici - cine are nevoie de el, va găsi cu ușurință totul pe Internet.

În termenii cei mai generali, aproape orice motor termic poate fi gândit ca un generator de vibrații mecanice care folosește o diferență de potențial constantă (în acest caz, termică) pentru funcționarea sa. Condițiile de autoexcitație ale unui astfel de motor, ca în orice generator, sunt furnizate prin feedback întârziat.

O astfel de întârziere este creată fie printr-o conexiune mecanică rigidă prin manivelă, fie prin intermediul unei conexiuni elastice, fie, ca într-un motor cu „încălzire lentă”, prin intermediul inerției termice a regeneratorului.

În mod optim, din punctul de vedere al obținerii amplitudinii maxime a oscilațiilor, îndepărtarea puterii maxime din motor, când schimbarea de fază în mișcarea pistonului este de 90 de grade La motoarele cu mecanism cu manivelă, această schimbare este stabilită de forma manivelei. La motoarele în care o astfel de întârziere se realizează prin intermediul cuplajului elastic sau al inerției termice, această schimbare de fază se efectuează numai la o anumită frecvență de rezonanță la care puterea motorului este maximă. Cu toate acestea, motoarele fără mecanism cu manivelă sunt foarte simple și, prin urmare, foarte atractive de fabricat.

După această scurtă introducere teoretică, cred că va fi mai interesant să ne uităm la acele modele care au fost construite efectiv și care pot fi potrivite pentru utilizare în condiții mobile.

YouTube are următoarele:

Motor Stirling cu temperatură scăzută pentru diferențe de temperatură scăzute,

Motor Stirling pentru gradiente mari de temperatură,

Motor "încălzire lentă", alte nume sunt Lamina Flow Engine, motor termoacustic Stirling (deși denumirea din urmă este incorectă, deoarece există o clasă separată de motoare termoacustice),

Motor Stirling cu piston liber (motor Stirling cu piston liber),

Motor cu vid (FlameSucker).

Apariția celor mai tipici reprezentanți este prezentată mai jos.

Motor Stirling la temperatură scăzută.

Motor Stirling la temperatură ridicată.
(Apropo, fotografia arată un bec cu incandescență aprins alimentat de un dispozitiv de conectare conectat la acest motor)

Motor de curgere a laminei

Motor cu piston gratuit.

Motor cu vid (pompă cu flacără).

Să luăm în considerare fiecare dintre tipuri în detaliu.

Să începem cu un motor Stirling la temperatură scăzută. Un astfel de motor poate funcționa dintr-o diferență de temperatură de literalmente câteva grade. Dar puterea eliminată va fi mică - fracțiuni și unități de wați.
Este mai bine să observați activitatea acestor motoare pe video, în special pe site-uri precum YouTube, un număr mare de copii de lucru sunt prezentate. De exemplu:

Motor Stirling la temperatură scăzută

În acest design al motorului, plăcile superioare și inferioare trebuie să fie la temperaturi diferite, deoarece unul dintre ei este o sursă de căldură, celălalt este un cooler.

Al doilea tip de motoare Stirling poate fi deja folosit pentru a obține energie în unități sau chiar zeci de wați, ceea ce este destul de posibil pentru a alimenta majoritatea dispozitivelor electronice în condiții de teren. Un exemplu de astfel de motoare este prezentat mai jos.

Motorul lui Stirling

Există multe astfel de motoare pe YouTube, iar unele sunt realizate din aceste lucruri ... dar funcționează.

Captivează prin simplitatea sa. Diagrama sa este prezentată în figura de mai jos.

Motor cu încălzire lentă

După cum sa menționat deja, prezența unei manivele aici este, de asemenea, opțională, este necesară doar pentru a converti oscilațiile pistonului în rotație. Dacă îndepărtarea energiei mecanice și transformarea sa ulterioară se efectuează folosind schemele deja descrise, atunci proiectarea unui astfel de generator se poate dovedi a fi foarte, foarte simplă.

Motor Stirling cu piston gratuit.
În acest motor, pistonul care se deplasează este conectat la pistonul de forță printr-o conexiune elastică. În acest caz, la frecvența rezonantă a sistemului, mișcarea acestuia rămâne în urma oscilațiilor pistonului de putere, care este de aproximativ 90 de grade, ceea ce este necesar pentru excitația normală a unui astfel de motor. De fapt, se obține un generator de vibrații mecanice.

Motor cu vid, spre deosebire de altele, folosește efectul în opera sa comprimare gaz când se răcește. Funcționează după cum urmează: mai întâi, pistonul aspiră flacăra arzătorului în cameră, apoi supapa mobilă închide orificiul de aspirație, iar gazul, răcind și contractând, forțează pistonul să se deplaseze în direcția opusă.
Funcționarea motorului este perfect ilustrată de următorul videoclip:

Schema de funcționare a motorului cu vid

Iar mai jos este doar un exemplu de motor fabricat.

Motor cu vid

In cele din urma, observăm că, deși eficiența acestor motoare de casă este, în cel mai bun caz, de câteva procente, dar chiar și în acest caz, astfel de generatoare mobile pot genera o cantitate de energie suficientă pentru a alimenta dispozitivele mobile. Generatoarele termoelectrice pot servi drept o alternativă reală la acestea, dar eficiența lor este de asemenea de 2 ... 6% cu parametri de greutate și dimensiune comparabili.

În cele din urmă, puterea termică a lămpilor alcoolice simple este de zeci de wați (și de foc - kiloviți), iar conversia a cel puțin câteva procente din acest flux de căldură în energie mecanică și apoi electrică vă permite deja să obțineți puteri destul de acceptabile, potrivite pentru încărcarea dispozitivelor reale. ...

Să ne amintim că, de exemplu, puterea unei baterii solare recomandate pentru încărcarea unui PDA sau a unui comunicator este de aproximativ 5 ... 7W, dar chiar și acești wați bateria solară va da doar în condiții de iluminare ideale, de fapt mai puțin. Prin urmare, chiar și atunci când se generează mai mulți wați, dar independent de vreme, aceste motoare vor fi deja destul de competitive, chiar și cu aceleași panouri solare și generatoare termice.

Puține link-uri.

Un număr mare de desene pentru fabricarea modelelor de motoare Stirling pot fi găsite pe acest site.

Pagina www.keveney.com conține modele animate de diverse motoare, inclusiv Stirlings.

Aș recomanda, de asemenea, să vă uitați la pagina http://ecovillage.narod.ru/, mai ales că acolo este postată cartea „Walker G. Machines operating on the Stirling cycle. 1978”. Poate fi descărcat ca un singur fișier în format djvu (aproximativ 2 MB).

ceva cilindru va lucra în cilindru. Și din mișcarea pistonului, la fel ca într-un motor cu aburi, cu ajutorul arborelui cotit, atât volanta, cât și scripetele vor începe să se rotească. Astfel, un mecanic

Aceasta înseamnă că trebuie doar să încălziți și să răciți alternativ lichid de lucru. Pentru aceasta, s-au folosit contrastele arctice: alternativ apă din gheața submarină, apoi aerului rece i se întâmplă cilindrului; temperatura lichidului din cilindru se schimbă rapid și un astfel de motor începe să funcționeze. Nu contează dacă temperaturile sunt peste sau sub zero, trebuie doar să aveți o diferență între ele. În acest caz, desigur, fluidul de lucru pentru motor trebuie luat astfel încât să nu înghețe la cea mai scăzută temperatură.

Deja în 1937 a fost proiectat un motor cu diferență de temperatură. Designul acestui motor a fost oarecum diferit de schema descrisă. Au fost proiectate două sisteme de țevi, dintre care una trebuie să fie în aer și cealaltă în apă. Fluidul de lucru din cilindru este adus automat în contact cu unul sau altul sistem de țevi. Lichidul din țevi și cilindru nu stă nemișcat: este acționat tot timpul de pompe. Motorul are mai mulți cilindri și vin alternativ la conducte. Toate aceste dispozitive permit accelerarea procesului de încălzire și răcire a lichidului și, prin urmare, rotația arborelui de care sunt atașate tijele pistonului. Ca rezultat, se obțin astfel de viteze încât pot fi transmise printr-o cutie de viteze la arborele unui generator electric și, astfel, energia termică obținută din diferența de temperatură poate fi transformată în energie electrică.

Primul motor diferențial de temperatură a fost proiectat doar pentru diferențe de temperatură relativ mari, de ordinul a 50 °. Era o mică centrală electrică de 100 de kilowați care funcționa

despre diferența de temperatură dintre aerul și apa din izvoarele termale, care sunt disponibile aici și acolo în nord.

La această instalație, a fost posibil să se verifice proiectarea motorului cu diferite temperaturi și, cel mai important, să se acumuleze material experimental. Apoi a fost construit un motor care utilizează mai puține diferențe de temperatură - între apa de mare și aerul rece din Arctica. Construcția stațiilor cu temperatură diferențială a devenit posibilă peste tot.

Ceva mai târziu, a fost construită o altă sursă de energie electrică cu mai multe temperaturi. Dar nu mai era un motor mecanic, ci un dispozitiv care funcționa ca o imensă celulă galvanică.

După cum știți, o reacție chimică are loc în celulele galvanice, în urma căreia se obține energie electrică. Multe reacții chimice implică fie eliberarea, fie absorbția căldurii. Puteți alege astfel de electrozi și electroliți încât să nu existe nicio reacție atâta timp cât temperatura celulelor rămâne neschimbată. Dar de îndată ce sunt încălzite, vor începe să dea curent. Și aici temperatura absolută nu contează; este important doar ca temperatura electrolitului să înceapă să crească în raport cu temperatura aerului din jurul instalației.

Astfel, și în acest caz, dacă o astfel de instalație este plasată în aer rece, arctic și i se furnizează apă de mare „caldă”, se va obține energie electrică.

Instalațiile de temperatură diferențială erau deja destul de frecvente în Arctica în anii '50. Erau posturi destul de puternice.

Aceste stații au fost instalate pe un debarcader în formă de T. care iese în afară în golful mării. Un astfel de aranjament al stației scurtează conductele care leagă fluidul de lucru al instalației diferențiale-întunecate cu apa de mare. Instalarea necesită o adâncime considerabilă a golfului pentru o bună pabota. Trebuie să existe mase mari de apă în apropierea stației, astfel încât atunci când se răcește din cauza transferului de căldură la motor, să nu se producă îngheț.

Centrală termică diferențială

Centrala electrică, care folosește diferența de temperatură dintre apă și aer, este instalată pe o iola care taie adânc în golf. Radiatoarele de aer cilindrice sunt vizibile pe "acoperișul clădirii centralei electrice. De la radiatoarele de aer există conducte prin care se alimentează fluid de lucru către fiecare motor. De asemenea, conductele coboară de la motor la un radiator de apă scufundat în mare (nu este prezentat în figură). Motoarele sunt conectate la cele electrice. "generatoare prin cutii de viteze (în figură sunt vizibile pe partea deschisă a clădirii, la mijloc între motor ^ un generator), în care numărul de rotații este mărit cu ajutorul unui angrenaj melcat. De la generator, energia electrică merge la transformatoare care măresc tensiunea (transformatorul / porii sunt în stânga părți

clădire, care nu este deschisă în figură), și de la transformatoare la panourile de distribuție (etaj superior în prim plan) și apoi la linia de transmisie. O parte din electricitate se îndreaptă către elemente de încălzire uriașe scufundate în mare (nu sunt vizibile în figură). Acestea creez un port fără îngheț.

Influența temperaturii asupra motorului cu ardere internă

Cea mai mare parte a energiei termice este îndepărtată de la motor la sistemul de răcire și transportată cu gazele de eșapament. Îndepărtarea căldurii în sistemul de răcire este necesară pentru a preveni arderea inelelor pistonului, arderea scaunelor supapelor, confiscarea și confiscarea pistonului, crăparea chiulasei, detonarea etc. pompa. Odată cu răcirea cu aer, puterea consumată pentru acționarea ventilatorului este mai mare datorită necesității de a depăși rezistența aerodinamică ridicată creată de nervurile capetelor și cilindrilor.

Pentru a reduce pierderile, este important să aflați cât de multă căldură trebuie eliminată sistemului de răcire a motorului și cum poate fi redusă această cantitate. G. Ricardo a acordat o mare atenție acestei probleme deja în faza inițială a dezvoltării construcției de motoare. Experimentele au fost efectuate pe un motor experimental monocilindric cu sisteme de răcire separate pentru chiulasă și pentru cilindru pentru a măsura cantitatea de căldură eliminată acestor sisteme. S-a măsurat, de asemenea, cantitatea de căldură eliminată prin răcire în timpul fazelor individuale ale ciclului de lucru.

Timpul de ardere este foarte scurt, dar în această perioadă presiunea gazului crește semnificativ, iar temperatura ajunge la 2300-2500 ° C. În timpul arderii în cilindru, procesele de mișcare a gazului au loc intens, contribuind la transferul de căldură către pereții cilindrului. Căldura economisită în această fază a ciclului de funcționare poate fi transformată în lucru util în timpul cursei de expansiune ulterioare. În timpul arderii, aproximativ 6% din energia termică conținută în combustibil se pierde din cauza transferului de căldură către pereții camerei de ardere și a cilindrului.

În timpul cursei de expansiune, aproximativ 7% din energia termică a combustibilului este transferată pe pereții cilindrului. Când se extinde, pistonul se deplasează de la TDC la BDC și eliberează treptat o suprafață tot mai mare a pereților cilindrului. Cu toate acestea, doar aproximativ 20% din căldura economisită chiar și cu un curs de expansiune lung poate fi transformată în muncă utilă.

Aproximativ jumătate din căldura disipată în sistemul de răcire cade în ciclul de evacuare. Gazele de eșapament părăsesc cilindrul la viteză mare și sunt fierbinți. O parte din căldura lor este îndepărtată în sistemul de răcire prin supapa de evacuare și orificiul de evacuare al chiulasei. Direct în spatele supapei, fluxul gazelor schimbă direcția cu aproape 90 °, în timp ce apar vartejuri, ceea ce intensifică transferul de căldură către pereții canalului de ieșire.

Gazele de eșapament trebuie îndepărtate de pe chiulasă pe cea mai scurtă cale, deoarece căldura transferată către acesta încarcă semnificativ sistemul de răcire și este necesar să se utilizeze o parte din puterea efectivă a motorului pentru a-l scoate în aerul ambiant. În perioada de eliberare a gazului, aproximativ 15% din căldura conținută în combustibil este îndepărtată în sistemul de răcire. Bilanțul termic al unui motor pe benzină este dat în tabel. 8.

Tabelul 8. Bilanțul termic al unui motor pe benzină

Un motor diesel are condiții diferite de disipare a căldurii. Datorită raportului de compresie mai mare, temperatura gazelor care ies din cilindru este mult mai scăzută. Din acest motiv, cantitatea de căldură eliminată în timpul cursei de evacuare este mai mică și în unele cazuri se ridică la aproximativ 25% din căldura totală dată sistemului de răcire.

Presiunea și temperatura gazelor în timpul arderii într-un motor diesel sunt mai mari decât cele ale unui motor pe benzină. Împreună cu viteze mari de rotație a gazelor din cilindru, acești factori contribuie la creșterea cantității de căldură transferată pe pereții camerei de ardere. În timpul arderii, această valoare este de aproximativ 9%, iar în timpul expansiunii - 6%. În timpul cursei de evacuare, 9% din energia conținută în combustibil este îndepărtată în sistemul de răcire. Bilanțul termic al motorului diesel este prezentat în tabel. nouă.

Tabelul 9. Bilanț termic diesel

Căldura generată de fricțiunea pistonului pe pereții cilindrilor într-un motor pe benzină este de aproximativ 1,5%, iar la un motor diesel - aproximativ 2% din cantitatea sa totală. Această căldură este, de asemenea, transferată la sistemul de răcire. Trebuie remarcat faptul că exemplele date reprezintă rezultatele măsurătorilor efectuate pe motoarele cu un singur cilindru de cercetare și nu caracterizează motoarele auto, ci servesc doar pentru a demonstra diferențele în echilibrele termice ale unui motor pe benzină și al unui motor diesel.

Căldură descoperită la sistemul de răcire

Sistemul de răcire elimină aproximativ 33% din energia termică conținută în combustibilul utilizat. Deja în zorii dezvoltării motoarelor cu ardere internă, a început căutarea unor modalități de a converti cel puțin o parte din căldura eliminată în sistemul de răcire în puterea efectivă a motorului. În acel moment, un motor cu abur cu un cilindru izolat termic era utilizat pe scară largă și destul de eficient și, prin urmare, în mod natural, au încercat să aplice această metodă de izolare termică unui motor cu ardere internă. Experimente în această direcție au fost efectuate de specialiști eminenți, cum ar fi, de exemplu, R. Diesel. Cu toate acestea, experimentele au relevat probleme semnificative.

În mecanismul cu manivelă utilizat în motoarele cu ardere internă, presiunea gazului asupra pistonului și forța de inerție a maselor în mișcare translațională apasă pistonul pe peretele cilindrului, care la viteza mare a pistonului necesită o bună lubrifiere a acestei perechi de frecare. În acest caz, temperatura uleiului nu trebuie să depășească limitele admise, ceea ce la rândul său limitează temperatura peretelui cilindrului. Pentru uleiurile de motor moderne, temperatura peretelui cilindrului nu trebuie să fie mai mare de 220 ° C, în timp ce temperatura gazelor din cilindru în timpul arderii și expansiunii este cu un ordin de mărime mai mare, iar cilindrul trebuie răcit din acest motiv.

O altă problemă este legată de menținerea temperaturii normale a supapei de evacuare. Rezistența oțelului scade la temperaturi ridicate. Prin utilizarea oțelurilor speciale ca material al supapei de evacuare, temperatura sa maximă admisibilă poate fi mărită la 900 ° C.

Temperatura gazelor din cilindru în timpul arderii ajunge la 2500-2800 ° C. Dacă căldura transferată pe pereții camerei de ardere și a cilindrului nu ar fi îndepărtată, atunci temperatura lor ar depăși valorile admise pentru materialele din care sunt fabricate aceste piese. Depinde mult de viteza gazului de lângă perete. Este practic imposibil să se determine această viteză în camera de ardere, deoarece se schimbă pe parcursul întregului ciclu de funcționare. De asemenea, este dificil să se determine diferența de temperatură între peretele cilindrului și aer. La admisie și la începutul comprimării, aerul este mai rece decât pereții cilindrului și camera de ardere și, prin urmare, căldura este transferată de la perete la aer. Pornind de la o anumită poziție a pistonului în timpul cursei de compresie, temperatura aerului crește peste temperaturile peretelui și fluxul de căldură schimbă direcția, adică căldura este transferată din aer către pereții cilindrului. Calculul transferului de căldură în astfel de condiții este o problemă de mare complexitate.

Modificările bruste ale temperaturii gazelor din camera de ardere afectează, de asemenea, temperatura pereților, care fluctuează pe parcursul unui ciclu pe suprafața pereților și la o adâncime mai mică de 1,5-2 mm, iar mai adânc este setată la o anumită valoare medie. Atunci când se calculează transferul de căldură, această valoare medie a temperaturii trebuie luată pentru suprafața exterioară a peretelui cilindrului, de la care căldura este transferată la agentul de răcire.

Suprafața camerei de ardere include nu numai piese răcite forțat, ci și coroana pistonului și discurile supapei. Transferul de căldură către pereții camerei de ardere este inhibat de un strat de depozite de carbon, și către pereții cilindrului - de o peliculă de ulei. Capetele supapelor trebuie să fie plane pentru a asigura o suprafață minimă pentru gazele fierbinți. Când este deschisă, supapa de admisie este răcită de fluxul de încărcare, în timp ce supapa de evacuare este foarte fierbinte în timpul funcționării de către gazele de eșapament. Tulpina acestei supape este protejată de gazele fierbinți printr-un ghidaj lung care aproape ajunge la discul supapei.

După cum sa menționat deja, temperatura maximă a supapei de evacuare este limitată de rezistența termică a materialului din care este fabricată. Căldura de la supapă este îndepărtată în principal prin scaunul său până la chiulasa răcită și parțial printr-un ghid, care trebuie, de asemenea, răcit. Pentru supapele de evacuare care funcționează în condiții de temperatură severă, tija este goală și parțial umplută cu sodiu. Când supapa este încălzită, sodiul este într-o stare lichidă și, deoarece nu umple întreaga cavitate a tijei, atunci când supapa se mișcă, se deplasează intens în ea, îndepărtând astfel căldura de pe discul supapei în ghidul său și apoi în mediul de răcire.

Discul supapei de evacuare are cea mai mică diferență de temperatură cu gazele din camera de ardere și, prin urmare, relativ puțină căldură este transferată la acesta în timpul arderii. Cu toate acestea, atunci când supapa de evacuare este deschisă, transferul de căldură de la fluxul de gaze de evacuare la discul supapei este foarte mare, ceea ce determină temperatura acesteia.

MOTORI ADIABATI

La un motor adiabatic, cilindrul și capul său nu sunt răcite, deci nu există pierderi de căldură datorate răcirii. Compresia și expansiunea în cilindru au loc fără schimb de căldură cu pereții, adică adiabatic, similar ciclului Carnot. Implementarea practică a unui astfel de motor este asociată cu următoarele dificultăți.

Pentru ca fluxurile de căldură dintre gaze și pereții cilindrilor să lipsească, este necesar ca temperaturile peretelui să fie egale cu temperatura gazului în fiecare moment al timpului. O astfel de schimbare rapidă a temperaturii peretelui în timpul ciclului este practic imposibilă. Ar fi posibil să se realizeze un ciclu apropiat de adiabatic dacă temperatura pereților în timpul ciclului este asigurată în limitele de 700-1200 ° C. În același timp, materialul pereților trebuie să rămână operabil la o astfel de temperatură și, în plus, este necesară izolarea termică a pereților pentru a elimina îndepărtarea căldurii de pe aceștia.

Este posibil să se asigure o astfel de temperatură medie a pereților cilindrului numai în partea superioară a acestuia, care nu este în contact cu capul pistonului și inelele sale și, prin urmare, nu necesită lubrifiere. Cu toate acestea, în acest caz, este imposibil să ne asigurăm că gazele fierbinți nu se spală peste partea lubrifiată a pereților cilindrului atunci când pistonul se deplasează spre BDC. În același timp, se poate presupune că cilindrul și pistonul nu au nevoie de lubrifiere.

Alte dificultăți sunt asociate cu supapele. Supapa de admisie este parțial răcită de aerul de admisie. Această răcire se datorează creșterii temperaturii aerului și, în cele din urmă, duce la pierderea unei părți din puterea efectivă și eficiența motorului. Transferul de căldură la supapă în timpul arderii poate fi redus foarte mult prin izolarea termică a discului supapei.

Condițiile de temperatură ale supapei de evacuare sunt mult mai dificile. Gazele fierbinți care ies din cilindru au o viteză mare la tranziția discului supapei în tijă și încălzesc foarte mult supapa. Prin urmare, pentru a obține efectul adiabaticității, izolarea termică este necesară nu numai pentru discul supapei, ci și pentru tija sa, îndepărtarea căldurii din care se efectuează prin răcirea scaunului și ghidajului. În plus, întregul canal de evacuare din chiulasă trebuie izolat termic, astfel încât căldura gazelor de eșapament care ies din cilindru să nu fie transferată prin pereți în cap.

După cum sa menționat deja, în timpul cursei de compresie, aerul relativ rece este mai întâi încălzit din pereții cilindrului fierbinte. Mai mult, în timpul procesului de compresie, temperatura aerului crește, direcția fluxului de căldură se schimbă în opus, iar căldura din gazele încălzite este transferată pe pereții cilindrului. La sfârșitul compresiei adiabatice, se obține o valoare a temperaturii gazului mai mare comparativ cu compresia într-un motor convențional, dar aceasta necesită mai multă energie.

Se consumă mai puțină energie atunci când aerul comprimat se răcește, deoarece este nevoie de mai puțină muncă pentru a comprima mai puțin volum de aer datorită răcirii. Astfel, răcirea cilindrului în timpul comprimării îmbunătățește eficiența mecanică a motorului. Pe de altă parte, în timpul expansiunii, este oportun să izolați cilindrul sau să furnizați căldură încărcăturii la începutul acestei curse. Aceste două condiții se exclud reciproc și este imposibil să le implementăm simultan.

Răcirea cu aer comprimat poate fi realizată în motoarele cu combustie internă supraalimentate prin furnizarea de aer, după ce a fost comprimat într-un compresor, către un radiator intercooler.

Alimentarea cu căldură a aerului de la pereții cilindrilor la începutul expansiunii este posibilă într-o măsură limitată. Temperatura peretelui camerei de ardere a unui motor adiabatic

foarte mare, ceea ce face ca aerul care intră în cilindru să se încălzească. Raportul de umplere și, prin urmare, puterea unui astfel de motor, va fi mai mic decât cel al unui motor de răcire forțată. Acest dezavantaj poate fi eliminat cu ajutorul unei supraalimentări care utilizează energia gazelor de eșapament; o parte din această energie poate fi transferată direct la arborele cotit al motorului printr-o turbină de putere (motor turbo compus).

Pereții fierbinți ai camerei de ardere a unui motor adiabatic asigură aprinderea combustibilului, care predetermină utilizarea unui proces de lucru diesel într-un astfel de motor.

Cu o izolare termică perfectă a camerei de ardere și a cilindrului, temperatura peretelui ar crește până la atingerea temperaturii medii a ciclului la o adâncime de aproximativ 1,5 mm de la suprafață, adică ar fi 800-1200 ° C. Astfel de condiții de temperatură impun cerințe ridicate materialelor cilindrului și pieselor care formează camera de ardere, care trebuie să fie rezistente la căldură și să aibă proprietăți de izolare termică.

Cilindrul motorului, după cum sa menționat, trebuie lubrifiat. Uleiurile obișnuite pot fi utilizate până la o temperatură de 220 ° C, peste care există riscul de arsură și pierderea elasticității inelelor pistonului. Dacă chiulasa este fabricată dintr-un aliaj de aluminiu, atunci rezistența unui astfel de cap scade rapid deja când temperatura ajunge la 250-300 ° C. Temperatura admisibilă a încălzirii supapei de evacuare este de 900-1000 ° C. Aceste valori ale temperaturilor maxime admise trebuie ghidate la crearea unui motor adiabatic.

Cel mai mare succes în dezvoltarea motoarelor adiabatice a fost obținut de Cummins Company (SUA). Diagrama unui motor adiabatic dezvoltat de această companie este prezentată în Fig. 75 pentru un orificiu de evacuare cu cilindru, piston și chiulasă izolat termic. Temperatura gazelor de eșapament în conducta de evacuare izolată termic este de 816 ° C. Turbina conectată la conducta de evacuare este conectată la arborele cotit printr-o cutie de viteze în două trepte echipată cu un amortizor de vibrații torsional.

Prototipul motorului adiabatic se baza pe un motor diesel NH cu șase cilindri. O secțiune transversală schematică a acestui motor este prezentată în Fig. 76, iar parametrii săi sunt prezentați mai jos:

Numărul de cilindri ............................................... 6
Diametrul cilindrului, mm ...................................... 139,7
Cursa pistonului, mm .............................................. ... 152.4
Frecvența de rotație, min-1 .................................. 1900
Presiunea maximă în cilindru, MPa ..... 13
Tipul de lubrifiant ............................... Ulei
Presiunea efectivă medie, MPa ............... 1.3
Raportul masă aer / combustibil ............... 27: 1
Temperatura aerului de intrare, ° С ................ 60

Rezultate asteptate

Puterea, kW ............................................. 373
Frecvența de rotație, min-1 ............................. 1900
Emisiile de NOx + CHx ..................................... 6,7
Consum specific de combustibil, g / (kW h) .......... 170
Durata de viață, h ............................................ 250

Materialele vitroceramice cu rezistență ridicată la căldură sunt utilizate pe scară largă în proiectarea motorului. Cu toate acestea, până în prezent, nu a fost posibil să se asigure o calitate ridicată și o durată de viață lungă a pieselor realizate din aceste materiale.

O atenție deosebită a fost acordată creării pistonului compozit prezentat în fig. 77. Capul pistonului ceramic 1 conectat la baza sa 2 șurub special 3 cu șaibă 4 . Temperatura maximă în mijlocul capului ajunge la 930 ° C. Capul este izolat termic de bază de un pachet de distanțieri subțiri din oțel 6 cu o suprafață foarte inegală și rugoasă. Fiecare strat al ambalajului are o rezistență termică ridicată datorită suprafeței mici de contact. Expansiunea termică a șurubului este compensată prin intermediul arcurilor cu discuri 5.

DESCĂRCARE DE CĂLDURĂ ÎN AER ȘI REGLEMENTAREA SA

Îndepărtarea căldurii de către sistemul de răcire provoacă nu numai pierderea de energie termică care ar putea fi pusă în funcțiune, ci și pierderea directă a unei părți din puterea efectivă a motorului datorită acționării ventilatorului și a pompei de apă. Îndepărtarea căldurii de pe suprafața răcită S în mediul aerian depinde de diferența de temperatură dintre această suprafață și aer tși, de asemenea, asupra coeficientului de transfer de căldură al suprafeței de răcire în aer. Acest factor nu se schimbă prea mult, indiferent dacă suprafața de răcire este formată din aripile radiatorului sistemului de răcire lichid sau de aripile părților motorului răcite cu aer. În primul rând, luați în considerare motoarele cu sisteme de răcire cu lichid.

Cantitatea de aer de răcire este mai mică, cu atât se elimină mai multă căldură pe unitate de volum, adică cu cât aerul de răcire va fi încălzit mai mult. Acest lucru necesită o distribuție uniformă a aerului pe întreaga suprafață de răcire și o diferență maximă de temperatură între acesta și aer. În radiatorul sistemului de răcire cu lichid, se creează condiții în care suprafața răcită are un câmp de temperatură aproape uniform, iar temperatura aerului de răcire crește treptat pe măsură ce se deplasează prin radiator, atingând o valoare maximă la ieșirea din acesta. Diferența de temperatură dintre aer și suprafața răcită scade treptat. La prima vedere, se pare că este preferabil un radiator adânc, deoarece aerul se încălzește mai mult în el, dar această problemă ar trebui luată în considerare din punct de vedere energetic.

Coeficientul de transfer de căldură de la suprafață este o dependență complexă de o serie de factori, cu toate acestea, cea mai mare influență asupra valorii sale o exercită debitul de aer în apropierea suprafeței de răcire. Relația dintre ele poate fi reprezentată de un raport de ~ 0,6-0,7.

Cu o creștere a vitezei aerului cu 10%, eliminarea căldurii crește doar cu 7%. Debitul de aer este proporțional cu debitul său prin radiator. Dacă designul radiatorului nu se schimbă, atunci pentru a crește cantitatea de căldură eliminată cu 7%, viteza ventilatorului ar trebui să crească cu 10%, deoarece cantitatea de aer furnizată de ventilator depinde direct de aceasta. Presiunea aerului la o secțiune transversală constantă a ventilatorului depinde de al doilea grad al vitezei sale de rotație, iar puterea de acționare a ventilatorului este proporțională cu gradul al treilea. Astfel, atunci când viteza ventilatorului crește cu 10%, puterea de acționare crește cu 33%, ceea ce are consecințe negative, manifestate prin deteriorarea eficienței mecanice a motorului.

Dependența cantității de aer de răcire de cantitatea de căldură eliminată, precum și de creșterea presiunii aerului și a puterii de acționare a ventilatorului este prezentată în Fig. 78. Din punctul de vedere al reducerii costurilor cu energia, această nomogramă este foarte utilă. Dacă suprafața frontală a radiatorului este mărită cu 7%, atunci aria de curgere și suprafața de răcire a radiatorului cresc proporțional și, prin urmare, cantitatea de aer de răcire este suficientă pentru a crește cu același 7% pentru a elimina cu 7% mai multă căldură, adică, ca în exemplul descris mai sus. În acest caz, puterea ventilatorului crește doar cu 22,5% în loc de 33%. Dacă aerul curge prin ventilator V z crește cu 20% (punct și săgeți 1 în fig. 78), apoi cantitatea de eliminare și căldură Q, proporțională cu V z0,3 , va crește cu 11,5%. O modificare a debitului de aer prin creșterea vitezei ventilatorului cu același 20% conduce la o creștere a presiunii debitului de aer cu 44%, iar puterea de acționare a ventilatorului cu 72,8%. Pentru a crește disiparea căldurii cu 20% în același mod, creșteți consumul de aer cu 35,5% (săgeți punctate și punctate) 2 în fig. 78), ceea ce implică o creștere a presiunii aerului cu 84%, iar puterea de acționare a ventilatorului - de aproape 2,5 ori (cu 149%). Prin urmare, este mai profitabil să măriți suprafața frontală a radiatorului decât să măriți viteza de rotație a acestuia din urmă cu același radiator și ventilator.

Dacă radiatorul este împărțit în două părți egale de-a lungul adâncimii sale, atunci diferența de temperatură din față t1 va fi mai mult decât în \u200b\u200bspate t2 și, prin urmare, partea din față a radiatorului va fi mai răcită de aer. Două calorifere, obținute prin împărțirea unuia în două părți, vor avea o rezistență mai mică la fluxul de aer de răcire în adâncime. Prin urmare, un radiator prea adânc este dezavantajos pentru utilizare.

Radiatorul trebuie să fie dintr-un material cu o bună conductivitate termică și rezistența sa la fluxurile de aer și lichid trebuie să fie mică. Masa radiatorului și volumul lichidului din acesta ar trebui, de asemenea, să fie mici, deoarece acest lucru este important pentru încălzirea rapidă a motorului și pornirea sistemului de încălzire din mașină. Autoturismele moderne cu capătul frontal scăzut necesită calorifere scăzute.

Pentru a reduce la minimum costurile cu energia, este important să se obțină o eficiență ridicată a ventilatorului, pentru care se folosește o conductă de aer de ghidare, care are un mic spațiu de-a lungul diametrului exterior al rotorului ventilatorului. Rotorul ventilatorului este adesea fabricat din plastic, ceea ce garantează forma exactă a profilului lamei, suprafața lor netedă și zgomot redus. La viteze de rotație ridicate, astfel de lame se deformează, reducând astfel fluxul de aer, ceea ce este foarte util.

O temperatură ridicată a radiatorului crește eficiența acestuia. De aceea, în prezent, se utilizează radiatoare etanșe, suprapresiunea în care crește punctul de fierbere al lichidului de răcire și, în consecință, temperatura întregii matrice a radiatorului, care poate fi mai mică și mai ușoară.

Pentru un motor răcit cu aer, se aplică aceleași legi ca și pentru un motor răcit cu lichid. Diferența este că aripioarele pieselor motorului răcite cu aer au o temperatură mai mare decât matricea radiatorului, deci este nevoie de mai puțin aer de răcire pentru a elimina aceeași cantitate de căldură în timpul răcirii cu aer. Acest avantaj are o mare importanță atunci când operează vehicule în climă caldă. Masa 10 prezintă modurile de funcționare ale motoarelor răcite cu lichid și aer atunci când temperatura ambiantă se schimbă de la 0 la 50 ° C. Pentru un motor răcit cu lichid, gradul de răcire scade cu 45,5%, în timp ce pentru un motor răcit cu aer în aceleași condiții, acesta scade doar cu 27,8%. Pentru un motor răcit cu lichid, aceasta înseamnă un sistem de răcire mai voluminos și mai consumator de energie. Pentru un motor răcit cu aer, este suficientă o ușoară modificare a ventilatorului.

Tabelul 10. Eficiența răcirii motorului de către sistemele de răcire cu lichid și aer în funcție de temperatura externă

Controlul răcirii oferă economii mari de energie. Răcirea poate fi reglată pentru a fi satisfăcătoare la sarcina maximă a motorului și la temperatura ambiantă maximă. Cu toate acestea, la temperaturi ambientale mai scăzute și la sarcină parțială a motorului, această răcire este în mod natural excesivă și răcirea trebuie reglată pentru a reduce uzura și randamentul mecanic al motorului. La motoarele răcite cu lichid, acest lucru se face de obicei prin limitarea fluxului de fluid prin radiator. În acest caz, consumul de energie al ventilatorului nu se modifică și, din punct de vedere energetic, o astfel de reglementare nu aduce niciun beneficiu. De exemplu, pentru a răci un motor de 50 kW la o temperatură de 30 ° C, se consumă 2,5 kW, iar la o temperatură de 0 ° C și o sarcină a motorului de 50% din cel complet, ar fi necesară doar 0,23 kW. Cu condiția ca cantitatea necesară de aer de răcire să fie proporțională cu diferența de temperatură dintre suprafața radiatorului și aerul, la 50% sarcină a motorului, jumătate din debitul de aer controlat de turația ventilatorului este, de asemenea, suficient pentru a-l răci. Economiile de energie și, în consecință, consumul de combustibil cu o astfel de reglementare pot fi destul de semnificative.

Prin urmare, o atenție specială este acordată în prezent reglării răcirii. Cea mai convenabilă reglementare este schimbarea vitezei ventilatorului, dar pentru implementarea acestuia este necesar să aveți o unitate variabilă.

Dezactivarea unității ventilatorului are același scop ca schimbarea vitezei. Pentru aceasta, este convenabil să utilizați un ambreiaj electromagnetic, care este activat de un termostat în funcție de temperatura fluidului (sau a chiulasei). Dacă ambreiajul este pornit de un termostat, atunci reglarea se efectuează nu numai în funcție de temperatura ambiantă, ci și de sarcina motorului, care este foarte eficientă.

Ventilatorul este oprit folosind un ambreiaj vâscos în mai multe moduri. De exemplu, luați în considerare o cuplare vâscoasă de la Holset (SUA).

Cea mai simplă metodă utilizează limitarea cuplului transmis. Deoarece cuplul necesar pentru rotirea ventilatorului crește odată cu creșterea vitezei, alunecarea ambreiajului vâscos crește și la o anumită valoare a consumului de energie al ventilatorului viteza acestuia nu mai crește (Fig. 79). Viteza ventilatorului cu o transmisie neregulată a centurii trapezoidale de la arborele cotit al motorului crește proporțional cu turația motorului (curba B), în timp ce în cazul unei acționări a ventilatorului printr-un ambreiaj vâscos, frecvența acestuia crește doar la hv \u003d 2500 min-1 (curba de rotație ȘIunitate neregulată, crește proporțional cu a treia ). Puterea consumată de ventilator la nivelul de turație și la modul de putere maximă este de 8,8 kW. Pentru un ventilator condus printr-un ambreiaj vâscos, rotația crește, după cum sa menționat, la 2500 min-1, iar frecvența necesară în modul de putere al ventilatorului este de 2 kW. Deoarece 1 kW suplimentar este disipat în căldură în ambreiajul vâscos la o alunecare de 50%, economiile totale de energie pe acționarea ventilatorului sunt consumul redus de combustibil. O astfel de reglare de răcire de 5,8 kW, cu toate acestea, chiar și aceasta poate fi considerată satisfăcătoare, consumul de aer nu crește în proporție directă cu frecvența, deoarece rotația motorului și viteza de mișcare continuă să crească viteza capului, în plus, cu o creștere a aerului, care ajută la răcirea motorului.

Un alt tip de cuplare vâscoasă a companiei „Holset” asigură reglarea regimului termic al motorului în plus față de temperatura ambiantă (Fig. 80). Acest ambreiaj diferă de cel considerat anterior prin faptul că volumul de fluid din el, cuplul de transmisie, depinde de temperatura externă. Carcasa ambreiajului este împărțită de o partiție 5 (a se vedea Fig. 81) în camera discului de acționare 1 și o cameră de volum de rezervă 2, conectată printr-o supapă 3. Supapa este controlată de un termostat bimetal 4 în funcție de temperatura aerului. Scoopul 6, apăsat pe disc de un arc, servește la descărcarea lichidului de pe disc și accelerarea revărsării acestuia din camera discului în volum 2. O parte din lichid se află în mod constant în camera discului unității și este capabilă să transmită un cuplu mic ventilatorului. La o temperatură a aerului de 40 ° C, de exemplu, viteza maximă a ventilatorului este de 1300 min-1, iar consumul de energie nu depășește 0,7 kW. Când motorul se încălzește, termostatul bimetalic deschide supapa și o parte din lichid intră în camera discului de acționare. Pe măsură ce zona de curgere a supapei crește, cantitatea de lichid care intră în camera discului crește și atunci când supapa este complet deschisă, nivelul său în ambele jumătăți este același. Modificarea cuplului transmis și a vitezei ventilatorului este prezentată de curbele A2 (vezi Fig. 80).

În acest caz, viteza maximă a veptilatorului este de 3200 min-1, iar consumul de energie este crescut la 3,8 kW. Deschiderea maximă a supapei corespunde unei temperaturi ambientale de 65 ° C. Regulamentul de răcire a motorului descris poate reduce consumul de combustibil la autoturisme cu 1 l / 100 km.

Motoarele puternice au sisteme de control al răcirii și mai avansate. La motoarele diesel Tatra, ventilatorul este acționat printr-un cuplaj de fluid, volumul de ulei în care este controlat de un termostat în funcție de temperaturile gazelor de eșapament și de aerul ambiant. Citirile senzorului de temperatură din țeava de eșapament depind în principal de sarcina motorului și, într-o măsură mai mică, de turația acestuia. Întârzierea acestui senzor este foarte mică, deci reglarea răcirii cu acesta este mai perfectă.

Controlul răcirii prin turația ventilatorului este relativ ușor în orice tip de motor cu ardere internă; acest lucru reduce zgomotul general generat de vehicul.

Când motorul este situat în fața vehiculului, acționarea mecanică a ventilatorului provoacă unele dificultăți și, prin urmare, acționarea electrică a ventilatorului este mai des utilizată. În acest caz, reglarea răcirii este mult simplificată. Ventilatorul cu acționare electrică nu ar trebui să aibă un consum mare de energie, prin urmare, tind să folosească efectul răcirii prin presiunea aerului de mare viteză atunci când mașina se deplasează, deoarece odată cu creșterea sarcinii motorului, viteza unei mașini și, prin urmare, crește presiunea de turație a aerului care curge în jurul acesteia. Transmisia electrică a ventilatorului funcționează doar pentru o perioadă scurtă de timp atunci când depășește urcările lungi sau la temperaturi ambiante ridicate. Debitul de aer de răcire prin ventilator este reglat prin pornirea motorului electric cu ajutorul unui termostat,

Dacă radiatorul este situat departe de motor, cum ar fi într-un autobuz din spate, ventilatorul este de obicei acționat hidrostatic. O pompă hidraulică acționată de motorul autobuzului furnizează ulei sub presiune de către un motor cu piston hidraulic cu placă rotativă. O astfel de unitate este mai complicată, iar utilizarea sa este recomandabilă la motoarele de mare putere.

ȘIUTILIZAREA CĂLDURII REALIZATE CU GAZE DE EZAPAMENT

Gazele de eșapament ale motorului conțin o cantitate semnificativă de energie termică. Poate fi folosit, de exemplu, pentru încălzirea unei mașini. Încălzirea aerului prin gaze de eșapament în schimbătorul de căldură gaz-aer al sistemului de încălzire este periculoasă din cauza posibilității de ardere sau scurgeri a conductelor sale. Prin urmare, uleiul sau alt lichid antigel încălzit de gazele de eșapament este utilizat pentru a transfera căldura.

Este și mai oportun să utilizați gazele de eșapament pentru a acționa ventilatorul de răcire. La sarcini mari ale motorului, gazele de eșapament sunt la cea mai ridicată temperatură, iar motorul are nevoie de răcire intensivă. Prin urmare, utilizarea unei turbine cu gaz de eșapament pentru a acționa un ventilator al sistemului de răcire este extrem de recomandabilă și în prezent începe să găsească o aplicație. O astfel de unitate poate regla automat răcirea, deși aceasta este destul de costisitoare.

Răcirea prin ejectie poate fi considerată mai acceptabilă din punct de vedere al costului. Gazele de eșapament sunt aspirate din aerul de răcire al ejectorului, care este amestecat cu acestea și deversat în atmosferă. Un astfel de dispozitiv este ieftin și fiabil, deoarece nu are piese în mișcare. Un exemplu de sistem de răcire cu ejecție este prezentat în Fig. 82.

Răcirea prin ejectie a fost utilizată cu succes în mașinile de curse Tatra și în unele vehicule specializate. Dezavantajul sistemului este nivelul ridicat de zgomot, deoarece gazele de eșapament trebuie furnizate direct către ejector, iar amplasarea amortizorului de zgomot în spatele acestuia provoacă dificultăți.

Principala modalitate de utilizare a energiei gazelor de eșapament este expansiunea lor într-o turbină, care este cel mai adesea utilizată pentru a acționa un compresor centrifugal pentru creșterea motorului. Poate fi folosit și în alte scopuri, de exemplu, pentru acționarea ventilatorului menționată; la motoarele turbo-compuse, este conectat direct la arborele cotit al motorului.

La motoarele care utilizează hidrogen ca combustibil, căldura din gazele de eșapament, precum și căldura respinsă în sistemul de răcire, pot fi utilizate pentru a încălzi hidrurile, extragând astfel hidrogenul conținut în acestea. Cu această metodă, această căldură se acumulează în hidruri și, odată cu umplerea nouă a rezervoarelor de hidrură cu hidrogen, poate fi utilizată în diferite scopuri pentru încălzirea apei, încălzirea clădirilor etc.

Energia gazelor de eșapament este parțial utilizată pentru a îmbunătăți creșterea motorului, utilizând fluctuațiile rezultate ale presiunii lor în conducta de eșapament. Utilizarea fluctuațiilor de presiune constă în faptul că, după deschiderea supapei, apare o undă de șoc de presiune în conductă, care trece cu viteza sunetului la capătul deschis al conductei, reflectată din aceasta și revenind la supapă sub forma unei unde de rarefacție. În timpul stării deschise a supapei, unda poate trece prin conductă de mai multe ori. În acest caz, este important ca până la faza de închidere a supapei de evacuare să vină o undă de vid care ajută la curățarea cilindrului de gazele de eșapament și la purjarea acestuia cu aer proaspăt. Fiecare ramură a conductei creează obstacole în calea undelor de presiune, prin urmare, condițiile cele mai favorabile pentru utilizarea fluctuațiilor de presiune sunt create în cazul conductelor individuale din fiecare cilindru, având lungimi egale de la chiulasă până la integrarea într-o conductă comună.

Viteza sunetului nu depinde de turația motorului; prin urmare, condițiile de funcționare favorabile și nefavorabile în ceea ce privește umplerea și curățarea cilindrilor alternează în întreaga sa gamă. Pe curbele puterii motorului Ne și presiunea sa efectivă medie pe, aceasta se manifestă sub forma unor „cocoașe”, care se vede clar în Fig. 83, care arată viteza externă caracteristică unui motor de curse Porsche. Fluctuațiile de presiune sunt utilizate și în galeria de admisie: sosirea unei unde de presiune la supapa de admisie, în special în faza de închidere a acesteia, contribuie la purjarea și curățarea camerei de ardere.

Dacă mai mulți cilindri ai motorului sunt conectați la o conductă de evacuare comună, atunci numărul lor nu trebuie să fie mai mare de trei, iar alternanța de lucru trebuie să fie uniformă, astfel încât evacuarea gazelor de eșapament dintr-un cilindru să nu se blocheze și să nu afecteze procesul de evacuare de la altul. Într-un motor cu patru cilindri în linie, cei doi cilindri exteriori sunt de obicei combinați într-o ramură comună, iar cei doi cilindri din mijloc într-o alta. Într-un motor cu șase cilindri în linie, aceste ramuri sunt formate din trei cilindri din față și, respectiv, trei din spate. Fiecare dintre ramuri are o intrare independentă în toba de eșapament, sau la o anumită distanță de aceasta ramurile sunt combinate și este organizată intrarea lor comună în toba de eșapament.

MOTOR TURBOCHARGING

Turboalimentarea folosește energia din gazele de eșapament dintr-o turbină care acționează un compresor centrifugal pentru a furniza aer motorului. Masa mare de aer care intră în motor sub presiunea compresorului contribuie la creșterea puterii specifice a motorului și la reducerea consumului său specific de combustibil. Compresia aerului în două etape și expansiunea gazelor de eșapament, efectuate într-un motor turbocompresor, asigură un randament ridicat al indicatorului motorului.

Dacă un compresor cu acționare mecanică de la motor este utilizat pentru încărcare, atunci datorită alimentării cu mai mult aer, crește doar puterea motorului. Dacă cursa de expansiune este menținută numai în cilindrii motorului, gazele de eșapament o lasă sub presiune ridicată și, dacă nu vor fi utilizate în viitor, acest lucru determină o creștere a consumului specific de combustibil.

Gradul de impuls depinde de scopul motorului. La presiuni de creștere mai mari, aerul din compresor devine foarte fierbinte și trebuie răcit la intrarea motorului. În prezent, supraalimentarea este utilizată în principal la motoarele diesel, a căror creștere a puterii cu 25-30% nu necesită un impuls mare în funcție de presiunea de alimentare, iar răcirea motorului nu provoacă dificultăți. Această metodă de creștere a puterii diesel este utilizată cel mai des.

O creștere a cantității de aer care intră în motor face posibilă funcționarea pe amestecuri slabe, ceea ce reduce puterea de CO și CHx. Deoarece puterea motoarelor diesel este reglementată de alimentarea cu combustibil și aerul furnizat nu este restricționat, amestecurile foarte slabe sunt utilizate la sarcini parțiale, ceea ce ajută la reducerea consumului specific de combustibil. Aprinderea slabă la motoarele diesel supraalimentate nu este dificilă, deoarece apare la temperaturi ridicate ale aerului. Purjarea camerei de ardere cu aerul furnizat în motoarele diesel este permisă, deoarece, spre deosebire de un motor pe benzină, acestea nu transportă combustibil în conducta de evacuare.

La un motor diesel supraalimentat, raportul de compresie este de obicei ușor redus pentru a limita presiunea maximă din cilindru. Presiunile de aer și temperaturile mai ridicate la sfârșitul cursei de compresie reduc întârzierea aprinderii și rigiditatea motorului devine mai mică.

Dieselele supraalimentate au anumite probleme atunci când este necesar să se mărească rapid puterea motorului. Când apăsați pedala de comandă, creșterea alimentării cu aer datorită inerției turbocompresorului rămâne în urma creșterii alimentării cu combustibil, prin urmare, la început, motorul funcționează pe un amestec bogat cu fum crescut și numai după o anumită perioadă de timp, compoziția amestecului atinge valoarea necesară. Durata acestei perioade depinde de momentul de inerție al rotorului turbocompresorului. O încercare de a reduce inerția rotorului la un nivel minim prin reducerea diametrului turbinei și al rotorului compresorului implică necesitatea de a mări viteza turbinei la 100.000 min. Astfel de turbocompresoare sunt mici și ușoare, un exemplu al unuia dintre ele este prezentat în Fig. 84. Pentru a obține turații mari ale unui turbocompresor, se folosesc turbine centripete. Transferul de căldură de la carcasa turbinei la carcasa compresorului trebuie redus la minimum, prin urmare ambele carcase sunt bine izolate una de cealaltă. În funcție de numărul de cilindri și de schema de conectare a conductelor lor de eșapament, turbinele au una sau două intrări pentru gazele de eșapament. Motorul diesel supraalimentat, datorită utilizării energiei gazelor de eșapament, face posibilă obținerea unui consum specific foarte scăzut de combustibil. Amintiți-vă că balanțele termice ale motoarelor cu ardere internă sunt date în tabel. 1 și 2.

Pentru autoturisme, dezavantajul unui motor diesel este masa sa mare. Prin urmare, noile motoare diesel create pentru autoturisme se bazează în principal pe motoare pe benzină de mare viteză, deoarece utilizarea turațiilor ridicate permite reducerea masei diesel la o valoare acceptabilă.

Consumul de combustibil al unui motor diesel, în special atunci când conduceți în oraș cu sarcini parțiale, este semnificativ mai mic. Dezvoltarea ulterioară a acestor motoare diesel este asociată cu turboalimentarea, în care conținutul de componente dăunătoare care conțin carbon în gazele de eșapament este redus, iar funcționarea acestuia devine mai ușoară. Creșterea NOx datorită temperaturilor mai mari de ardere poate fi redusă prin recircularea gazelor de eșapament. Costul unui motor diesel este mai mare decât cel al unui motor pe benzină, cu toate acestea, dacă există o lipsă de ulei, utilizarea acestuia este mai profitabilă, deoarece poate fi fabricată din ulei! Se prinde mai mult motorină decât benzina cu octanie mare

Turboalimentarea motoarelor pe benzină are unele particularități Temperatura materiilor prime de evacuare a motoarelor pe benzină este mai mare, acest lucru impune cerințe mai mari asupra materialului palelor turbinei, dar nu este un factor care limitează utilizarea supraalimentării. Aprinderea amestecurilor foarte slabe de benzină cu aer are loc cu focul, pos! Este necesară reglarea hotei de curgere a aerului, care este deosebit de importantă la frecvențe mari de îmbinare când compresorul furnizează o cantitate mare de aer. Spre deosebire de un motor diesel, unde puterea este controlată prin reducerea alimentării cu combustibil, o metodă similară nu se aplică la un motor pe benzină, deoarece compoziția amestecului ar fi atât de slabă în aceste moduri încât aprinderea nu ar fi garantată. Prin urmare, alimentarea cu aer la viteza maximă de rotație a turbocompresorului trebuie limitată. Există mai multe modalități de a face acest lucru. Cea mai utilizată ocolire a gazelor de eșapament printr-un canal special pe lângă turbină, reducând astfel viteza de rotație a turbocompresorului și cantitatea de aer furnizat acestuia. Schema unei astfel de reglementări este prezentată în Fig. 85.

Gazele de eșapament de la motor merg la țeava de eșapament 10, și apoi prin turbină 11 în toba de eșapament 12. La sarcină maximă și turație mare a motorului, presiunea din orificiul de admisie 7, transmisă prin orificiul 15, deschide supapa de by-pass 13, prin care gazele de eșapament prin conductă 14 mergi direct la toba de eșapament, ocolind turbina. Curge mai puține gaze de eșapament în turbină și aerul este furnizat de compresor 4 în admisie 6 scade de 6-8 ori. (Proiectul supapei EGR este prezentat în figura 86.)

Metoda luată în considerare pentru reglarea alimentării cu aer are dezavantajul că scăderea puterii motorului la eliberarea pedalei de comandă a motorului nu are loc instantaneu și durează, în plus, mai mult decât scade viteza turbinei. Când pedala este apăsată din nou, puterea necesară este atinsă cu o întârziere, viteza turbocompresorului crește încet chiar și după ce bypass-ul este închis. O astfel de întârziere nu este de dorit în timpul traficului intens, când este necesar să frânați rapid și apoi să accelerați rapid mașina. Prin urmare, se utilizează o metodă de control diferită, și anume, acestea utilizează suplimentar bypassul de aer prin canalul de bypass al compresorului 4.

Aerul pătrunde în motor prin filtrul de aer 1, regulatorul compoziției amestecului 2 firma "Bosch" (Germania) tip "K-Jetronic", care controlează injectoarele de combustibil 9 (vezi Cap. 13), apoi în conducta de admisie 5, apoi în compresor 4 pompat în canale și conducte de admisie 6 -cinci. Când eliberați rapid pedala de comandă, compresorul se rotește în continuare și reduce presiunea din canal 6 supapă de ocolire 5 vid în galeria de admisie 8 se deschide și aerul presurizat din canal 6 prin aceeași supapă 5 este ocolită din nou în conductă 3 în fața compresorului. Egalizarea presiunii este foarte rapidă, iar viteza turbocompresorului nu scade brusc. Data viitoare când apăsați pedala, supapa de bypass 5 se închide rapid și compresorul furnizează aer presurizat motorului cu o ușoară întârziere. Această metodă permite motorului să atingă puterea maximă într-o fracțiune de secundă după apăsarea pedalei de comandă.

Un bun exemplu de motor supraalimentat pe benzină este Porsche 911 (FRG). Inițial, era un motor cu șase cilindri, aspirat natural, răcit cu aer, cu o cilindree de 2000 cm3, care avea o putere de 96 kW. În versiunea supraalimentată, volumul său de lucru a fost mărit la 3000 cm3, iar puterea a fost mărită la 220 kW, îndeplinind în același timp cerințele privind nivelul de zgomot și prezența substanțelor nocive în gazele de eșapament. În același timp, dimensiunile motorului nu au crescut. În timpul dezvoltării motorului 911, a fost utilizată marea experiență dobândită în timpul creării motorului de curse cu 12 cilindri model 917, care deja în 1978 a dezvoltat o putere de 810 kW la o viteză de 7800 min-1 și o presiune de creștere de 140 kPa. Motorul era echipat cu două turbocompresoare, cuplul maxim era de 1100 Nm, iar greutatea sa era de 285 kg. La modul de putere nominală a motorului, alimentarea cu aer a compresoarelor de țevi la o turație de rotație de 90.000 min-1 a fost de 0,55 kg / s la o temperatură a aerului de 150-160 ° C. La puterea maximă a motorului, temperatura gazelor de eșapament a ajuns la 1000-1100 ° C. Accelerarea mașinii de curse de la staționare la 100 km / h cu acest motor a durat 2,3 secunde. La crearea acestui motor de curse, a fost dezvoltat un sistem perfect de control al supraalimentării, care a permis obținerea unor bune calități dinamice ale mașinii. Aceeași schemă de control a fost aplicată motorului Porsche 911.

La accelerație maximă, presiunea maximă de alimentare în supapa de by-pass a motorului Porsche 911 13 (vezi fig. 85) este limitat la 80 kPa. Această presiune este atinsă deja la o turație de 3000 rpm, în intervalul de turație al motorului de 3000-5500 rpm, presiunea de alimentare este constantă și temperatura aerului din spatele compresorului este de 125 ° C. La puterea maximă a motorului, debitul de purjare atinge 22% din debitul gazelor de eșapament. Supapa de siguranță instalată în orificiul de admisie este reglată la o presiune de 110-140 kPa și, în cazul unei defecțiuni a supapei de trecere a gazelor de eșapament, întrerupe alimentarea cu combustibil, limitând astfel creșterea necontrolată a puterii motorului. La puterea maximă a motorului, alimentarea cu aer a compresorului este de 0,24 kg / s. Raportul de compresie, care este e \u003d 8,5 într-un motor aspirat natural, a fost redus la 6,5 \u200b\u200bodată cu introducerea supraalimentării. În plus, au fost utilizate supape de evacuare răcite cu sodiu, sincronizarea supapelor a fost schimbată și sistemul de răcire îmbunătățit. La puterea maximă a motorului, turația de rotație a turbocompresorului este de 90.000 rpm, în timp ce puterea turbinei atinge 26 kW. Mașinile destinate exportului în SUA trebuie să îndeplinească cerințele privind conținutul de substanțe nocive din gazele de eșapament și, prin urmare, mașinile Porsche 911 furnizate SUA sunt echipate suplimentar cu două reactoare termice, un sistem de alimentare cu aer secundar și gaze de eșapament pentru arderea lor, precum și sistem de recirculare a gazelor de eșapament. Puterea motorului Porsche 911 este redusă la 195 kW.

De exemplu, în alte sisteme de control cu \u200b\u200bsupraalimentare ARScompania suedeză SAAB, electronicele sunt utilizate pentru reglarea presiunii de creștere. Presiunea de creștere este limitată de o supapă care reglează fluxul de gaze de eșapament prin poarta uzată pe lângă turbină. Supapa se deschide atunci când apare un vid în galeria de admisie, a cărei valoare este reglată prin limitarea fluxului de aer între galeria de admisie și intrarea compresorului.

Supapa de accelerație care reglează vidul în supapa de by-pass este controlată electric de un dispozitiv electronic în funcție de semnalele de la senzorii de presiune de impuls, lovitură și viteză. Senzorul de lovire este un element piezoelectric sensibil instalat în blocul de cilindri și detectează apariția loviturilor de lovire. Semnalul de la acest senzor limitează vidul din camera de control a supapei de by-pass.

Un astfel de sistem de control al supraalimentării permite asigurarea unor bune calități dinamice ale mașinii, care sunt necesare, de exemplu, pentru depășirea rapidă în condiții de trafic intens. Acest lucru se poate face rapid prin comutarea motorului la presiunea maximă de încărcare, deoarece lovirea într-un motor relativ rece, cu sarcină parțială, nu are loc instantaneu. După câteva secunde, când temperaturile cresc și lovirea începe să apară, dispozitivul de control va reduce presiunea de creștere la semnalul de la senzorul de lovire.

Avantajul acestei reglementări este că permite utilizarea combustibililor cu diferite cifre octanice în motor fără modificări. Atunci când se utilizează combustibil cu o clasificare octanică de 91, un motor SAAB cu un astfel de sistem de control poate funcționa mult timp cu o presiune de impuls de până la 70 kPa. Raportul de compresie al acestui motor, în care se utilizează echipamentul de injecție pe benzină Bosch K-Jetronic, este e \u003d 8,5. Progresele realizate în reducerea consumului de combustibil al autoturismelor prin utilizarea turbocompresorului au contribuit la utilizarea acestuia în construcția de motociclete. Aici ar trebui să menționăm firma japoneză "Honda", care a fost prima care a utilizat turbocompresorul într-un motor cu doi cilindri răcit cu lichid al modelului "SH500 ”pentru a-și crește puterea și a reduce consumul de combustibil. Utilizarea turbocompresoarelor la motoarele cu o cilindree mică are o serie de dificultăți asociate cu necesitatea de a obține aceleași presiuni de impuls ca la motoarele de mare putere, dar la un consum redus de aer. Presiunea de impuls depinde în principal de viteza circumferențială a roții compresorului, iar diametrul acestei roți este determinat de alimentarea cu aer necesară. Prin urmare, este necesar ca turbocompresorul să aibă o viteză de rotație foarte mare, cu diametre mici ale rotorului. Diametrul roții compresorului la motorul Honda de 500 cm3 menționat anterior este de 48,3 mm și la o presiune de impuls de 0,13 MPa rotorul turbocompresorului se rotește la o frecvență de 180.000 min-1. Viteza maximă admisibilă a acestui turbocompresor este de 240.000 min-1.

Când presiunea de creștere crește peste 0,13 MPa, supapa de bypass a gazelor de eșapament (Fig. 87) este deschisă, controlată de presiunea de boost în cameră, iar o parte din gazele de eșapament, ocolind turbina, este trimisă la conducta de eșapament, ceea ce limitează o creștere suplimentară a vitezei compresorului. Supapa de bypass se deschide la o turație a motorului de aproximativ 6500 min-1 și, odată cu creșterea sa suplimentară, presiunea de boost nu mai crește.

Cantitatea de combustibil injectată de injector necesară pentru a obține compoziția de amestec necesară este determinată de un dispozitiv de calcul situat deasupra roții din spate a motocicletei, care prelucrează, de asemenea, informații de la senzorii de temperatură a aerului și lichidului de răcire, a senzorului de poziție a clapetei de accelerație, a senzorilor de presiune a aerului și a senzorului de turație a motorului

Principalul avantaj al unui motor supraalimentat este reducerea consumului de combustibil în timp ce crește puterea motorului. Motocicleta "Honda SH500 "aspirat natural consumă 4,8 l / 100 km, în timp ce același CX 500 7X supraalimentat folosește doar 4,28 l / 100 km. Greutatea unei motociclete Honda SH500 g ”este de 248 kg, adică cu peste 50 kg mai mult decât masa motocicletelor dintr-o clasă similară cu o cilindree a motorului de 500-550 cm3 (de exemplu, motocicleta„ Kawasaki KZ550 ”are o masă de 190 kg). În același timp, însă, calitățile dinamice și viteza maximă a motocicletei „Honda CX 500 7” sunt aceleași cu cele ale motocicletelor cu cilindree dublată. În același timp, sistemul de frânare a fost îmbunătățit în legătură cu creșterea calităților de viteză ale acestei motociclete. Motorul Honda CX 500 G este proiectat pentru viteze și mai mari, iar viteza maximă de rotație este de 9000 min-1.

O scădere a consumului mediu de combustibil se realizează și prin faptul că atunci când motocicleta se deplasează la o viteză medie de funcționare, presiunea din galeria de admisie este egală cu atmosferica sau chiar ușor mai mică decât aceasta, adică utilizarea boost-ului este foarte nesemnificativă. Numai atunci când supapa de accelerație este complet deschisă și, în consecință, cantitatea și temperatura gazelor de eșapament cresc, viteza turbinei și presiunea de creștere cresc, astfel puterea motorului crește. Unele întârzieri în creșterea puterii motorului cu o deschidere ascuțită a supapei de accelerație apar și sunt asociate cu timpul necesar pentru a accelera turbocompresorul.

Schema generală a centralei electrice a motocicletei "Honda CX 500 T "turboalimentat este prezentat în fig. 87. Fluctuațiile mari ale presiunii aerului în galeria de admisie a unui motor cu doi cilindri cu o ordine neuniformă de funcționare a cilindrilor sunt amortizate de o cameră și de un receptor de amortizare. La pornirea motorului, supapele împiedică refluirea aerului cauzată de o suprapunere mare a temporizării supapei. Sistemul de răcire cu lichid elimină alimentarea cu aer fierbinte a picioarelor șoferului, care are loc la răcirea cu aer. Radiatorul sistemului de răcire este suflat de un ventilator acționat electric. Conducta scurtă de eșapament către turbină reduce pierderile de energie din gazele de eșapament și ajută la reducerea consumului de combustibil. Viteza maximă a motocicletei este de 177 km / h.

TIP DE SUFLAȚIE "COMPREX"

O metodă foarte interesantă de presurizare a „Comprex”, dezvoltată de firma „Brown & Boveri”, Elveția, este utilizarea presiunii gazelor de eșapament care acționează direct asupra fluxului de aer în motor. Performanța rezultată a motorului este aceeași ca și în cazul utilizării unui turbocompresor, dar turbina și compresorul centrifugal, pentru fabricarea și echilibrarea cărora necesită materiale speciale și echipamente de înaltă precizie, sunt absente.

Schema sistemului de presurizare de tip „Comprex” este prezentată în Fig. 88. Piesa principală este un rotor cu palete care se rotește într-o carcasă cu o viteză de rotație de trei ori mai mare decât viteza de rotație a arborelui cotit al motorului. Rotorul este instalat în carcasă pe rulmenții rulanți și este acționat de o curea trapezoidală sau o curea dințată. Unitatea de compresie de tip „Comprex” nu consumă mai mult de 2% din puterea motorului. Unitatea „Comprex” nu este un compresor în sensul complet al cuvântului, deoarece rotorul său are numai canale paralele cu axa de rotație. În aceste canale, aerul care intră în motor este comprimat de presiunea gazelor de eșapament. Jocurile de capăt ale rotorului garantează distribuția gazelor de eșapament și a aerului prin canalele rotorului. Plăcile radiale sunt amplasate pe conturul exterior al rotorului, care au mici goluri cu suprafața interioară a carcasei, datorită cărora se formează canale care sunt închise de ambele părți prin capace de capăt.

În capacul din dreapta sunt geamuri și pentru alimentarea gazelor de eșapament de la motor la carcasa unității și r -pentru evacuarea gazelor de eșapament din carcasă în conducta de eșapament și apoi în atmosferă Există ferestre în capacul stâng bpentru alimentarea cu aer comprimat a motorului și a geamurilor dpentru alimentarea cu aer proaspăt a carcasei din colectorul de admisie e.Mișcarea canalelor în timpul rotației rotorului determină conectarea lor alternativă la conductele de evacuare și de admisie ale motorului.

La deschiderea unei ferestre șiapare o undă de șoc de presiune, care se deplasează cu viteza sunetului către celălalt capăt al conductei de evacuare și direcționează simultan gazele de eșapament în canalul rotorului fără a le amesteca cu aerul. Când această undă de presiune ajunge la celălalt capăt al conductei de evacuare, fereastra b se va deschide și aerul comprimat de gazele de eșapament din canalul rotorului va fi împins din ea în conductă înla motor. Cu toate acestea, chiar înainte ca gazele de eșapament din acest canal al rotorului să se apropie de capătul stâng, fereastra se închide mai întâi. șiși apoi fereastra b, iar acest canal al rotorului cu gazele de eșapament sub presiune în el va fi închis pe ambele părți de pereții de capăt ai carcasei.

Odată cu rotația suplimentară a rotorului, acest canal cu gazele de eșapament va ajunge la fereastră rîn conducta de evacuare, firul și gazele de eșapament vor ieși din canal în ea. Când canalul trece pe lângă ferestre rgazele de evacuare ieșite sunt evacuate prin geamuri daer proaspăt, care, umplând întregul canal, suflă și răcește rotorul. Trecând prin ferestre rși d,canalul rotorului, umplut cu aer proaspăt, este din nou închis pe ambele părți de pereții de capăt ai carcasei și este astfel gata pentru următorul ciclu. Ciclul descris este foarte simplificat în comparație cu ceea ce se întâmplă în realitate și se desfășoară numai într-un interval restrâns de turație a motorului. Acesta este motivul pentru care această metodă de supraalimentare, cunoscută de 40 de ani, nu este utilizată în automobile. În ultimii 10 ani, prin lucrările lui Brown & Bover, supraalimentarea Comprex a fost îmbunătățită semnificativ, în special, a fost introdusă o cameră suplimentară în capacul final, care asigură o alimentare fiabilă cu aer într-o gamă largă de turații ale motorului, inclusiv la valori de turație reduse.

Presurizarea Comprex a fost testată pe vehiculele off-road cu tracțiune integrală ale companiei austriece Steyer-Daimler-Puch, care au fost echipate cu diesel Opel Record 2,3D și Mercedes-Benz 200D.

Avantajul metodei Comprex în comparație cu turbocompresorul este că nu există întârziere în creșterea presiunii de impuls după apăsarea pedalei de comandă. Eficiența sistemului de supraalimentare este determinată de energia gazelor de eșapament, care depinde de temperatura acestora. Dacă, de exemplu, la puterea maximă a motorului, temperatura gazelor de eșapament este de 400 ° C, în timpul iernii este nevoie de câteva minute pentru a o atinge. Un avantaj semnificativ al metodei „Comprex” este și obținerea unui cuplu mare al motorului la turații mici, care permite utilizarea unei cutii de viteze cu mai puține trepte.

O acumulare rapidă a puterii motorului atunci când comutatorul de picior este apăsat este de dorit în special pentru mașinile de curse Firma italiană Ferrari testează metoda de presurizare Comprex în mașinile sale de curse, deoarece turbocompresorul necesită aplicarea sistemului de control complex descris anterior.

La testarea sistemului de presurizare Comprex pe motoare cu șase cilindri ale mașinilor de curse Ferrari F1a existat o reacție foarte rapidă a motorului la mișcarea pedalei de comandă

Pentru a obține presiunea maximă de impuls pe aceste motoare, se utilizează răcirea cu aer de încărcare. Prin rotorul unității „Comprex” curge mai mult aer decât este necesar de motor, deoarece o parte din aer este utilizată pentru răcirea unității de impuls. Acest lucru este foarte benefic pentru motoarele de curse, care chiar și la start rulează la un debit aproape complet de aer prin intercooler. În aceste condiții, motorul cu unitatea Comprex va fi în cea mai bună stare de temperatură până la momentul pornirii pentru a atinge puterea maximă.

Utilizarea unei unități de presurizare Comprex în locul unui turbocompresor reduce zgomotul motorului, deoarece funcționează la o turație mai mică. În primele etape de dezvoltare, viteza rotorului a fost cauza zgomotului cu aceeași frecvență ca și a turbocompresorului. Acest dezavantaj a fost eliminat de pasul neuniform al canalelor din jurul circumferinței rotorului.

Când se utilizează sistemul „Comprex”, recircularea gazelor de eșapament este mult simplificată, care este utilizată pentru a reduce conținutul din ele NOx.De regulă, recircularea se realizează prin preluarea unei părți din gazele de eșapament din conducta de eșapament, dozarea acestora, răcirea și alimentarea acestora în galeria de admisie a motorului. În sistemul „Comprex”, această schemă poate fi mult mai simplă, deoarece amestecul gazelor de eșapament cu fluxul de aer proaspăt și răcirea lor are loc direct în canalele rotorului.

MODALITĂȚI DE CREȘTERE A EFICIENȚEI MECANICE A MOTORULUI DE COMBUSTIE INTERNA

Eficiența mecanică reflectă relația dintre puterea motorului indicată și cea efectivă. Diferența dintre aceste valori este cauzată de pierderile asociate cu transferul forțelor de gaz de la coroana pistonului la volant și cu acționarea echipamentului auxiliar al motorului. Toate aceste pierderi trebuie cunoscute exact când sarcina este de a îmbunătăți consumul de combustibil al motorului.

Majoritatea pierderilor sunt cauzate de frecarea cilindrului, mai puțin de frecarea la rulmenții bine lubrifiați și a echipamentului de acționare necesar funcționării motorului. Pierderile datorate intrării aerului în motor (pierderile de pompare) sunt foarte importante deoarece cresc proporțional cu pătratul turației motorului.

Pierderile de putere necesare pentru acționarea echipamentelor care asigură funcționarea motorului includ puterea de acționare a mecanismului de distribuție a gazului, a pompelor de ulei, apă și combustibil și a ventilatorului de răcire. Cu răcirea cu aer, ventilatorul de alimentare cu aer este o parte integrantă a motorului atunci când este testat pe bancă, în timp ce motoarele răcite cu lichid nu au adesea un ventilator și un radiator în timpul testelor, iar apa dintr-un circuit de răcire extern este utilizată pentru răcire. Dacă nu se ia în considerare consumul de energie al ventilatorului unui motor răcit cu lichid, atunci aceasta oferă o supraevaluare vizibilă a indicatorilor săi economici și de putere în comparație cu un motor răcit cu aer.

Alte pierderi pentru antrenarea echipamentelor sunt asociate cu generatorul, compresorul pneumatic, pompele hidraulice necesare pentru iluminat, asigurarea funcționării instrumentelor, a sistemului de frânare și a direcționării unei mașini. Atunci când se testează un motor pe un suport de frână, ar trebui să se definească cu precizie ce constituie un accesoriu și cum să îl încărcați, deoarece acest lucru este necesar pentru o comparație obiectivă a performanței diferitelor motoare. În special, acest lucru se aplică sistemului de răcire a uleiului, care, atunci când vehiculul se deplasează, este răcit prin suflarea vasului de ulei cu aer care lipsea în timpul încercărilor pe un suport de frână. Atunci când se testează un motor fără ventilator pe bancă, condițiile de suflare a aerului prin conducte nu sunt reproduse, ceea ce determină o creștere a temperaturilor în conducta de admisie și duce la o scădere a factorului de umplere și a puterii motorului.

Amplasarea filtrului de aer și valoarea rezistenței țevii de evacuare trebuie să fie adecvate pentru condițiile motorului din vehicul. Aceste caracteristici importante trebuie luate în considerare atunci când se compară caracteristicile diferitelor motoare sau ale unui motor destinat utilizării în condiții diferite, de exemplu, într-o mașină, camion, tractor sau pentru conducerea unui generator staționar, compresor etc.

Cu o scădere a sarcinii motorului, eficiența mecanică a acestuia se deteriorează, deoarece valoarea absolută a majorității pierderilor nu depinde de sarcină. Un exemplu ilustrativ este funcționarea motorului fără sarcină, adică la ralanti, atunci când eficiența mecanică este zero și întreaga putere indicată a motorului este cheltuită pentru a-și depăși pierderile. Când motorul este încărcat cu 50% sau mai puțin, consumul specific de combustibil în comparație cu sarcina maximă crește semnificativ și, prin urmare, este complet neeconomic să folosiți un motor care are o putere mai mare decât cea necesară pentru acționare.

Eficiența mecanică a motorului depinde de tipul de ulei utilizat. Utilizarea uleiurilor cu vâscozitate ridicată în timpul iernii duce la o creștere a consumului de combustibil. Puterea motorului la altitudini mari deasupra nivelului mării scade datorită scăderii presiunii atmosferice, cu toate acestea, pierderile sale practic nu se modifică, drept urmare consumul specific de combustibil crește în același mod în care apare la sarcina parțială a motorului.

PIERDERI DE FRICȚIE ÎN GRUPUL ȘI RULMENTII CILINDRULUI PISTONULUI

Cele mai mari pierderi din motor sunt cauzate de fricțiunea pistonului din cilindru. Condițiile de lubrifiere pentru pereții cilindrului sunt departe de a fi satisfăcătoare. Stratul de ulei de pe peretele cilindrului cu pistonul din BDC este expus la gazele de evacuare fierbinți. Pentru a reduce consumul de ulei, inelul răzuitorului de ulei îndepărtează o parte din peretele cilindrului atunci când pistonul se deplasează la BDC, cu toate acestea, rămâne un strat de lubrifiant între fusta pistonului și cilindru.

Primul inel de compresie provoacă cea mai mare frecare. Când pistonul se deplasează la TDC, acest inel se sprijină pe suprafața inferioară a canelurii pistonului pistonului și presiunea rezultată din comprimare și apoi arderea amestecului de lucru îl apasă pe peretele cilindrului. Deoarece regimul de lubrifiere al inelului pistonului este cel mai puțin favorabil datorită prezenței frecării uscate și a temperaturii ridicate, pierderile prin frecare sunt cele mai mari aici. Regimul de lubrifiere pentru al doilea inel de compresie este mai favorabil, dar frecarea rămâne semnificativă. Prin urmare, numărul de inele ale pistonului afectează, de asemenea, cantitatea de pierderi de frecare din grupul cilindru-piston.

Un alt factor nefavorabil este apăsarea pistonului lângă TDC pe peretele cilindrului de presiunea gazului și forțele inerțiale ale maselor alternative. La motoarele auto de mare viteză, forțele inerțiale sunt mai mari decât cele cu gaz. Prin urmare, rulmenții bielelor au cea mai mare sarcină la TDC a cursei de evacuare, atunci când biela este întinsă de forțe inerțiale aplicate capetelor superioare și inferioare.

Forța care acționează de-a lungul bielei este descompusă în forțe direcționate de-a lungul axei cilindrului și normale față de peretele acestuia.

Rulmenții de rulare dintr-un motor sunt avantajoși de utilizat atunci când există forțe mari care acționează asupra lor. De exemplu, este recomandabil să plasați "brațele oscilante ale supapelor pe rulmenții cu ace. Rulmenții cu role au fost folosiți în trecut și ca rulmenți cu știft de piston în tija de legătură, în special în motoarele în doi timpi de mare putere. pelicula de ulei necesară nu se poate forma în rulmentul manșonului. Pentru o bună lubrifiere a rulmentului manșonului, în capul superior al bielei de-a lungul întregii lungimi a bucșei sale, în acest caz, se realizează șanțuri de lubrifiere transversale, situate la o astfel de distanță una de cealaltă încât s-ar putea forma o peliculă de ulei în acest loc în timpul oscilării ...

Pentru a obține pierderi de frecare reduse în grupul cilindru-piston, este necesar să aveți pistoane cu o masă mică, un număr mic de inele ale pistonului și un strat de protecție pe fusta pistonului care protejează pistonul de scufundări și confiscări.

Pierderi în timpul schimbului de gaze

Pentru a umple cilindrul cu aer, este necesar să se creeze o diferență de presiune între cilindru și mediul extern. Vidul din cilindru la intrare, acționând în direcția opusă mișcării pistonului și frânând rotația arborelui cotit, depinde de sincronizarea supapei, de diametrul galeriei de admisie, precum și de forma canalului de admisie, care este necesar, de exemplu, pentru a crea rotația aerului în cilindru. Motorul din această parte a ciclului acționează ca o pompă de aer și o parte din puterea indicată a motorului este consumată pentru a o acționa.

Pentru o umplere bună a cilindrului, este necesar ca pierderile de presiune, proporționale cu pătratul turației motorului, în timpul umplerii să fie cele mai mici. Pierderile de frecare din grupul cilindru-piston au o natură similară de dependență de turația de rotație și, din moment ce acest tip de pierderi prevalează, printre altele, pierderile totale depind și de gradul al doilea al turației motorului. Prin urmare, eficiența mecanică scade odată cu creșterea vitezei, iar consumul specific de combustibil se deteriorează.

La puterea maximă a motorului, eficiența mecanică este de obicei 0,75 și, pe măsură ce turația motorului este crescută, puterea efectivă scade rapid. La turația maximă a motorului și sarcini parțiale, eficiența efectivă este minimă.

Pierderile din timpul schimbului de gaze includ și costurile energetice asociate cu suflarea carterului arborelui cotit. Motoarele cu un singur cilindru în patru timpi au cele mai mari pierderi, în care aerul este aspirat în carter la fiecare cursă a pistonului și este împins din nou din el. Un volum mare de aer pompat prin carter are, de asemenea, motoare cu doi cilindri cu aranjamente în formă de V și cilindri opuși. Acest tip de pierdere poate fi redus prin instalarea unei supape de reținere care creează un vid în carter. Vidul din carter reduce, de asemenea, pierderile de ulei datorate scurgerilor. La motoarele cu mai mulți cilindri, în care un piston se deplasează în jos și celălalt în sus, volumul de gaz din carter nu se modifică, dar secțiunile adiacente ale cilindrilor trebuie să comunice bine între ele.

PIERDERI PE MOTORUL ECHIPAMENTELOR AUXILIARE A MOTORULUI

Pierderile de acționare ale echipamentelor sunt adesea subestimate, deși au un impact mare asupra eficienței mecanice a unui motor. Pierderile pe mecanismul de distribuție a gazului pe acționare au fost bine studiate. Munca cheltuită la deschiderea supapei este recuperată parțial atunci când arcul supapei închide supapa și, astfel, acționează arborele cu came. Pierderile pentru unitatea de distribuție a gazului sunt relativ mici și cu reducerea lor este posibil să se obțină doar mici economii în costurile de energie pentru unități. Uneori, arborele cu came este montat pe rulmenți antifricțiune, dar acesta este utilizat doar la motoarele de curse.

O mai mare atenție trebuie acordată pompei de ulei. Dacă dimensiunile pompei și fluxul de ulei prin ea sunt supraestimate, atunci cea mai mare parte a uleiului este evacuată prin supapa de reducere a presiunii la presiune ridicată, există pierderi semnificative pentru acționarea pompei de ulei. În același timp, este necesar să aveți rezerve în sistemul de lubrifiere pentru a asigura o presiune suficientă pentru lubrifierea rulmenților simpli, inclusiv a celor uzați. În acest caz, o alimentare cu ulei redusă de către pompă duce la o scădere a presiunii la turații mici ale motorului și în timpul funcționării prelungite la sarcină maximă. Supapa de reducere a presiunii trebuie închisă în aceste condiții și întreaga sursă de ulei trebuie utilizată pentru lubrifiere. Se consumă energie redusă pentru a acționa pompa de combustibil și distribuitorul de aprindere. De asemenea, alternatorul consumă puțină energie. O parte semnificativă a puterii efective, și anume 5-10%, este cheltuită pentru acționarea ventilatorului și a pompei sistemului de răcire, care sunt necesare pentru a elimina căldura de la motor. Acest lucru a fost deja spus. Există, după cum puteți vedea, mai multe moduri de a îmbunătăți eficiența mecanică a unui motor.

O cantitate mică de energie poate fi economisită la acționarea pompei de combustibil și la deschiderea injectoarelor. Într-o măsură ceva mai mare, acest lucru este posibil la motoarele diesel.

PIERDERI PE CONDUCEREA ECHIPAMENTELOR SUPLIMENTARE A MAȘINII

O mașină este, de asemenea, echipată cu echipamente care consumă o parte din puterea efectivă a motorului și, prin urmare, reduce restul acesteia care va conduce mașina. Într-un autoturism, astfel de echipamente sunt utilizate într-un număr limitat, în principal diferiți amplificatori utilizați pentru a facilita controlul vehiculului, de exemplu, direcția, antrenarea ambreiajului, acționarea frânei. Aerul condiționat al mașinii necesită, de asemenea, o anumită cantitate de energie, în special pentru aerul condiționat. Este necesară și energie pentru diferite acționări hidraulice, cum ar fi scaunele în mișcare, deschiderea ferestrelor, acoperișurilor etc.

Există mult mai multe echipamente suplimentare într-un camion. De obicei, se folosește un sistem de frânare care folosește o sursă separată de energie, corpuri de gunoi, dispozitive de autoîncărcare, un dispozitiv pentru ridicarea roților de rezervă etc. Astfel de mecanisme sunt chiar mai utilizate la vehiculele cu destinație specială. Aceste cazuri de consum de energie trebuie luate în considerare în consumul total de combustibil.

Cel mai important dintre aceste dispozitive este un compresor pentru a crea o presiune constantă a aerului în sistemul de frânare pneumatică. Compresorul funcționează constant, umplând receptorul de aer, o parte a aerului din care este eliberat în atmosferă printr-o supapă de reducere a presiunii fără a fi folosită în continuare. Sistemele hidraulice de înaltă presiune care deservesc echipamentele auxiliare se caracterizează în principal prin pierderi în supapele de reducere a presiunii. De obicei, utilizează o supapă care, după atingerea presiunii de lucru din acumulator, oprește alimentarea suplimentară de fluid de lucru către acesta și controlează linia de bypass dintre pompă și rezervor.

COMPARAREA PIERDERILOR MECANICE ÎN MOTOARELE CU BENZINĂ ȘI DIESEL

Date comparative privind pierderile mecanice măsurate în aceleași condiții de funcționare ale unui motor pe benzină cu un raport de compresie e \u003d 6 și al unui motor diesel cu un raport de compresie e \u003d 16 (Tabelul 11, A).

Pentru un motor pe benzină, în plus, în tabel. 11, B compară, de asemenea, pierderile mecanice la sarcini totale și parțiale.

Tabelul 11.A. Presiunea medie a diferitelor tipuri de pierderi mecanice la motoarele pe benzină și diesel (1600 min-1), MPa

Tabelul 11.B. Presiunea medie a diferitelor tipuri de pierderi mecanice într-un motor pe benzină (1600 min-1, e \u003d 6) la diferite sarcini, MPa

Pierderile totale, după cum se poate vedea din tabel. 11 sunt relativ mici, deoarece au fost măsurate la rpm reduse (1600 rpm). Odată cu creșterea vitezei de rotație, pierderile cresc datorită acțiunii forțelor de inerție ale maselor în mișcare translațională, care cresc proporțional cu a doua putere a vitezei de rotație, precum și viteza relativă în rulment, deoarece fricțiunea vâscoasă este, de asemenea, proporțională cu pătratul vitezei. De asemenea, este interesant să comparați diagramele indicatoare din cilindrii celor două motoare luate în considerare (Fig. 89). Presiunea din cilindrul unui motor diesel este puțin mai mare decât cea a unui motor pe benzină, iar durata acestuia este mai mare. Astfel, gazele apasă inelele pe peretele cilindrului cu o forță mai mare și pentru o perioadă mai lungă de timp; prin urmare, pierderea de frecare în grupul cilindru-piston este mai mare la motorul diesel. Dimensiunile crescute în comparație cu un motor pe benzină, în special diametrul rulmenților unui motor diesel, contribuie, de asemenea, la o creștere a pierderilor mecanice.

Fricțiunea lagărului este cauzată de solicitări de forfecare din pelicula de ulei. Depinde liniar de mărimea suprafețelor de frecare și este proporțional cu pătratul vitezei de forfecare. Vâscozitatea uleiului și, într-o măsură mai mică, grosimea peliculei de ulei din rulmenți au o influență semnificativă asupra fricțiunii. Presiunea gazului din butelie nu are aproape niciun efect asupra pierderilor de lagăr.

EFECTUL DIAMETRULUI CILINDRUULUI ȘI AL COPILULUI PISTONULUI PE EFICIENȚA EFICIENȚA MOTORULUI DE COMBUSTIE INTERNA

Anterior, era vorba despre reducerea la o pierdere minimă de căldură pentru a crește eficiența indicatorului motorului și, în principal, despre reducerea raportului dintre suprafața camerei de ardere și volumul acesteia. Volumul camerei de ardere este într-o anumită măsură indicativ pentru cantitatea de căldură introdusă. Puterea calorică a încărcăturii de intrare într-un motor pe benzină este determinată de raportul dintre aer și combustibil, apropiat de stoichiometric. Motorul diesel este alimentat cu aer curat, iar alimentarea cu combustibil este limitată de gradul de incompletitudine al arderii, la care apare fumul în gazele de eșapament. Prin urmare, relația dintre cantitatea de căldură introdusă și volumul camerei de ardere este destul de evidentă.

Sfera are cel mai mic raport suprafață-volum. Căldura este îndepărtată în spațiul înconjurător de către suprafață, prin urmare, masa în formă de bilă este răcită la cel mai mic grad. Aceste relații evidente sunt luate în considerare la proiectarea camerei de ardere, însă trebuie avut în vedere asemănarea geometrică a pieselor motorului de diferite dimensiuni. După cum știți, volumul unei sfere este egal cu 4 / 3lR3, iar suprafața sa este de 4lR2 și, astfel, volumul cu diametru crescător crește mai repede decât suprafața și, prin urmare, o sferă cu un diametru mai mare va avea un raport suprafață-volum mai mic. Dacă suprafețele unei sfere cu diametre diferite au aceleași picături de temperatură și aceiași coeficienți de transfer de căldură a, atunci sfera mare se va răci mai lent.

Motoarele sunt similare din punct de vedere geometric atunci când au același design, dar diferă ca dimensiune. Dacă primul motor are un diametru al cilindrului, de exemplu, egal cu unul, iar al doilea motor are el este la 2de mai multe ori, atunci toate dimensiunile liniare ale celui de-al doilea motor vor fi de 2 ori, suprafețele - de 4 ori și volumele - de 8 ori mai mari decât cele ale primului motor. Cu toate acestea, nu este posibil să se obțină o asemănare geometrică completă, deoarece dimensiunile, de exemplu, ale bujiilor și ale injectoarelor de combustibil sunt aceleași pentru motoarele cu alezaje cilindrice diferite.

Din asemănarea geometrică, se poate concluziona că un cilindru mai mare are, de asemenea, un raport suprafață-volum mai acceptabil, prin urmare, pierderile sale de căldură în timpul răcirii suprafeței în aceleași condiții vor fi mai mici.

Cu toate acestea, la determinarea puterii, trebuie luați în considerare unii factori limitativi. Puterea motorului depinde nu numai de dimensiune, adică de volumul cilindrilor motorului, ci și de turația motorului, precum și de presiunea efectivă medie. Viteza motorului este limitată de viteza medie maximă a pistonului, greutatea și perfecțiunea de proiectare a mecanismului manivelei. Viteza maximă medie a pistonului motoarelor pe benzină este cuprinsă între 10-22 m / s. Pentru motoarele auto, viteza medie maximă a pistonului ajunge la 15 m / s, iar presiunea efectivă medie la sarcină maximă este aproape de 1 MPa.

Deplasarea și dimensiunile motorului nu sunt determinate doar de factori geometrici. De exemplu, grosimea pereților este determinată de tehnologie, nu de sarcina pe ei. Transferul de căldură prin pereți nu depinde de grosimea lor, ci de conductivitatea termică a materialului lor, coeficienții de transfer de căldură pe suprafețele peretelui, diferențele de temperatură etc. Cu toate acestea, trebuie făcute câteva concluzii cu privire la influența dimensiunilor geometrice ale cilindrilor.

AVANTAJE ȘI DEzavantaje ale unui cilindru cu un volum mare de lucru

Un cilindru cu un volum de lucru mai mare are o pierdere relativă mai mică de căldură la pereți. Acest lucru este bine confirmat de exemple de motoare diesel staționare cu cilindri cu cilindree mare, care au un consum specific foarte scăzut de combustibil. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna cazul autoturismelor.

Analiza ecuației puterii motorului arată că cea mai mare putere a motorului poate fi obținută cu o cursă mică a pistonului.

Viteza medie a pistonului poate fi calculată ca

unde: S este cursa pistonului, m; n - frecvența de rotație, min-1.

Când viteza medie a pistonului C p este limitată, frecvența de rotație poate fi mai mare, cu atât cursa pistonului este mai mică. Ecuația de putere pentru un motor în patru timpi este

unde: Vh - volumul motorului, dm3; n - frecvența de rotație, min-1; pe - presiune medie, MPa.

În consecință, puterea motorului este direct proporțională cu turația și deplasarea acestuia. Astfel, în același timp, se impun motorului cerințe opuse - o cilindree mare și o cursă scurtă. Soluția de compromis constă în utilizarea mai multor cilindri.

Cea mai preferată deplasare pentru un cilindru al unui motor pe benzină de mare viteză este de 300-500 cmc. Un motor cu un număr mic de astfel de cilindri este slab echilibrat și, cu un număr mare de astfel de cilindri, are pierderi mecanice semnificative și, prin urmare, are un consum specific sporit de combustibil. Un motor cu opt cilindri cu o cilindree de 3000 cm3 are un consum specific de combustibil mai mic decât un cilindru cu doisprezece cilindri cu aceeași cilindree.

Pentru a obține un consum redus de combustibil, este recomandabil să folosiți motoare cu un număr mic de cilindri. Cu toate acestea, un motor monocilindric cu o cilindree mare nu este utilizat la mașini, deoarece masa sa relativă este mare, iar echilibrarea este posibilă numai cu utilizarea unor mecanisme speciale, ceea ce duce la o creștere suplimentară a masei, dimensiunii și costului său. În plus, denivelarea cuplului mare a unui motor cu un singur cilindru este inacceptabilă pentru transmisiile vehiculului.

Cel mai mic număr de cilindri dintr-un motor modern de automobile este de două. Astfel de motoare sunt utilizate cu succes în mașinile de o clasă deosebit de mică (Citroen 2 CV, Fiat 126). Din punct de vedere al echilibrului, următoarea dintr-o serie de aplicații utile este un motor cu patru cilindri, cu toate acestea, motoarele cu trei cilindri cu un volum mic de lucru al cilindrilor încep acum să fie utilizate, deoarece permit obținerea unui consum redus de combustibil. În plus, mai puțini cilindri simplifică și reduc costurile accesoriilor motorului, deoarece numărul de bujii, injectoare, perechi de piston ale pompei de combustibil de înaltă presiune este redus. Atunci când este poziționat transversal într-o mașină, un astfel de motor are o lungime mai mică și nu restricționează rotația roților directoare.

Un motor cu trei cilindri permite utilizarea pieselor de bază unificate cu un motor cu patru cilindri: o căptușeală a cilindrilor, un set de pistoane, un set de biele, un mecanism de supapă. Aceeași soluție este posibilă pentru un motor cu cinci cilindri, ceea ce face posibilă, dacă este necesar, creșterea gamei de putere în sus de la motorul cu patru cilindri de bază, pentru a evita trecerea la un motor cu șase cilindri mai lung.

Avantajele utilizării motoarelor diesel cu cilindree mare au fost deja subliniate. Pe lângă reducerea pierderilor de căldură în timpul arderii, acest lucru face posibilă obținerea unei camere de ardere mai compacte, în care, la rapoarte de compresie moderate, se creează temperaturi mai ridicate în momentul injectării combustibilului. Pentru un cilindru cu un volum mare de lucru, pot fi utilizate duze cu un număr mare de duze, care sunt mai puțin sensibile la formarea carbonului.

RAPORTUL DE CURS PISTON LA DIAMETRUL CILINDRULUI

Coeficientul împărțirii dimensiunii cursei pistonului S la dimensiunea cilindrului Deste raportul S / D utilizat în mod obișnuit . Punctul de vedere asupra amplorii cursei pistonului s-a schimbat în timpul dezvoltării construcției motorului.

În etapa inițială a construcției motorului auto, a fost în vigoare așa-numita formulă de impozitare, pe baza căreia impozitul perceput pe puterea motorului a fost calculat luând în considerare numărul și diametrul D cilindrii săi. Clasificarea motoarelor a fost, de asemenea, efectuată în conformitate cu această formulă. Prin urmare, s-a preferat motoarele cu o cursă mare a pistonului pentru a crește puterea motorului în cadrul acestei categorii de impozite. Puterea motorului a crescut, dar creșterea vitezei a fost limitată de viteza medie admisă a pistonului. Deoarece mecanismul de distribuție a gazului motor în această perioadă nu a fost conceput pentru rpm mari, limitarea rpm-ului de turația pistonului nu a contat.

De îndată ce formula fiscală descrisă a fost abolită și clasificarea motoarelor a început să se efectueze în conformitate cu volumul de lucru al cilindrului, cursa pistonului a început să scadă brusc, ceea ce a făcut posibilă creșterea turației de rotație și, prin urmare, a puterii motorului. La cilindrii mai mari, au devenit posibile dimensiuni mai mari ale supapelor. Prin urmare, motoarele cu curte scurte au fost create cu un raport S / D de 0,5. Îmbunătățirea mecanismului de distribuție a gazului, în special atunci când se utilizează patru supape în cilindru, a făcut posibilă aducerea turației nominale a motorului la 10.000 rpm și mai mult, ca urmare a căreia puterea specifică a crescut rapid

În prezent, se acordă o atenție deosebită reducerii consumului de combustibil. Studiile efectului S / D efectuate în acest scop au arătat că motoarele cu curte scurte au un consum specific de combustibil crescut. Acest lucru este cauzat de suprafața mare a camerei de ardere, precum și de o scădere a eficienței mecanice a motorului datorită valorii relativ mari a masei în mișcare translațională a pieselor setului bielă-piston și creșterii pierderilor pe acționările echipamentelor auxiliare. atins de contragreutatea arborelui cotit. Cu o scădere a cursei sale, masa pistonului a scăzut ușor și cu utilizarea unor adâncituri și crestături pe fusta pistonului. Pentru a reduce emisia de substanțe toxice din gazele de eșapament, este mai util să folosiți motoare cu o cameră de combustie compactă și o cursă mai lungă a pistonului. Prin urmare, în prezent, motoarele cu un S / foarte mic Refuz.

Dependența presiunii efective medii de raportul S / D cele mai bune motoare de curse, unde scăderea în q este clar vizibilă, la rapoarte S / D scăzute, este prezentată în Fig. 90 În prezent, un raport S / D egal sau puțin mai mare decât unul este considerat mai avantajos. Deși, cu o cursă scurtă a pistonului, raportul dintre suprafața cilindrului și volumul său de lucru la poziția pistonului la BDC este mai mic decât cel al motoarelor cu cursă lungă, zona inferioară a cilindrului nu este atât de importantă pentru îndepărtarea căldurii, deoarece temperatura gazului scade deja considerabil

Un motor cu cursă lungă are un raport mai favorabil dintre suprafața răcită și volumul camerei de ardere atunci când pistonul este la TDC, ceea ce este mai important, deoarece în această perioadă a ciclului temperatura gazului, care determină pierderea de căldură, este cea mai mare. Reducerea suprafeței de transfer de căldură în această fază a procesului de expansiune reduce pierderile de căldură și îmbunătățește eficiența indicată a motorului.

ALTE MODALITĂȚI DE REDUCERE A CONSUMULUI DE CARBURANT

Motorul funcționează cu un consum minim de combustibil numai într-o anumită zonă a caracteristicilor sale.

Atunci când conduceți un vehicul, puterea motorului său trebuie să fie întotdeauna pe curba consumului specific specific de combustibil. Într-un autoturism, această condiție este îndeplinită dacă se folosește o cutie de viteze cu patru și cinci trepte și cu cât este mai puțină viteză, cu atât este mai dificilă îndeplinirea acestei condiții. Când conduceți pe o secțiune orizontală a drumului, motorul nu funcționează optim chiar și atunci când a patra treaptă este cuplată. Prin urmare, pentru o sarcină optimă a motorului, mașina trebuie să fie accelerată cu cea mai mare viteză până la atingerea vitezei maxime permise de lege. Apoi, este recomandabil să schimbați cutia de viteze la neutru, să opriți motorul și să coborâți la o scădere a vitezei, de exemplu, la 60 km / h, apoi să porniți din nou motorul și treapta superioară din cutie și, cu o presiune optimă pe pedala de comandă a motorului, readuceți viteza la 90 km / h.

O astfel de mașină conduce în modul „accelerare-tambur”. Acest mod de a conduce este acceptabil pentru concurența economică, deoarece motorul funcționează fie în gama economică, fie este oprit. Cu toate acestea, nu este potrivit pentru funcționarea reală a unei mașini în trafic intens.

Acest exemplu arată o modalitate de a reduce consumul de combustibil. O altă modalitate de a minimiza consumul specific de combustibil este de a limita puterea motorului, menținând în același timp o eficiență mecanică bună. Efectul negativ al sarcinii parțiale asupra eficienței mecanice a fost deja arătat în tabel. 11A. În special, din tabel. 11B se vede că atunci când sarcina motorului este redusă de la 100% la 30%, ponderea pierderilor mecanice în activitatea indicatorului crește de la 12% la 33%, iar randamentul mecanic scade de la 88% la 67%. Un nivel de putere de 30% din maxim poate fi atins cu doar doi cilindri ai motorului cu patru cilindri în funcțiune.

OPRIȚI CILINDRII

Dacă, la încărcarea parțială a unui motor cu mai mulți cilindri, mai mulți cilindri sunt opriți, atunci restul va funcționa la o sarcină mai mare cu o eficiență mai bună. Astfel, atunci când un motor cu opt cilindri funcționează la sarcină parțială, întregul volum de aer poate fi direcționat către doar patru cilindri, sarcina lor se va dubla și eficiența efectivă a motorului va crește. Suprafața de răcire a camerelor de ardere a patru cilindri este mai mică decât cea a opt, astfel încât cantitatea de căldură disipată de sistemul de răcire este redusă, iar consumul de combustibil poate fi redus cu 25%.

Controlul acționării supapelor este de obicei utilizat pentru a opri cilindrii. Dacă ambele supape sunt închise, atunci amestecul nu intră în butelie și gazul permanent din acesta este comprimat și extins secvențial. Munca cheltuită în acest caz pentru comprimarea gazului este eliberată din nou atunci când se extinde în condiții de disipare mică a căldurii de către pereții cilindrului. Eficiența mecanică și a indicatorului în acest caz este îmbunătățită în comparație cu eficiența unui motor cu opt cilindri care funcționează pe toți cilindrii la aceeași putere efectivă.

Această metodă de oprire a cilindrilor este foarte convenabilă, deoarece cilindrul este oprit automat când motorul trece la sarcini parțiale și este pornit aproape instantaneu când apăsați pedala de comandă. În consecință, șoferul poate folosi puterea maximă a motorului în orice moment pentru a depăși sau a depăși rapid un deal. Economia de combustibil este evidentă mai ales atunci când conduceți în oraș. Cilindrii opriți nu au pierderi de pompare și nu alimentează aer la conducta de evacuare. Când mergeți în jos, cilindrii decuplați oferă o rezistență mai redusă, frânarea motorului este redusă, iar vehiculul depășește o distanță mai mare, ca la roata liberă.

Este convenabil să opriți cilindrul unui motor cu supapă aeriană cu un arbore cu came inferior folosind o oprire a brațului basculant cu supapă mobilă electromagnetic. Atunci când solenoidul este oprit, supapa rămâne închisă, deoarece brațul culbutor este rotit de camera arborelui cu came în jurul punctului de contact cu capătul tijei supapei, iar brațul culbutor se poate mișca liber în același timp.

Cu un motor cu opt cilindri, doi sau patru cilindri sunt opriți în așa fel încât alternanța cilindrilor de lucru să fie cât mai uniformă. Într-un motor cu șase cilindri, unul până la trei cilindri sunt opriți. De asemenea, sunt în curs de testare pentru a opri doi cilindri ai unui motor cu patru cilindri.

O astfel de oprire a supapelor într-un motor cu un arbore cu came aerian este dificilă, prin urmare, sunt utilizate alte metode de închidere a cilindrilor. De exemplu, jumătate din cilindrii unui motor BMW cu șase cilindri (FRG) sunt opriți, astfel încât contactul și injecția să fie oprite pentru trei cilindri, iar gazele de eșapament din trei cilindri de lucru sunt descărcate prin trei cilindri opriți și se pot extinde și mai mult. Acest proces este realizat de supape în conductele de intrare și ieșire. Avantajul acestei metode este că buteliile oprite sunt încălzite în mod constant de gazele de evacuare trecătoare.

Motorul Porsche 928 V-8 cu dezactivarea cilindrului are două secțiuni în V cu patru cilindri aproape complet separate. Fiecare dintre ele este echipat cu o conductă de admisie independentă, în timp ce mecanismul de distribuție a gazului nu are o oprire a acționărilor supapelor. Unul dintre motoare este oprit prin închiderea clapetei de accelerație și oprirea injecției cu benzină, iar testele au arătat că pierderile de pompare vor fi cele mai mici la o mică deschidere a clapetei de accelerație. Supapele de accelerație ale ambelor secțiuni sunt echipate cu acționări independente. Secțiunea care trebuie oprită furnizează în mod constant o cantitate mică de aer conductei comune de evacuare, care este utilizată pentru arderea gazelor de evacuare din reactorul termic. Aceasta exclude utilizarea unei pompe speciale pentru alimentarea cu aer secundar.

Când motorul cu opt cilindri este împărțit în două secțiuni cu patru cilindri, una dintre ele este reglată pentru un cuplu ridicat la o rotație redusă și este în permanență în funcțiune, iar al doilea este la putere maximă și este pornit numai atunci când este necesar să aveți o putere apropiată de maximă. Secțiunile motorului pot avea sincronizare diferită a supapei și lungimi diferite ale țevii de admisie.

Caracteristicile multi-parametru ale motorului Porsche 928 în timpul funcționării a opt (curbe solide) și patru cilindri (curbe punctate) sunt prezentate în Fig. 91. Domeniile de îmbunătățire a consumului specific de combustibil din cauza opririi a patru cilindri ai motorului sunt umbrite. De exemplu, la o viteză de rotație de 2000 min-1 și un cuplu de 80 Nm, consumul specific de combustibil atunci când funcționează toți cei opt cilindri ai motorului este de 400 g / (kWh), în timp ce pentru un motor cu patru cilindri opriți în același mod, este puțin mai mare 350 g / (kWh).

Se pot obține chiar mai multe economii de combustibil la viteze reduse ale vehiculului. Diferența de consum de combustibil cu mișcare uniformă de-a lungul secțiunii orizontale a autostrăzii este prezentată în Fig. 92. Pentru un motor cu patru cilindri decuplați (curbă punctată) la o viteză de 40 km / h, consumul de combustibil scade cu 25%: de la 8 la 6 l / 100 km.

Dar economia de combustibil a motorului poate fi realizată nu numai prin oprirea cilindrilor. În noile motoare Porsche, modelul TOP(„Motor Porsche optimizat termodinamic”) au fost implementate toate modalitățile posibile de a îmbunătăți eficiența indicatorului unui motor tradițional pe benzină. Raportul de compresie a fost crescut mai întâi de la 8,5 la 10 și apoi, prin schimbarea formei coroanei pistonului, la 12,5, crescând în același timp intensitatea de rotație a sarcinii din cilindru în timpul cursei de compresie. Motoarele „Porsche 924” și „Porsche 928” actualizate în acest mod au redus consumul specific de combustibil cu 6-12%. Sistemul electronic de aprindere utilizat în acest caz, setând temporizarea optimă a aprinderii în funcție de turația și sarcina motorului, crește eficiența motorului atunci când funcționează la sarcini parțiale în condiții de amestecuri slabe și, de asemenea, elimină detonarea la modurile de încărcare maximă.

Oprirea motorului atunci când vehiculul se oprește la intersecții economisește și combustibil. Când motorul este la ralanti la o turație mai mică de 1000 min-1, iar temperatura lichidului de răcire este mai mare de 40 ° C, contactul este oprit după 3,5 s. Motorul pornește din nou numai după apăsarea pedalei de comandă. Acest lucru reduce consumul de combustibil cu 25-35% și, prin urmare, motoarele pe benzină Porsche TOPîn ceea ce privește consumul de combustibil, aceștia pot concura cu motoarele diesel.

Mercedes-Benz a încercat, de asemenea, să reducă consumul de combustibil în V-8 prin dezactivarea cilindrilor. Oprirea a fost realizată folosind un dispozitiv electromagnetic care întrerupe conexiunea rigidă dintre came și supapă. În condițiile de conducere urbană, consumul de combustibil a fost redus cu 32%.

APRINDERE CU PLASMĂ

Este posibil să se utilizeze amestecuri slabe pentru a reduce consumul de combustibil și conținutul de substanțe nocive din gazele de eșapament, dar aprinderea prin scânteie este dificilă. Aprinderea prin scânteie garantată are loc atunci când raportul de masă aer / combustibil nu depășește 17. Cu compoziții mai slabe, apar incendii greșite, ceea ce duce la creșterea conținutului de substanțe nocive din gazele de eșapament.

Prin crearea unei sarcini stratificate în cilindru, este posibil să se ardă un amestec foarte slab, cu condiția să se formeze un amestec bogat în zona bujiei. Un amestec bogat este extrem de inflamabil, iar o flacără, aruncată în volumul camerei de ardere, aprinde amestecul slab situat acolo.

În ultimii ani, s-au efectuat cercetări privind aprinderea amestecurilor slabe prin metode cu plasmă și laser, în care se formează mai multe focare de combustie în camera de ardere, deoarece amestecul este aprins simultan în diferite zone ale camerei. Ca rezultat, problemele de lovire sunt eliminate, iar raportul de compresie poate fi crescut chiar și atunci când se utilizează combustibil cu octanie redusă. În acest caz, este posibilă aprinderea amestecurilor slabe cu un raport aer / combustibil de până la 27.

În timpul aprinderii cu plasmă, un arc electric formează o concentrație ridicată de energie electrică într-un spațiu ionizat cu un volum suficient de mare. În același timp, în arc se dezvoltă temperaturi de până la 40.000 ° C, adică se creează condiții similare sudării cu arc.

Cu toate acestea, nu este atât de ușor să implementați metoda de aprindere cu plasmă într-un motor cu ardere internă. O bujie cu plasmă este prezentată în fig. 93. O mică cameră este realizată sub electrodul central al izolatorului de priză. Când are loc o descărcare electrică lungă între electrodul central și corpul lumânării, gazul din cameră se încălzește la o temperatură foarte ridicată și, extinzându-se, iese prin orificiul din corpul lumânării în camera de ardere. Se formează o lanternă cu plasmă cu o lungime de aproximativ 6 mm, datorită căreia apar mai multe buzunare de flacără, contribuind la aprinderea și arderea amestecului slab.

Un alt tip de sistem de aprindere cu plasmă folosește o mică pompă de înaltă presiune care furnizează aer electrozilor atunci când este generat arcul. Volumul de aer ionizat format în timpul descărcării dintre electrozi intră în camera de ardere.

Aceste metode sunt foarte complexe și nu se aplică motoarelor de automobile. Prin urmare, a fost dezvoltată o altă metodă în care bujia produce un arc electric continu pe un unghi de manivelă de 30 °. În acest caz, se eliberează până la 20 MJ de energie, care este mult mai mult decât cu o descărcare de scânteie convențională. Se știe că dacă nu se generează o cantitate suficientă de energie în timpul aprinderii prin scânteie, amestecul nu se va aprinde.

Arcul cu plasmă, în combinație cu rotația sarcinii din camera de ardere, formează o suprafață mare de aprindere, deoarece în acest timp forma și dimensiunea arcului cu plasmă se schimbă semnificativ. Împreună cu o creștere a duratei perioadei de aprindere, aceasta înseamnă și prezența unei energii mari eliberate pentru aceasta.

Spre deosebire de sistemul standard, o tensiune constantă de 3000 V funcționează în circuitul secundar al sistemului de aprindere cu plasmă. În momentul descărcării, o scânteie normală este generată în fanta de scânteie a bujiei. În acest caz, rezistența la electrozii lumânării scade, iar o tensiune constantă de 3000 V formează un arc aprins în momentul descărcării. O tensiune de aproximativ 900 V este suficientă pentru menținerea arcului.

Sistemul de aprindere cu plasmă diferă de întrerupătorul standard încorporat de înaltă frecvență (12 kHz) DC cu o tensiune de 12 V. Bobina de inducție mărește tensiunea la 3000 V, care este apoi rectificată. Trebuie remarcat faptul că descărcarea prelungită a arcului pe o bujie va reduce semnificativ durata de viață a acestuia.

Cu aprinderea cu plasmă, flacăra se răspândește mai repede prin camera de ardere, deci este necesară o modificare corespunzătoare a timpului de aprindere. Testele sistemului de aprindere cu plasmă pe o mașină Ford Pinto (SUA) cu o cilindree a motorului de 2300 cm3 și o transmisie automată au dat rezultatele prezentate în tabel. 12.

Tabelul 12. Rezultatele testelor sistemului de aprindere cu plasmă pe o mașină Ford Pinto

Cu aprinderea cu plasmă, este posibil să se efectueze o reglare de înaltă calitate a unui motor pe benzină, în care cantitatea de aer furnizat rămâne neschimbată, iar puterea motorului este controlată numai prin ajustarea cantității de combustibil furnizat. Când s-a folosit un sistem de aprindere cu plasmă în motor fără a modifica timpul de aprindere și compoziția amestecului, consumul de combustibil a scăzut cu 0,9%, cu reglarea unghiului de aprindere - cu 4,5% și cu unghiul de aprindere optim și controlul compoziției amestecului - cu 14% ( vezi Tabelul 12). Aprinderea cu plasmă îmbunătățește performanța motorului, în special la sarcini parțiale, iar consumul de combustibil poate fi același cu cel al unui motor diesel.

REDUCEREA EMISIEI DE SUBSTANȚE TOXICE CU GAZE DE ESAPAMENT

Creșterea motorizării aduce cu sine necesitatea măsurilor de protecție a mediului. Aerul din orașe este din ce în ce mai poluat de substanțe dăunătoare sănătății umane, în special monoxid de carbon, hidrocarburi nearse, oxizi de azot, compuși de plumb, sulf etc. Acestea sunt în mare parte produse de combustie incompletă a combustibililor folosiți în întreprinderi, în viața de zi cu zi, precum și în motoarele auto.

Împreună cu substanțele toxice în timpul funcționării mașinilor, zgomotul lor are și un efect nociv asupra populației. În ultimii ani, nivelul de zgomot în orașe a crescut cu 1 dB anual, deci este necesar nu numai să opriți creșterea nivelului global de zgomot, ci și să realizați reducerea acestuia. Expunerea constantă la zgomot provoacă boli nervoase, reduce capacitatea de muncă a oamenilor, în special a celor implicați în activitate mentală. Motorizarea aduce zgomot în locații anterior liniștite și îndepărtate. Din păcate, reducerea zgomotului generat de prelucrarea lemnului și mașinile agricole nu a primit atenția cuvenită. Ferăstrăul cu lanț creează zgomot într-o mare parte a pădurii, ceea ce provoacă modificări ale condițiilor de viață ale animalelor și provoacă adesea dispariția anumitor specii.

De cele mai multe ori, însă, poluarea atmosferei de către gazele de eșapament ale mașinilor provoacă critici.

Tabelul 13. Emisii admise de substanțe nocive cu gaze de eșapament ale autoturismelor în conformitate cu legislația buc. California, SUA

Cu trafic aglomerat, gazele de eșapament se acumulează la suprafața solului și în prezența radiației solare, în special în orașele industriale situate în bazine slab ventilate, se formează așa-numitul smog. Atmosfera este poluată într-o asemenea măsură încât a fi în ea dăunează sănătății. Oficialii traficului de la unele intersecții aglomerate folosesc măști de oxigen pentru a-și menține sănătatea. Deosebit de dăunător este monoxidul de carbon relativ greu situat lângă suprafața pământului, care pătrunde în etajele inferioare ale clădirilor, garajelor și de mai multe ori duce la decese.

Întreprinderile legislative limitează conținutul de substanțe dăunătoare din gazele de eșapament ale autoturismelor și sunt strânse în mod constant (Tabelul 13).

Reglementările reprezintă o mare preocupare pentru producătorii de automobile; ele afectează, de asemenea, indirect eficiența transportului rutier.

Pentru arderea completă a combustibilului, se poate permite un anumit exces de aer pentru a asigura o bună amestecare a combustibilului cu acesta. Excesul de aer necesar depinde de gradul de amestecare a combustibilului cu aerul. La motoarele cu carburator, acest proces durează mult, deoarece traseul combustibilului de la dispozitivul de formare a amestecului la bujie este destul de lung.

Un carburator modern vă permite să formați diferite tipuri de amestec. Cel mai bogat amestec este necesar pentru pornirea la rece a motorului, deoarece o porțiune semnificativă a combustibilului se condensează pe pereții galeriei de admisie și nu intră imediat în cilindru. Doar o mică parte din fracțiunile ușoare de combustibil se evaporă. Când motorul se încălzește, este necesar și un amestec dintr-o compoziție bogată.

Când mașina se deplasează, compoziția amestecului de combustibil-aer ar trebui să fie slabă, ceea ce va oferi o eficiență bună și un consum specific redus de combustibil. Pentru a obține puterea maximă a motorului, trebuie să aveți un amestec bogat pentru a utiliza pe deplin întreaga masă de aer care intră în cilindru. Pentru a asigura proprietăți dinamice bune ale motorului la deschiderea rapidă a supapei de accelerație, este necesar să furnizați suplimentar o anumită cantitate de combustibil în galeria de admisie, care compensează combustibilul care s-a așezat și s-a condensat pe pereții conductei ca urmare a creșterii presiunii în acesta.

Pentru o bună amestecare a combustibilului cu aerul, trebuie creată o viteză și o rotație ridicate a aerului. Dacă secțiunea transversală a difuzorului carburatorului este constantă, atunci la turații reduse ale motorului pentru o bună formare a amestecului, turația aerului din acesta este mică și la mare - rezistența difuzorului duce la o scădere a masei de aer care intră în motor. Acest dezavantaj poate fi eliminat folosind un carburator cu secțiune transversală variabilă sau injectând combustibil în galeria de admisie.

Există mai multe tipuri de sisteme de injecție a colectorului de admisie a benzinei. În cele mai frecvent utilizate sisteme, combustibilul este furnizat printr-o duză separată pentru fiecare cilindru, obținându-se astfel o distribuție uniformă a combustibilului între cilindri, eliminând decantarea și condensarea combustibilului pe pereții reci ai colectorului de admisie. Cantitatea de combustibil injectat este mai ușor să se apropie de optimul cerut de motor în acest moment. Nu este nevoie de difuzor, iar pierderile de energie rezultate din trecerea aerului sunt eliminate. Un exemplu de astfel de sistem de livrare a combustibilului este sistemul de injecție Bosch K-Jetronic utilizat frecvent, menționat deja la 9.5 atunci când se iau în considerare motoarele cu turbocompresie.

Diagrama acestui sistem este prezentată în Fig. 94. Tevă ramificată conică / în care se mișcă oscilația de pe pârghie 2 supapa 5 este proiectată astfel încât ridicarea supapei să fie proporțională cu debitul de masă al aerului. Fereastră 5 pentru trecerea combustibilului sunt deschise de o bobină 6 în corpul regulatorului atunci când pârghia se mișcă sub influența jgheabului de aer intrat. Modificările necesare în compoziția amestecului în conformitate cu caracteristicile individuale ale motorului sunt realizate de forma țevii conice. Pârghia cu supapa este echilibrată de contragreutate, forțele de inerție în timpul vibrațiilor vehiculului nu afectează supapa.

Debitul de aer către motor este reglat de supapa de accelerație 4. Amortizarea vibrațiilor supapelor și, împreună cu aceasta, bobina, care apar la turații mici ale motorului datorită pulsațiilor presiunii aerului în galeria de admisie, se realizează prin jeturi în sistemul de alimentare cu combustibil. Șurubul 7 situat în maneta supapei servește, de asemenea, pentru a regla cantitatea de combustibil furnizată.

Între fereastra 5 și duză 8 supapă de comandă poziționată 10, sprijinit de primăvară 13 și șei 12, pe baza membranei //, presiune constantă de injecție în „atomizatorul cu duză de 0,33 MPa la o presiune în fața supapei de 0,47 MPa.

Combustibil din rezervor 16 alimentat de o pompă electrică de combustibil 15 prin regulator de presiune 18 și filtru de combustibil 17 în camera inferioară 9 carcasa regulatorului. Presiunea constantă a combustibilului în regulator este menținută de o supapă de reducere a presiunii 14. Regulator de membrană 18 conceput pentru a menține presiunea combustibilului atunci când motorul nu funcționează. Acest lucru previne formarea de buzunare de aer și asigură o bună pornire a unui motor fierbinte. De asemenea, regulatorul încetinește creșterea presiunii combustibilului la pornirea motorului și diminuează fluctuațiile sale în conductă.

Mai multe dispozitive facilitează pornirea motorului la rece. Supapă de bypass 20, controlat de un arc bimetalic, deschide conducta de scurgere către rezervorul de combustibil în timpul pornirii la rece, ceea ce reduce presiunea combustibilului la capătul bobinei. Acest lucru supără echilibrul pârghiei și aceeași cantitate de aer intrat va corespunde unui volum mai mare de combustibil injectat. Un alt dispozitiv este un regulator de aer suplimentar 19, a cărei diafragmă este deschisă și de un arc bimetalic. Este nevoie de aer suplimentar pentru a depăși rezistența crescută la frecare a unui motor rece. Al treilea dispozitiv este un injector de combustibil 21 pornire la rece, termostat controlat 22 în jacheta de apă a motorului, care menține injectorul deschis până când lichidul de răcire a motorului atinge temperatura setată.

Echipamentul electronic al sistemului de injecție considerat benzină este limitat la minimum. Pompa electrică de combustibil este oprită când motorul este oprit și, de exemplu, într-un accident, alimentarea cu combustibil este întreruptă, ceea ce previne un incendiu în mașină. Când motorul nu funcționează, pârghia din poziția de jos apasă un comutator situat sub acesta, care întrerupe curentul furnizat starterului și bobinele de încălzire ale termostatului. Performanța injectorului la pornire la rece depinde de temperatura motorului și de timpul de funcționare al motorului.

Dacă intră mai mult aer într-un cilindru din galeria de admisie decât celelalte, atunci alimentarea cu combustibil este determinată de condițiile de funcționare ale cilindrului cu o cantitate mare de aer, adică cu un amestec slab, astfel încât să fie asigurată o aprindere fiabilă. În acest caz, cilindrii rămași vor funcționa cu amestecuri îmbogățite, ceea ce este economic neprofitabil și duce la o creștere a conținutului de substanțe nocive.

La motoarele diesel, formarea amestecului este mai dificilă, deoarece se petrece un timp foarte scurt pentru amestecarea combustibilului și a aerului. Procesul de aprindere a combustibilului începe cu o ușoară întârziere după începerea injecției de combustibil în camera de ardere. În timpul procesului de ardere, injecția de combustibil este încă în desfășurare și în astfel de condiții este imposibil să se utilizeze pe deplin aerul.

Prin urmare, la motoarele diesel trebuie să existe un exces de aer și chiar și atunci când se fumează (ceea ce indică o ardere incompletă a amestecului), oxigenul neutilizat este prezent în gazele de eșapament. Acest lucru este cauzat de amestecarea slabă a picăturilor de combustibil cu aerul. Există o lipsă de aer în centrul flăcării de combustibil, ceea ce duce la fum, deși există aer neutilizat în imediata apropiere a flăcării. Unele dintre acestea au fost deja menționate în 8.7.

Avantajul motoarelor diesel este că aprinderea amestecului este garantată chiar și cu un exces mare de aer. Neutilizarea întregii cantități de aer care intră în cilindru în timpul arderii este motivul puterii specifice relativ mici a motorului diesel pe unitate de greutate și cilindree, în ciuda raportului său ridicat de compresie.

Formarea mai perfectă a amestecului are loc la motoarele diesel cu camere de ardere separate, în care amestecul bogat în ardere din camera suplimentară intră în camera de ardere principală umplută cu aer, se amestecă bine cu acesta și arde. Acest lucru necesită mai puțin exces de aer decât cu injecția directă de combustibil, cu toate acestea, suprafața mare de răcire a pereților duce la pierderi mari de căldură, ceea ce determină o scădere a eficienței indicatorului.

13.1. FORMAREA COXIDULUI DE CARBON ȘI HIDROCARBONUL CHx

La arderea unui amestec de compoziție stoichiometrică, ar trebui să se formeze dioxid de carbon inofensiv CO2 și vapori de apă și, dacă există o lipsă de aer din cauza faptului că o parte a combustibilului arde incomplet, se adaugă în plus monoxid de carbon CO toxic și hidrocarburi nearse CHx.

Aceste componente ale gazelor de eșapament, care sunt dăunătoare sănătății, pot fi arse și inofensive. În acest scop, este necesar să furnizați aer proaspăt cu un compresor special K (Fig. 95) într-un loc din conducta de evacuare unde pot fi arși produsele dăunătoare ale unei combustii incomplete. Uneori, pentru aceasta, aerul este furnizat direct la supapa de evacuare fierbinte.

De regulă, un reactor termic pentru arderea după CO și CHx este plasat imediat în spatele motorului, direct la ieșirea gazelor de eșapament. Gaze de esapament Msunt furnizate în centrul reactorului și sunt îndepărtate din periferia acestuia în conducta de ieșire V.Suprafața exterioară a reactorului are izolație termică I.

În partea centrală cea mai încălzită a reactorului, există o cameră de incendiu încălzită de gazele de eșapament,

unde sunt arse produsele combustiei incomplete a combustibilului. Aceasta eliberează căldură, care menține reactorul la o temperatură ridicată.

Componentele ne-arse din gazele de eșapament pot fi oxidate fără combustie cu ajutorul unui catalizator. Pentru a face acest lucru, este necesar să adăugați aer secundar la gazele de eșapament, care este necesar pentru oxidare, a cărui reacție chimică este efectuată de un catalizator. Acest lucru eliberează, de asemenea, căldură. De obicei, metalele rare și prețioase servesc drept catalizator, deci este foarte scump.

Catalizatorii pot fi utilizați în orice tip de motor, dar au o durată de viață relativ scurtă. Dacă plumbul este prezent în combustibil, atunci suprafața catalizatorului este otrăvită rapid și devine inutilizabilă. Obținerea benzinei cu octanie ridicată, fără agenți antiblocare a plumbului, este un proces destul de complicat, în care se consumă mult ulei, care este inexpedient din punct de vedere economic atunci când este insuficient. Este clar că arderea ulterioară a combustibilului într-un reactor termic duce la pierderi de energie, deși combustia eliberează căldură care poate fi utilizată. Prin urmare, este recomandabil să organizați procesul în motor în așa fel încât, atunci când combustibilul este ars în el, să se formeze o cantitate minimă de substanțe nocive. În același timp, trebuie remarcat faptul că utilizarea catalizatorilor va fi inevitabilă pentru a îndeplini cerințele legislative promițătoare.

FORMAREA OXIZILOR DE AZOT NOx

Oxizii de azot, dăunători sănătății, se formează la temperaturi ridicate de ardere în condiții de compoziție stoichiometrică a amestecului. Reducerea emisiilor de compuși de azot este asociată cu anumite dificultăți, deoarece condițiile pentru reducerea lor coincid cu condițiile pentru formarea produselor nocive de ardere incompletă și invers. În același timp, temperatura de ardere poate fi redusă prin introducerea unui amestec de gaz inert sau vapori de apă.

În acest scop, se recomandă recircularea gazelor de eșapament răcite în galeria de admisie. Puterea descrescătoare rezultată necesită o îmbogățire a amestecului, o deschidere mai mare a clapetei de accelerație, care crește emisia totală de CO și CHx dăunătoare cu gazele de eșapament.

Recircularea gazelor de eșapament, împreună cu rapoarte de compresie mai mici, sincronizarea variabilă a supapei și aprinderea ulterioară, pot reduce NOx cu 80%.

Oxizii de azot sunt eliminați din gazele de eșapament folosind și metode catalitice. În acest caz, gazele de eșapament sunt trecute mai întâi printr-un catalizator de reducere, în care se reduce conținutul de NOx, apoi, împreună cu aerul suplimentar, printr-un catalizator de oxidare, unde CO și CHx sunt eliminați. O diagramă a unui astfel de sistem cu două componente este prezentată în Fig. 96.

Pentru a reduce conținutul de substanțe nocive din gazele de eșapament, se folosesc așa-numitele sonde β, care pot fi utilizate și împreună cu un catalizator cu două componente. Particularitatea sistemului cu o sondă este că aerul suplimentar pentru oxidare nu este furnizat catalizatorului, dar sonda monitorizează constant conținutul de oxigen din gazele de eșapament și controlează alimentarea cu combustibil, astfel încât compoziția amestecului să fie întotdeauna stoichiometrică. În acest caz, CO, CHx și NOx vor fi prezenți în gazele de eșapament în cantități minime.

Principiul de funcționare al sondei este că într-un interval îngust în apropierea compoziției stoichiometrice a amestecului \u003d 1, tensiunea dintre suprafețele interioare și exterioare ale sondei se modifică brusc, ceea ce servește drept impuls de control pentru dispozitivul care reglează alimentarea cu combustibil. Element de detectare 1 sonda este realizată din dioxid de zirconiu și suprafața sa 2 acoperit cu un strat de platină. Caracteristica de tensiune Us între suprafețele interioare și exterioare ale elementului sensibil este prezentată în Fig. 97.

ALTE SUBSTANȚE TOXICE

Agenții antiknock, cum ar fi plumbul tetraetil, sunt de obicei folosiți pentru a crește numărul octanic al combustibilului. Pentru a preveni depunerea compușilor de plumb pe pereții camerei de ardere și a supapelor, se folosesc așa-numiții scavengers, în special dibromoetil.

Acești compuși intră în atmosferă cu gaze de eșapament și poluează vegetația de-a lungul drumurilor. Intrând în corpul uman cu alimente, compușii din plumb îi afectează negativ sănătatea. Depunerea de plumb în catalizatorii de gaze de eșapament a fost deja menționată. În acest sens, îndepărtarea plumbului din benzină este în prezent o sarcină importantă.

Uleiul care intră în camera de ardere nu arde complet, iar conținutul de CO și CHx din gazele de eșapament crește. Pentru a elimina acest fenomen, sunt necesare etanșeitatea ridicată a inelelor pistonului și menținerea unei stări tehnice bune a motorului.

Arderea unor cantități mari de ulei este deosebit de frecventă la motoarele în doi timpi unde este adăugat la combustibil. Consecințele negative ale utilizării amestecurilor de motorină sunt parțial atenuate prin dozarea uleiului cu o pompă specială în conformitate cu sarcina motorului. Dificultăți similare există la utilizarea motorului Wankel.

De asemenea, vaporii de benzină au un efect nociv asupra sănătății umane. Prin urmare, ventilația carterului trebuie realizată astfel încât gazele și vaporii care pătrund în carter din cauza etanșeității slabe să nu pătrundă în atmosferă. Scurgerea vaporilor de benzină din rezervorul de combustibil poate fi prevenită prin adsorbția și aspirarea vaporilor în sistemul de admisie. Scurgerile de ulei din motor și cutia de viteze, poluarea mașinii ca urmare a acestui lucru cu uleiuri sunt, de asemenea, interzise pentru a menține un mediu curat.

Reducerea consumului de petrol este la fel de importantă din punct de vedere economic ca economisirea combustibilului, deoarece uleiurile sunt semnificativ mai scumpe decât combustibilul. Verificările și întreținerea periodică vor reduce consumul de ulei din cauza defecțiunilor motorului. Se pot observa scurgeri de ulei în motor, de exemplu, datorită etanșeității slabe a capacului chiulasei. Scurgerile de ulei pot contamina motorul și pot provoca un incendiu.

Scurgerile de ulei sunt, de asemenea, nesigure, datorită etanșeității etanșeității arborelui cotit. În acest caz, consumul de ulei crește considerabil, iar mașina lasă urme murdare pe drum.

Contaminarea cu ulei a unei mașini este foarte periculoasă, iar petele de ulei de sub mașină servesc drept motiv pentru a interzice funcționarea acesteia.

Scurgerea de ulei prin garnitura arborelui cotit poate pătrunde în ambreiaj și poate cauza alunecarea acestuia. Cu toate acestea, consecințe mai negative sunt cauzate de pătrunderea uleiului în camera de ardere. Și, deși consumul de ulei este relativ scăzut, dar arderea incompletă a acestuia crește emisia de componente dăunătoare cu gazele de eșapament. Uleiul ars se manifestă prin fum excesiv din mașină, care este tipic pentru motoarele în doi timpi, precum și pentru motoarele în patru timpi uzate semnificativ.

La motoarele în patru timpi, uleiul pătrunde în camera de ardere prin inelele pistonului, ceea ce se observă mai ales atunci când acestea și cilindrul sunt puternic uzate. Motivul principal pentru pătrunderea uleiului în camera de ardere este potrivirea inegală a inelelor de compresie la circumferința cilindrului. Uleiul este golit de pereții cilindrului prin orificiile și inelele inelului răzuitorului de ulei.

Prin spațiul dintre tijă și ghidajul supapei de admisie, uleiul intră cu ușurință în galeria de admisie acolo unde există un vid. Acest lucru este valabil mai ales atunci când se utilizează uleiuri cu vâscozitate redusă. Fluxul de ulei prin acest ansamblu poate fi prevenit prin utilizarea unui presetop din cauciuc la capătul ghidajului supapei.

Gazele carterului motorului, care conțin multe substanțe dăunătoare, sunt de obicei evacuate de o conductă specială în sistemul de admisie. Trecând de la acesta la cilindru, gazele carterului ard împreună cu amestecul aer-combustibil.

Uleiurile cu vâscozitate redusă reduc pierderile de frecare, îmbunătățesc eficiența mecanică a motorului și reduc consumul de combustibil. Cu toate acestea, nu se recomandă utilizarea uleiurilor cu o vâscozitate mai mică decât cea prescrisă de standarde. Acest lucru poate determina un consum crescut de ulei și uzura mare a motorului.

Datorită necesității de a economisi petrol, colectarea și utilizarea uleiurilor uzate devin o problemă din ce în ce mai importantă. Prin regenerarea uleiurilor vechi, se poate obține o cantitate semnificativă de lubrifianți lichizi de calitate și, în același timp, previne poluarea mediului prin oprirea deversării uleiurilor uzate în fluxurile de apă.

DETERMINAREA SUMEI ADMISIBILE DE SUBSTANȚE PERICULOASE

Eliminarea substanțelor nocive din gazele de eșapament este o sarcină destul de dificilă. În concentrații mari, aceste componente sunt foarte dăunătoare sănătății. Desigur, este imposibil să se schimbe imediat situația actuală, mai ales în ceea ce privește parcarea exploatată. Din acest motiv, reglementările legale pentru controlul substanțelor nocive din gazele de eșapament au fost proiectate pentru vehiculele noi care sunt produse. Aceste reglementări vor fi îmbunătățite treptat, luând în considerare noile progrese în știință și tehnologie.

Curățarea gazelor de eșapament este asociată cu o creștere a consumului de combustibil cu aproape 10%, o scădere a puterii motorului și o creștere a costului mașinii. În același timp, crește și costul întreținerii vehiculului. Catalizatorii sunt, de asemenea, scumpi, deoarece componentele lor sunt compuse din metale rare. Durata de viață ar trebui calculată pentru 80.000 km din kilometrajul vehiculului, dar nu a fost încă atinsă. Catalizatorii folosiți în prezent durează aproximativ 40.000 km folosind benzină fără plumb.

Situația actuală pune la îndoială eficacitatea reglementărilor stricte privind conținutul de impurități dăunătoare, deoarece aceasta determină o creștere semnificativă a costului mașinii și a funcționării acesteia și, de asemenea, duce, ca urmare, la creșterea consumului de ulei.

Îndeplinirea cerințelor stricte de puritate a gazelor de eșapament prezentate în viitor cu starea actuală a motoarelor pe benzină și diesel nu este încă posibilă. Prin urmare, este recomandabil să acordați atenție unei schimbări radicale a centralei electrice a autovehiculelor.

Conform teoriei lui Carnot, suntem obligați să transferăm o parte din energia termică furnizată ciclului în mediu și această parte depinde de diferența de temperatură dintre sursele de căldură fierbinți și reci.

Secretul broaștei țestoase

O caracteristică a tuturor motoarelor termice care respectă teoria Carnot este utilizarea procesului de expansiune a fluidului de lucru, care face posibilă obținerea de lucrări mecanice în cilindrii motoarelor cu piston și în rotoarele turbinelor. Punctul culminant al tehnologiei actuale de căldură și energie în ceea ce privește eficiența transformării căldurii în muncă sunt centralele cu ciclu combinat. La acestea, eficiența depășește 60%, cu diferențe de temperatură peste 1000 ° C.

În biologia experimentală în urmă cu mai bine de 50 de ani, s-au stabilit fapte uimitoare care contrazic conceptele bine stabilite ale termodinamicii clasice. Astfel, eficiența activității musculare a țestoasei atinge o eficiență de 75-80%. Mai mult, diferența de temperatură din cușcă nu depășește fracțiunile de grad. Mai mult, atât într-un motor termic, cât și într-o celulă, energia legăturilor chimice este mai întâi transformată în căldură în reacțiile de oxidare, iar apoi căldura este transformată în lucru mecanic. Termodinamica în această privință preferă să tacă. Potrivit canoanelor sale, pentru o astfel de eficiență, sunt necesare diferențe de temperatură care sunt incompatibile cu viața. Care este secretul broaștei țestoase?

Procese tradiționale

De la momentul motorului cu aburi Watt, primul motor termic produs în serie, până în prezent, teoria motoarelor termice și soluțiile tehnice pentru implementarea lor au parcurs un drum lung de evoluție. Această direcție a dat naștere unui număr imens de dezvoltări de proiectare și procese fizice conexe, sarcina generală a căreia a fost conversia energiei termice în lucrări mecanice. Conceptul de „compensare pentru conversia căldurii în muncă” a fost neschimbat pentru întreaga varietate de motoare termice. Acest concept este perceput astăzi ca o cunoaștere absolută, dovedită zilnic de orice practică cunoscută a activității umane. Rețineți că faptele practicii cunoscute nu sunt deloc baza cunoașterii absolute, ci doar baza de cunoștințe a acestei practici. De exemplu, avioanele nu zburau întotdeauna.

Un dezavantaj tehnologic comun al motoarelor termice actuale (motoare cu ardere internă, turbine cu gaz și abur, rachete) este necesitatea de a transfera în mediu cea mai mare parte a căldurii furnizate ciclului motorului termic. Acesta este în principal motivul pentru care au o eficiență și o economie reduse.

Să acordăm o atenție specială faptului că toate motoarele termice listate folosesc procesele de expansiune a fluidului de lucru pentru a transforma căldura în lucru. Aceste procese fac posibilă transformarea energiei potențiale a sistemului termic în energia cinetică cooperativă a fluxurilor fluidului de lucru și apoi în energia mecanică a părților în mișcare ale mașinilor de căldură (pistoane și rotoare).

Să remarcăm încă un fapt, deși trivial, că motoarele termice funcționează într-o atmosferă de aer sub compresie constantă a forțelor gravitaționale. Forțele gravitaționale creează presiunea mediului. Compensația pentru transformarea căldurii în muncă este asociată cu necesitatea de a efectua lucrări împotriva forțelor gravitaționale (sau, echivalent, împotriva presiunii mediului cauzate de forțele gravitaționale). Combinarea celor două fapte menționate mai sus duce la „inferioritatea” tuturor motoarelor termice moderne, la necesitatea de a transfera o parte din căldura furnizată ciclului în mediu.

Natura compensației

Natura compensării pentru transformarea căldurii în lucru este aceea că 1 kg de fluid de lucru la ieșirea din motorul termic are un volum mai mare - sub influența proceselor de expansiune în interiorul mașinii - decât volumul de la intrarea în motorul termic.

Acest lucru înseamnă că, prin antrenarea a 1 kg de fluid de lucru prin motorul termic, extindem atmosfera cu o cantitate, pentru care este necesar să se lucreze împotriva forțelor gravitaționale - munca de împingere.

O parte din energia mecanică primită în mașină este cheltuită pentru aceasta. Cu toate acestea, împingerea muncii este doar o parte din costul energiei de compensare. A doua parte a costurilor este asociată cu faptul că 1 kg de fluid de lucru la evacuarea de la motorul termic în atmosferă trebuie să aibă aceeași presiune atmosferică ca la intrarea în mașină, dar cu un volum mai mare. Și pentru aceasta, în conformitate cu ecuația stării gazoase, trebuie să aibă și o temperatură mai ridicată, adică suntem obligați să transferăm energie internă suplimentară la un kilogram de fluid de lucru într-un motor termic. Aceasta este a doua componentă a compensării pentru transformarea căldurii în muncă.

Natura compensației este formată din aceste două componente. Să fim atenți la interdependența celor două componente de compensare. Cu cât volumul fluidului de lucru la eșapament de la motorul termic este mai mare comparativ cu volumul de la intrare, cu atât este mai mare nu numai munca de extindere a atmosferei, ci și creșterea necesară a energiei interne, adică încălzirea fluidului de lucru la eșapament. Și invers, dacă, datorită regenerării, temperatura fluidului de lucru la evacuare este redusă, atunci în conformitate cu ecuația stării gazului, volumul fluidului de lucru va scădea și, prin urmare, munca de împingere. Dacă efectuăm o regenerare profundă și reducem temperatura fluidului de lucru la evacuare la temperatura de la intrare și, prin urmare, egalăm simultan volumul unui kilogram de fluid de lucru la evacuare la volumul de la intrare, atunci compensarea pentru conversia căldurii în lucru va fi zero.

Dar există un mod fundamental diferit de a transforma căldura în muncă, fără a utiliza procesul de expansiune a fluidului de lucru. În această metodă, un lichid incompresibil este utilizat ca fluid de lucru. Volumul specific al fluidului de lucru în procesul ciclic de conversie a căldurii în lucru rămâne constant. Din acest motiv, nu există o expansiune a atmosferei și, în consecință, nu există un consum de energie, tipic pentru motoarele termice care utilizează procese de expansiune. Nu este nevoie să compensați transformarea căldurii în muncă. Acest lucru este posibil în burduf. Alimentarea cu căldură a unui volum constant de fluid incompresibil duce la o creștere bruscă a presiunii. Deci, încălzirea apei la un volum constant cu 1 ºС duce la o creștere a presiunii cu cinci atmosfere. Acest efect este folosit pentru a schimba forma (avem compresie) burdufului și pentru a efectua lucrări.

Motor cu piston cu burduf

Motorul termic propus în considerare implementează modul fundamental diferit de transformare a căldurii în lucru. Această instalație, excluzând transferul majorității căldurii furnizate în mediu, nu necesită compensare pentru conversia căldurii în lucru.

Pentru a realiza aceste posibilități, este propus un motor termic, care conține cilindri de lucru, a căror cavitate interioară este unită prin intermediul unei conducte de bypass cu supape de control. Este umplut ca mediu de lucru cu apă clocotită (abur umed cu un grad de uscare de ordinul 0,05-0,1). Pistoanele cu burduf sunt amplasate în interiorul cilindrilor de lucru, a căror cavitate internă este unită prin intermediul unei conducte de bypass într-un singur volum. Cavitatea interioară a pistoanelor burdufului este conectată la atmosferă, ceea ce asigură o presiune atmosferică constantă în interiorul volumului burdufului.

Pistoanele burdufului sunt conectate printr-un glisor cu un mecanism cu manivelă care transformă forța de tracțiune a pistoanelor burdufului în mișcarea de rotație a arborelui cotit.

Cilindrii de lucru sunt localizați în volumul vasului umplut cu ulei de transformare sau turbină care fierbe. Uleiul care fierbe în vas este asigurat de furnizarea de căldură dintr-o sursă externă. Fiecare cilindru de lucru are o carcasă termoizolantă detașabilă, care, la momentul potrivit, fie acoperă cilindrul, oprind procesul de transfer de căldură între uleiul de fierbere și cilindru, fie eliberează suprafața cilindrului de lucru și, în același timp, asigură transferul căldurii din uleiul de fierbere la fluidul de lucru al cilindrului.

Cojile sunt împărțite de-a lungul lungimii în secțiuni cilindrice separate, formate din două jumătăți, cochilii, atunci când se apropie de cilindru. O caracteristică de proiectare este dispunerea cilindrilor de lucru de-a lungul unei axe. Tija oferă interacțiune mecanică între pistoanele burdufului diferiților cilindri.

Pistonul burdufului, realizat sub formă de burduf, este fixat pe o parte cu o conductă care leagă cavitățile interioare ale pistoanelor burdufului cu peretele despărțitor al corpului cilindrului de lucru. Cealaltă parte, atașată glisorului, este mobilă și se deplasează (comprimată) în cavitatea interioară a cilindrului de lucru sub influența presiunii crescute a corpului de lucru al cilindrului.

Un burduf este un tub ondulat cu pereți subțiri sau cameră realizată din oțel, alamă, bronz, întindere sau comprimare (ca un arc), în funcție de diferența de presiune din interior și din exterior sau de o forță externă.

Pistonul burdufului, pe de altă parte, este fabricat din material neconductiv termic. Este posibilă fabricarea pistonului din materialele menționate mai sus, dar acoperite cu un strat neconductiv termic. De asemenea, pistonul nu are proprietăți de arc. Comprimarea sa are loc numai sub influența diferenței de presiune de-a lungul laturilor burdufului, iar extensia - sub influența tijei.

Funcționarea motorului

Motorul termic funcționează după cum urmează.

Să începem descrierea ciclului de funcționare al unui motor termic cu situația prezentată în figură. Pistonul de burduf al primului cilindru este complet extins, iar pistonul de burduf al celui de-al doilea cilindru este complet comprimat. Carcasele termoizolante de pe cilindri sunt strânse ferm împotriva lor. Supapa de pe conductă care leagă cavitățile interioare ale cilindrilor de lucru este închisă. Temperatura uleiului din recipientul de ulei în care se află cilindrii este adusă la fierbere. Presiunea uleiului care fierbe în cavitatea vasului, fluidul de lucru din interiorul cavităților cilindrilor de lucru, este egală cu presiunea atmosferică. Presiunea din interiorul cavităților pistoanelor burdufului este întotdeauna egală cu cea atmosferică - deoarece acestea sunt conectate la atmosferă.

Starea fluidului de lucru al cilindrilor corespunde punctului 1. În acest moment, fitingurile și carcasa termoizolantă de pe primul cilindru se deschid. Cojile carcasei termoizolante se îndepărtează de suprafața învelișului cilindrului 1. În această stare, se asigură transferul de căldură din uleiul care fierbe în vasul în care se află cilindrii la fluidul de lucru al primului cilindru. Pe de altă parte, manta termoizolantă de pe al doilea cilindru se potrivește strâns cu suprafața carcasei cilindrului. Învelișul carcasei termoizolante este presat pe suprafața învelișului cilindrului 2. Astfel, transferul de căldură din uleiul care fierbe în fluidul de lucru al cilindrului 2 este imposibil. Deoarece temperatura uleiului care fierbe la presiunea atmosferică (aproximativ 350 ° C) în cavitatea vasului care conține cilindrii este mai mare decât temperatura apei care fierbe la presiunea atmosferică (abur umed cu un grad de uscare de 0,05-0,1) în cavitatea primului cilindru, transfer intensiv de energie termică din uleiul care fierbe în fluidul de lucru (apă clocotită) al primului cilindru.

Cum se face munca

În timpul funcționării unui motor cu piston cu burduf, apare un moment semnificativ dăunător.

Căldura este transferată din zona de lucru a acordeonului burduf, unde căldura este transformată în lucru mecanic, în zona care nu funcționează în timpul mișcării ciclice a fluidului de lucru. Acest lucru este inacceptabil, deoarece încălzirea fluidului de lucru în afara zonei de lucru duce la o scădere de presiune pe burduful inoperant. Astfel, va apărea o forță dăunătoare împotriva producției de muncă utilă.

Pierderile cauzate de răcirea fluidului de lucru într-un motor cu piston cu burduf nu sunt la fel de inevitabile ca pierderile de căldură din teoria lui Carnot pentru ciclurile cu procese de expansiune. Pierderile de răcire ale unui motor cu piston cu burduf pot fi reduse la o valoare arbitrară mică. Rețineți că această lucrare tratează eficiența termică. Eficiența relativă internă asociată cu frecarea și alte pierderi tehnice rămâne la nivelul motoarelor actuale.

În motorul termic descris poate exista orice număr de cilindri de lucru asociați, în funcție de puterea necesară și de alte condiții de proiectare.

La scăderi mici de temperatură

În natura din jurul nostru, există în mod constant diferite diferențe de temperatură.

De exemplu, diferențele de temperatură între straturile de apă de diferite înălțimi în mări și oceane, între apele și masele de aer, scăderea temperaturii în apropierea izvoarelor termice etc. Să ne arătăm posibilitatea ca un motor cu burduf-piston să funcționeze la scăderi naturale de temperatură, folosind surse de energie regenerabile. Să facem estimări pentru condițiile climatice din Arctica.

Stratul rece de apă începe de la marginea inferioară a gheții, unde temperatura sa este de 0 ° С și până la + 4-5 ° С. În această zonă, vom elimina acea cantitate mică de căldură care este preluată din conducta de ocolire pentru a menține un nivel constant de temperatură a fluidului de lucru în zonele nelucrătoare ale cilindrilor. Pentru un circuit (conductă de căldură) care elimină căldura, selectăm butilen cis-2 - B ca purtător de căldură (punctul de fierbere - temperatura de condensare la presiunea atmosferică este +3,7 ° C) sau butinul 1 - B (punctul de fierbere + 8,1 ° C) ... Stratul de apă caldă în adâncime este determinat în intervalul de temperatură de 10-15 ° С. Aici coborâm motorul cu burduf. Cilindrii de lucru sunt în contact direct cu apa de mare. Ca fluid de lucru al cilindrilor, selectăm substanțe care au un punct de fierbere la presiune atmosferică sub temperatura stratului cald. Acest lucru este necesar pentru a asigura transferul de căldură din apa de mare la fluidul de lucru al motorului. Clorura de bor (punctul de fierbere +12,5 ° C), butadiena 1,2 - B (punctul de fierbere +10,85 ° C), eterul vinilic (punctul de fierbere +12 ° C) pot fi oferite ca fluid de lucru al cilindrilor.

Există un număr mare de substanțe anorganice și organice care îndeplinesc aceste condiții. Circuitele de încălzire cu astfel de purtători de căldură selectați vor funcționa în modul conductă de căldură (în modul de fierbere), ceea ce va asigura transferul capacităților de căldură ridicate cu scăderi mici de temperatură. Căderea de presiune între partea exterioară și cavitatea interioară a burdufului, înmulțită cu aria burdufului acordeon, creează o forță pe culisă și generează puterea motorului proporțională cu puterea furnizată cilindrului de căldură.

Dacă temperatura de încălzire a fluidului de lucru este redusă de zece ori (cu 0,1 ° C), atunci scăderea de presiune de-a lungul laturilor burdufului va scădea, de asemenea, de aproximativ zece ori, până la 0,5 atmosfere. Dacă, în acest caz, zona acordeonului burduf este, de asemenea, mărită de zece ori (prin creșterea numărului de secțiuni de acordeon), atunci forța de pe alunecare și puterea dezvoltată vor rămâne neschimbate, cu o alimentare constantă de căldură a cilindrului. Acest lucru va permite, în primul rând, utilizarea de picături naturale foarte mici de temperatură și, în al doilea rând, reducerea drastică a încălzirii dăunătoare a fluidului de lucru și eliminarea căldurii în mediu, ceea ce va face posibilă obținerea unei eficiențe ridicate. Deși există o dorință de înalt. Estimările arată că puterea motorului la schimbările naturale de temperatură poate fi de până la câteva zeci de kilowați pe metru pătrat de suprafață conductoare de căldură a cilindrului de lucru. În ciclul considerat, nu există temperaturi și presiuni ridicate, ceea ce reduce semnificativ costul instalației. Motorul, atunci când funcționează la schimbări naturale de temperatură, nu emite emisii nocive în mediu.

Ca o concluzie, autorul ar dori să spună următoarele. Postulul „compensației pentru transformarea căldurii în muncă” și poziția ireconciliabilă a purtătorilor acestor amăgiri, mult dincolo de sfera decenței polemice, legate de gândirea inginerească creativă, au dat naștere unui nod strâns de probleme. Trebuie remarcat faptul că inginerii au inventat mult timp burduful și este utilizat pe scară largă în automatizare ca element de putere care transformă căldura în lucru. Dar situația actuală în termodinamică nu permite un studiu teoretic și experimental obiectiv al lucrării sale.

Dezvăluirea naturii deficiențelor tehnologice ale motoarelor termice moderne a arătat că „compensarea transformării căldurii în muncă” în interpretarea sa stabilită și problemele și consecințele negative cu care s-a confruntat lumea modernă din acest motiv nu este altceva decât compensarea cunoștințelor incomplete.