Me çfarë formula është efikasiteti i motorit. Parimi i funksionimit të motorëve të nxehtësisë

Puna e bërë nga motori është e barabartë me:

Për herë të parë ky proces u konsiderua nga inxhinieri dhe shkencëtari francez N. LS Carnot në 1824 në librin "Reflektime mbi forcën lëvizëse të zjarrit dhe në makineritë e afta për të zhvilluar këtë forcë".

Qëllimi i kërkimit të Carnot ishte të zbulonte arsyet e papërsosmërisë së motorëve të ngrohjes të asaj kohe (ato kishin një efikasitet prej ≤ 5%) dhe të gjenin mënyra për t'i përmirësuar ato.

Cikli Carnot është më efikasi i mundshëm. Efikasiteti i tij është maksimal.

Figura tregon proceset termodinamike të ciklit. Në procesin e zgjerimit izotermik (1-2) në një temperaturë T 1 , puna bëhet duke ndryshuar energjinë e brendshme të ngrohësit, domethënë duke furnizuar sasinë e nxehtësisë në gaz Pyetje:

A 12 = Pyetje 1 ,

Ftohja e gazit para kompresimit (3-4) ndodh gjatë zgjerimit adiabatik (2-3). Ndryshimi në energjinë e brendshme ΔU 23 në procesin adiabatik ( Q \u003d 0) shndërrohet plotësisht në punë mekanike:

A 23 \u003d -ΔU 23 ,

Temperatura e gazit si rezultat i zgjerimit adiabatik (2-3) ulet në temperaturën e frigoriferit T 2 < T 1 ... Në proces (3-4), gazi është i kompresuar në mënyrë izotermike, duke transferuar sasinë e nxehtësisë në frigorifer P 2:

A 34 \u003d P 2,

Cikli përfundon me procesin e kompresimit adiabatik (4-1), në të cilin gazi nxehet në një temperaturë T 1.

Vlera maksimale e efikasitetit të motorëve të nxehtësisë që punojnë në gaz ideal, sipas ciklit Carnot:

.

Thelbi i formulës shprehet në provuar NGA... Teorema e Carnot-it se efikasiteti i cilitdo motor nxehtësie nuk mund të tejkalojë efikasitetin e ciklit Carnot të kryer në të njëjtën temperaturë të ngrohësit dhe frigoriferit.

Ndoshta të gjithë kanë menduar për efikasitetin (Koeficientin e Efikasitetit) të një motori me djegie të brendshme. Mbi të gjitha, sa më i lartë të jetë ky tregues, aq më me efikasitet funksionon njësia e energjisë. Më efektive në këtë moment është konsideruar tip elektrik, efikasiteti i tij mund të arrijë deri në 90 - 95%, por për motorët me djegie të brendshme, qofshin ato naftë ose benzinë, për ta thënë butë, është larg idealit ...

Të them të drejtën, versionet moderne të motorëve janë shumë më efikase sesa homologët e tyre, të cilët u lëshuan 10 vjet më parë, dhe ka shumë arsye për këtë. Mendoni vetë për versionin 1.6 litërsh, ai prodhoi vetëm 60 - 70 kf. Dhe tani kjo vlerë mund të arrijë 130 - 150 kf. Kjo është një punë e përpiktë për rritjen e efikasitetit, në të cilën secili "hap i vogël" jepet nga prova dhe gabime. Sidoqoftë, le të fillojmë me një përkufizim.

Theshtë vlera e raportit të dy madhësive, fuqia që furnizohet bosht me gunga motor në fuqinë e marrë nga pistoni, për shkak të presionit të gazrave që formohen nga ndezja e karburantit.

Në terma të thjeshtë, ky është shndërrimi i energjisë termike ose termike që shfaqet gjatë djegies përzierje karburanti (ajri dhe benzina) në mekanike. Duhet të theksohet se kjo tashmë ka ndodhur, për shembull, me termocentrale me avull - gjithashtu karburant, nën ndikimin e temperaturës, shtyu pistonat e njësive. Sidoqoftë, instalimet atje ishin shumë herë më të mëdha, dhe karburanti në vetvete ishte i fortë (zakonisht qymyr ose dru zjarri), gjë që e bënte të vështirë transportimin dhe funksionimin, ishte vazhdimisht e nevojshme të "ushqehej" në furre me lopata. Motorët me djegie të brendshme janë shumë më kompakte dhe më të lehtë se ato me "avull", dhe karburantet janë shumë më të lehta për tu ruajtur dhe transportuar.

Më shumë rreth humbjeve

Duke parë përpara, me besim mund të themi se efikasiteti motor benzine është në intervalin nga 20 në 25%. Dhe ka shumë arsye për këtë. Nëse marrim karburantin në hyrje dhe e rillogarisim atë në përqindje, atëherë ne marrim një lloj "100% të energjisë" që transferohet në motor, dhe pastaj pasojnë humbjet:

1) Efikasiteti i karburantit ... Jo të gjitha djegiet e karburantit, një pjesë e vogël e saj largohet nga gazrat e shkarkimit, në këtë nivel ne tashmë humbasim deri në 25% efikasitet. Sigurisht tani sistemet e karburantit janë duke u përmirësuar, një injektor është shfaqur, por është larg idealit.

2) E dyta është humbja e nxehtësisë.dhe ... Motori nxehet vetë dhe shumë elementë të tjerë, siç janë radiatorët, trupi i tij, lëngu që qarkullon në të. Gjithashtu, një pjesë e nxehtësisë largohet nga gazrat e shkarkimit... Për të gjitha këto, ka ende deri në 35% humbje të efikasitetit.

3) E treta janë humbjet mekanike ... N all të gjitha llojet e pistonave, shufrave lidhëse, unazave - të gjitha vendet ku ka fërkime. Kjo gjithashtu mund të përfshijë humbje nga ngarkesa e gjeneratorit, për shembull, sa më shumë energji elektrike që gjeneron gjeneratori, aq më shumë ngadalëson rrotullimin e boshtit të boshtit. Sigurisht, lubrifikantët gjithashtu kanë ecur përpara, por përsëri, askush nuk ka qenë ende në gjendje të mposhtë plotësisht fërkimet - një tjetër humbje prej 20%

Kështu, në fund të fundit, efikasiteti është rreth 20%! Sigurisht, nga opsionet e benzinës ka opsione të jashtëzakonshme, në të cilat kjo shifër është rritur në 25%, por nuk ka aq shumë prej tyre.

Kjo është, nëse makina juaj konsumon 10 litra karburant për 100 km, atëherë vetëm 2 litra prej tyre do të shkojnë direkt në punë, dhe pjesa tjetër janë humbje!

Sigurisht, mund ta rritni fuqinë, për shembull, duke mërzitur kokën, shikoni një video të shkurtër.

Nëse ju kujtohet formula, rezulton:

Cili motor ka efikasitetin më të lartë?

Tani dua të flas për opsionet e benzinës dhe naftës dhe të zbuloj se cili prej tyre është më efikasi.

Për ta thënë me terma të thjeshtë dhe për të mos hyrë në xhungël të termave teknikë, atëherë - nëse krahasojmë dy faktorë të efikasitetit - sigurisht që nafta është më efikase, dhe ja pse:

1) Një motor benzinë \u200b\u200bshndërron vetëm 25% të energjisë në energji mekanike, ndërsa një motor nafte shndërron rreth 40%.

2) Nëse pajisni llojin e naftës me një karikues turbo, atëherë mund të arrini një efikasitet prej 50-53%, dhe kjo është shumë domethënëse.

Atëherë pse është kaq efektive? Gjithçka është e thjeshtë - pavarësisht nga lloji i ngjashëm i punës (të dyja janë njësi me djegie të brendshme), dizeli bën punën e tij shumë më me efektshmëri. Ka ngjeshje më të madhe dhe karburantit ndizet nga një parim tjetër. Nxehet më pak, që do të thotë se ka kursime në ftohje, ka më pak valvola (kursime në fërkime), gjithashtu nuk ka mbështjellje të zakonshme të ndezjes dhe kandela, që do të thotë se nuk kërkohen kosto shtesë të energjisë nga gjeneratori. Funksionon me rrotullime më të ulëta, nuk keni nevojë të rrotulloni boshtin e boshtit çmendurisht - gjithçka bën opsioni naftë kampion në efikasitet.

Rreth efikasitetit të karburantit dizel

Nga një vlerë më e lartë e efikasitetit, rrjedh edhe efikasiteti i karburantit. Kështu, për shembull, një motor 1.6 litërsh mund të konsumojë vetëm 3 - 5 litra në qytet, në ndryshim nga lloji i benzinës, ku shpejtësia e rrjedhjes është 7 - 12 litra. Një motor me naftë ka shumë, vetë motori shpesh është më kompakt dhe më i lehtë, dhe gjithashtu më miqësor ndaj mjedisit kohët e fundit. Të gjitha këto pika pozitive janë arritur për shkak të vlerës më të madhe, ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë midis efikasitetit dhe shtypjes, ne shikojmë në një pllakë të vogël.

Sidoqoftë, përkundër të gjitha avantazheve, ai gjithashtu ka shumë disavantazhe.

Siç bëhet e qartë, efikasiteti i motorit me djegie të brendshme është larg idealit, kështu që e ardhmja është padyshim në opsionet elektrike - mbetet vetëm të gjesh bateri efikase, të cilët nuk kanë frikë nga acar dhe mbajnë një ngarkesë për një kohë të gjatë.

Koeficienti i performancës (COP) është një karakteristikë e performancës së një sistemi për sa i përket konvertimit ose transferimit të energjisë, e cila përcaktohet nga raporti i energjisë së dobishme të përdorur me energjinë totale të marrë nga sistemi.

Efikasiteti - sasia është pa dimension, zakonisht shprehet si përqindje:

Efikasiteti (efikasiteti) i një motori ngrohës përcaktohet nga formula :, ku A \u003d Q1Q2. Efikasiteti i një motori ngrohës është gjithmonë më i vogël se 1.

Cikli Carnot është një proces qarkor i kthyeshëm i gazit, i cili përbëhet nga dy procese izotermike të njëpasnjëshme dhe dy procese adiabatike të kryera me një lëng pune.

Cikli rrethor, i cili përfshin dy izotermë dhe dy adiabate, korrespondon me efikasitetin maksimal.

Inxhinieri francez Sadi Carnot në 1824 nxori një formulë për efikasitetin maksimal të një motori ideal të nxehtësisë, ku lëngu i punës është gaz ideal, cikli i të cilave përbëhej nga dy izotermë dhe dy adiabate, d.m.th., cikli Carnot. Cikli Carnot është një cikël i vërtetë pune i një motori ngrohje që kryen punë për shkak të nxehtësisë së furnizuar me lëngun e punës në një proces izotermik.

Formula për efikasitetin e ciklit Carnot, d.m.th. efikasiteti maksimal i një motori ngrohje, ka formën: , ku T1 është temperatura absolute e ngrohësit, T2 është temperatura absolute e frigoriferit.

Motorët e nxehtësisë - këto janë struktura në të cilat energjia e nxehtësisë shndërrohet në energji mekanike.

Motorët e nxehtësisë janë të shumëllojshëm si në dizajn ashtu edhe në qëllim. Kjo perfshin motorët me avull, turbina me avull, motorë me djegie të brendshme, motorë jet.

Sidoqoftë, përkundër larmisë, ekzistojnë tipare të përbashkëta në parimin e funksionimit të motorëve të ndryshëm të nxehtësisë. Komponentët kryesorë të secilit motor nxehtësie janë:

• ngrohës;
• trupi punues;
• frigorifer

Ngrohësi lëshon energji termike dhe nxehet lëngu i punës, i cili ndodhet në dhomën e punës së motorit. Mjedisi i punës mund të jetë avull ose gaz.

Duke marrë sasinë e nxehtësisë, gazi zgjerohet, sepse presioni i tij është më i madh se presioni i jashtëm dhe lëviz pistonin, duke prodhuar punë pozitive. Në të njëjtën kohë, presioni i saj bie, dhe vëllimi rritet.

Nëse ngjesh një gaz, duke kaluar nëpër të njëjtat gjendje, por në drejtimi i kundërt, atëherë ne do të bëjmë të njëjtën gjë në vlerë absolute, por punë negative. Si rezultat, e gjithë puna për cikël do të jetë zero.

Që puna e motorit të nxehtësisë të jetë e ndryshme nga zero, puna e kompresimit të gazit duhet të jetë më e vogël se puna e zgjerimit.

Në mënyrë që puna e kompresimit të bëhet më pak se puna e zgjerimit, është e nevojshme që procesi i ngjeshjes të zhvillohet në një temperaturë më të ulët, për këtë lëngu i punës duhet të ftohet, prandaj një frigorifer përfshihet në projektin e motorit të nxehtësisë. Lëngu i punës jep sasinë e nxehtësisë kur bie në kontakt me frigoriferin.

Efikasiteti (efikasiteti) është shkalla e efikasitetit të përdorimit të energjisë së karburantit në motor, aq më e lartë është, aq më shumë energji termike nga djegia e karburantit shndërrohet në motor në energji mekanike të rrotullimit të boshtit kryesor. Sa më pak që motori konsumon karburant për njësi të energjisë së daljes.

NENI # 1

EFIKASITETI I ENGINES - TONIFIKIMI I IDEVE GLOBALE,
A ka ndonjë perspektivë për përmirësimin e motorëve?

Motorët modernë me djegie të brendshme ende shumë dekada më parë - me ardhjen e injeksion direkt dhe sistemet turbocharruese për ajrin që hyn në cilindra kanë arritur vlerat e sotme të efikasitetit dhe efikasitetit të karburantit. Prandaj, sot korporatat globale - prodhuesit e motorëve për makina dhe pajisje të tjera shpenzojnë para të mëdha dhe shumë vite përpjekjesh për të rritur efikasitetin me vetëm 2 - 3% për shkak të kostove të larta dhe ndërlikimeve të rëndësishme të dizajnit të motorit. Përpjekjet dhe kostot rezultojnë plotësisht të pakrahasueshme me rezultatet e marra. Rezultati i gjithë kësaj - si në proverbin e famshëm - "mali lindi një mi".
Nga rruga, kjo është arsyeja pse në të gjitha vendet e mëdha ekziston një industri e tërë e "akordimit të motorit", dmth. një numër i madh i firmave të vogla, seminare gjysëm artizanale dhe specialistë individualë të cilët marrin përsipër të sjellin disi motorët standardë të markave të makinave në masë performancë e lartë fuqia, çift rrotullimi, etj. Dmth. nënshtroni motorin në rregullimin, rishikimin, forcimin, etj. truket, të cilat përkufizohen gjerësisht si akordimi i motorit.

Por të gjitha këto masa dhe veprime teknike në motorë janë shumë standarde në natyrë, dhe të gjitha këto akordime janë ide për të paktën gjysmëqind vjet. Më lejoni t'ju kujtoj se karburanti i ajrit që hyn në motor u aplikua me sukses në vitet 1920 dhe patenta e parë në SHBA për një pajisje të tillë u mor nga inxhinieri zviceran Alfred Büchi tashmë në 1905 ... motorë pistoni aviacioni ushtarak tashmë në periudhën fillestare të Luftës së Dytë Botërore. Ata. të gjitha moderne "të përparuara" sistemet teknike lufta për të përmirësuar efikasitetin dhe efikasitetin e karburantit të motorëve është tashmë nën njëqind vjeç, ose edhe më shumë. Me të gjitha këto hile, gjenerali Efikasiteti i më të mirëve motorët me benzinë \u200b\u200b(me ndezje të detyruar me shkëndijë) nuk kalon 25-30%, dhe efikasiteti i më të mirëve motorë me naftë në versionet e tyre më ekonomike me madhësi të madhe (të cilat kanë shumë pajisje shtesë komplekse) për shumë dekada nuk mund të shkojë përtej 40-45%. Motorët me naftë të vogël kanë 10 për qind efikasitet më të ulët.

Në këtë artikull, ne do të përpiqemi të përshkruajmë shkurtimisht dhe në gjuhën popullore detyrat kryesore dhe të përcaktojmë mundësitë teorike të krijimit të një motori me djegie të brendshme me një efikasitet të sigurt mbi 50%.

* * * Pra - efikasiteti i motorit, duke gjykuar nga librat shkollorë për universitetet teknike përbëhet nga dy vlera: efikasiteti termodinamik dhe efikasiteti mekanik .

Vlera e parë tregon se sa nga nxehtësia e gjeneruar në motor shndërrohet në punë të dobishme dhe sa humbet në hapësirën përreth. Efikasiteti mekanik tregon se sa shumë nga puna aktive e motorit harxhohet kot në tejkalimin e rezistencave të ndryshme mekanike dhe ngarjen e pajisjeve shtesë në vetë motorin.

Por për disa arsye, në të gjitha librat shkollorë, koncepti i "efikasitetit të karburantit" nuk është futur në konceptin e efikasitetit të përgjithshëm. Kjo është, një vlerë që do të tregojë se sa karburant digjet në mënyrë të dobishme dhe shndërrohet në nxehtësi dhe vëllimin e gazrave të punës, dhe sa karburant nuk digjet dhe shkon në shkarkim në formën e avullit të karburantit ose produkteve të djegies së tij të paplotë. Shtë kjo pjesë e djegur e karburantit në makinat moderne "shumë efikase" që digjet në katalizatorë që janë instaluar në tubat e shkarkimit. Ata. shkarkimi për shkak të përdorimit të këtyre sistemeve rezulton të jetë mjaft i pastër, por ky sistem në asnjë mënyrë nuk përmirëson efikasitetin e karburantit dhe efikasitetin e motorit. Përkundrazi, zvogëlon - sepse në mënyrë që të "pompojë" një pjesë të gazrave të shkarkimit përmes "rrjetës së dendur" të sipërfaqeve katalitike, motori duhet të punojë si një pompë e fortë dhe të shpenzojë një pjesë të konsiderueshme të fuqisë së tij për këtë. Sigurisht, në formulat për llogaritjen e efikasitetit, kjo kategori është disi e pranishme, por nuk është prezente në mënyrë të qartë dhe me ndrojtje. Për shembull, në një formë të tillë si, për shembull, në një nga formulat e bilancit të përgjithshëm të nxehtësisë ekziston një përbërës "Q n.s. - nxehtësia e marrë nga djegia jo e plotë. " Por të gjitha këto qasje vuajnë nga një paqartësi e caktuar, kështu që unë do të përpiqem të paraqes gjithçka sa më qartë dhe sa më sistematikisht të jetë e mundur.

Pra, efikasiteti i përgjithshëm i motorit do të zbërthehet në 3 pjesë kryesore:

• efikasiteti i karburantit;
• efikasiteti termik;
• efikasiteti mekanik;

Thelbi i këtyre vlerave është si më poshtë:

Efikasiteti i karburantit- tregon se sa karburant digjet në mënyrë efektive në motor dhe shndërrohet në një vëllim të gazrave të punës me temperaturë të lartë dhe shtypje e lartë, dhe cila pjesë e karburantit nuk u dogj kurrë, dhe në formën e produkteve me djegie jo të plotë, grimcat e djegura (në formën e tymit, blozës dhe blozës), ose në përgjithësi praktikisht në formën e avujve të pastër të karburantit, kaluan motorin drejtpërdrejt dhe fluturuan jashtë në tubin e shkarkimit. Kur qëndroni pranë një makine të vjetër në punë, veçanërisht një kamion, dhe ndieni një erë të fortë benzine - ky rezultat thjesht jep një lloj të tillë joefikas të djegies së pjesshme të karburanteve;
Efikasiteti termik - tregon se sa nxehtësi e marrë nga djegia e karburantit kthehet në një punë të dobishme dhe çfarë sasie shpërndahet kot në hapësirën përreth;
Efikasiteti mekanik - tregon sa puna mekanike kthehet në një forcë çift rrotullues në boshtin kryesor dhe transferohet te konsumatori, dhe që harxhohet kot në fërkime ose shpenzohet në drejtimin e mekanizmave mbështetës;

Le të shqyrtojmë shkurtimisht të gjitha këto pozicione:
Efikasiteti i karburantit - në lidhje me këtë temë, të dhëna të kuptueshme, as në librat e vjetër shkollorë Sovjetikë për teorinë dhe llogaritjen e motorëve me djegie të brendshme, as në burime të pafundme interneti modern nuk mund të gjendej.
Ishte e mundur të gjesh të dhëna të kuptueshme dhe kuptimplota në ato të dhëna për llogaritjen e konvertuesve katalitikë të karburantit të djegur për makinat moderne. Mbi të gjitha, ata gjithashtu duhet të llogarisin me saktësi performancën e djegies së tyre të pasme për një vëllim të caktuar të hidrokarbureve të djegur në motorë. Pra, nga këto të dhëna rrjedh se motorët me pistoni (edhe naftë) djegin mesatarisht jo më shumë se 75% të karburantit, por 25% e avujve të karburantit dhe produktet e djegies së tij të paplotë shkojnë në tubin e shkarkimit dhe kanë nevojë për shërbimet e një djegësi (për të mos helmuar mjedisi) Ata. në motorët që ekzistojnë sot, jo më shumë se 75% e karburantit digjet plotësisht dhe shndërrohet në nxehtësi. Për motorët me 2 goditje kjo vlerë është edhe më e ulët.

Efikasiteti termik - mesatarisht, motorët me pistoni e kanë këtë efikasitet në masën 35-40%. Ata. rreth 65% e nxehtësisë së gjeneruar harxhohet në mjedis përmes sistemit të ftohjes dhe me gazrat e shkarkimit.

Efikasiteti mekanik - mesatarisht, 10% e punës së motorit shpenzohet në fërkimin midis pjesëve të tij dhe në drejtimin e mekanizmave ndihmës të motorit.

Si rezultat, për sa i përket shumës së humbjeve termike dhe mekanike, motorët modernë pistoni me madhësi dhe fuqi të vogël kanë një efikasitet jo më shumë se 30%.
Motorë të mëdhenj si naftë detarë ose motorë të mëdhenj lokomotivat hekurudhore dhe kamionët, është më lehtë të kurseni energji, por nuk do të flasim për to.

Por - vlera e efikasitetit prej 30% nuk \u200b\u200bmerr parasysh proporcionin e karburantit të djegur, d.m.th. nuk merr parasysh dobinë e djegies së avujve të karburantit në motor. Unë besoj se, duke marrë parasysh këtë parametër, vlera e efikasitetit real të motorëve me benzinë \u200b\u200bpistoni nuk do të jetë më e lartë se 20%, dhe motorët me naftë - pak më shumë, me rreth 5-7%.

Rezultati është më i mirë se motorët me avull me qymyr me efikasitetin e tyre 7-8%, por gjithsesi shumë pak.
Le të mendojmë - pse nuk u përfshi "efikasiteti i karburantit" i specifikuar në konceptin e efikasitetit? Pse koncepti i efiçencës është qartë i papërfillur në pjesën e karburantit që nuk siguron një "kontribut" të pjesës së tij në procesin e djegies dhe gjenerimit të nxehtësisë? Ata. shumica e humbjeve të motorëve modernë dalin nga koncepti i efikasitetit dhe a janë shifrat e vlerave moderne të efikasitetit pa marrë parasysh këto humbje qartë të mbivlerësuar?

E vërteta qëndron në vetë kuptimin e termit "efikasitet". Ata. është një përcaktim i pjesës së punës së dobishme - "veprim", dhe pjesës së punës së padobishme. Disa punë ose çlirimi i energjisë është i dobishëm, dhe disa (për shembull, për të kapërcyer fërkimet, ose energjinë e nxehtësisë të humbur me shkarkimin) është e padobishme, por ajo është atje dhe kjo energji është e prekshme dhe merret parasysh. Por humbjet nga karburanti i djegur nuk shfaqen në formën e nxehtësisë së padobishme ose punës së papërshtatshme. Këto "minuse të bilancit" nuk janë humbje të vendeve të punës ose humbje të nxehtësisë. Ashtë një humbje, karburant brenda formë e pastër... Ata. këto nuk janë humbje as në xhul dhe as në atmosferë, por në gram dhe litra. Dhe për humbje të tilla, nuk mund të zbatohet matja ose llogaritja për kategorinë e presionit të humbur ose nxehtësisë së humbur, veprimit të padobishëm ose punës së shpenzuar pa nevojë.

Prandaj, thjesht në përputhje me rregullat e logjikës formale, FAKTORI I VEPRIMIT T US DOBISHM nuk duhet të marrë parasysh këto humbje. Për këtë qëllim, duhet të ketë një tregues dhe përcaktues të ndryshëm, por nuk ka një parametër kaq të qartë dhe të kuptueshëm në përdorim të gjerë. Pra, kemi një tregues të prerë qëllimisht dhe tepër të lumtur të efikasitetit të motorëve modernë - një tregues i efikasitetit që merr parasysh vetëm një pjesë të humbjeve ...

Në fakt, efikasiteti total i motorëve modernë me djegie të brendshme rezulton të jetë dukshëm më i ulët sesa efikasiteti i përgjithshëm i postuluar i efikasitetit 35-40%. Në fund të fundit, merren parasysh vetëm efekti i dobishëm dhe energjia e humbur kot dhe puna shtesë e prodhuar nga pjesa e djegur e karburantit. Por humbjet e pjesës së djegur të karburantit nga bilanci i përgjithshëm i karburantit të furnizuar në motor nuk janë përcaktuar plotësisht ...

INSPEKTIMI DHE INVENTARI I HUMBJEVE N P AKTIVITETIN PISTON Ne do të përpiqemi të shqyrtojmë dhe analizojmë shkurtimisht të gjitha humbjet e energjisë që përmbahen në karburant, një nga një në përputhje me pozicionet e përcaktuara më sipër. Dhe pastaj - të shqyrtojmë mundësitë për të hequr qafe këto humbje. Ata. ne do të përpiqemi të formulojmë konceptin dhe të përshkruajmë tiparet e përgjithshme të një motori perfekt.

* * *
Niveli i parë i humbjeve - djegia jo e plotë e karburantit në dhomat e djegies së motorit. Të gjithë ekspertët e dinë që karburantet në motorët modernë digjen jo plotësisht dhe një pjesë e tyre shkon në shter me gazrat e shkarkimit. Kjo është arsyeja pse motorët modernë me djegie të brendshme helmojnë ajrin me produkte të djegies jo të plotë të hidrokarbureve dhe për të marrë "shkarkim të pastër" një tub djegës katalitik është instaluar në tubin e shkarkimit të makinave moderne, i cili "djeg" karburantin në sipërfaqet e elementeve të tij aktive. Si rezultat, karburanti që nuk nxehet në cilindra oksidohet padobishëm në këta katalizatorë. Por shkarkimi bëhet më i pastër. Por çmimi i këtyre katalizatorëve me sipërfaqe të rodiumit dhe platinës është shumë i lartë dhe ato funksionojnë për një kohë të kufizuar.

Një detyrë - për të marrë një motor që Djeg plotësisht Karburant në dhomat e tij të djegies dhe kthen plotësisht energjinë e lidhjeve kimike të karburantit në nxehtësi dhe një vëllim të madh të gazrave të thjeshtë me djegie, të tilla si avujt e ujit dhe CO2.

Së pari, merrni parasysh pse motorët tradicionale të pistonit nuk djegin plotësisht karburant. Çfarë e pengon zbatimin e procesit të djegies së plotë?

Vështirësia kryesore në motorët me pistoni në këtë temë është mungesa e oksigjenit për djegie, si dhe zbatimi i procesit të djegies në një goditje teknologjike me zgjerimin e gazrave të djegies. Situata e fundit mund të përshkruhet me fjalë të tjera - Përzierje pune jo kohë e mjaftueshme për djegie të plotë. Këto " sëmundjet e lindjes» motorë pistoni janë praktikisht të pashërueshme, kështu që mendimi inxhinierik për më shumë se 120 vjet përpjekje për t'i hequr qafe nuk ka gjetur kurrë një mënyrë për ta bërë atë.

Le të shohim nga afër këtë pengesë: kështu që kur pistoni është në Top Dead Center (TDC), Përzierja e Kompresuar e Punës (PCm) ndizet. Fillon procesi i djegies, i cili rrjedh për disa kohë. Një djegie e përafërt e Përzierjes së Punës në një motor modern me shpejtësi të lartë zgjat rreth një milisekondë - 0.001 sekonda. Në përgjithësi, të 4 hapat zhvillohen në 0,02-0,04 sekonda.

Dihet që për djegien e plotë dhe të plotë të avujve të karburantit, nxehtësia dhe presion të lartë. Por menjëherë pasi pistoni kalon TDC, ai fillon të lëvizë poshtë me një rritje të konsiderueshme të vëllimit të hapësirës mbi pistonin. Ata. ndërsa pjesa e përparme e djegies së Përzierjes së Punës (PCm) përhapet në dhomën e djegies, pjesët e para të PCm të djegur do të digjen në një temperaturë të lartë dhe shtypje e lartë... Por pjesët e fundit të djegies së PCM e gjejnë veten në kushte të presionit në rënie të ndjeshme dhe rënies së temperaturës. Prandaj, dobia e djegies bie ndjeshëm, ose madje ndalet krejtësisht. Për këtë arsye, një pjesë e PCM nuk ka kohë të digjet ose nuk digjet plotësisht. Prandaj, një pjesë e avullit të karburantit shkon në tubin e shkarkimit, dhe gazrat e shkarkimit sigurisht përmbajnë produkte të djegies jo të plotë të hidrokarbureve të karburantit. Si rezultat, një pjesë e karburantit nuk digjet dhe nuk e shndërron energjinë e saj në nxehtësi, dhe më pas në rrotullim të boshtit kryesor të motorit, por vetëm ndot dhe helmon ajrin përreth.

Practshtë praktikisht e pamundur të eliminohet kjo pengesë, pasi dizajni shumë themelor i një motori pistoni presupozon parimin më të rëndësishëm të kombinimit të dy proceseve të ndryshme në një cikël teknologjik "djegia - zgjerimi": djegia dhe zgjerimi i produkteve të djegies. Këto procese janë të vështira për t'u kombinuar, pasi secili prej tyre vazhdon në mënyrë optimale në kushte të përjashtimit reciprok kushtet optimale për një proces tjetër.

Në të vërtetë, procesi i djegies së një ngarkese të kompresuar PCM do të zhvillohet më së miri në një dhomë të mbyllur me vëllim konstant. Në termodinamikë, ky proces përcaktohet si një proces "izokorik". Ata. ngarkesa PCM do të digjet plotësisht dhe do të shndërrojë në nxehtësi dhe presion të gjithë energjinë e lidhjeve kimike të hidrokarbureve të karburantit në një dhomë të mbyllur në kushtet e presionit dhe temperaturës që rritet me shpejtësi.
Dhe procesi i zgjerimit do të ndodhë më së miri në kushte të temperaturës së ulët (për të siguruar vajosjen e sipërfaqeve rrëshqitëse dhe fërkuese të elementeve të punës së motorit), me një lëvizje të lehtë të trupit kryesor të punës (pistonit).
Siç mund ta shihni, të dyja këto kushte nuk mund të përmbushen plotësisht në motorët pistoni, prandaj procesi i kombinuar i djegies-zgjerimit ndjek një "skenar kompromisi" kur krijohen pak kushte të përshtatshme për secilin nga proceset, por në fund të fundit, ato ende lejojnë disi zbatoni rrjedhën e këtyre proceseve të përbashkëta të paktën 50% efikasitet. Si rezultat, procesi i funksionimit të një motori modern pistoni është një teknologji e kompromiseve të vështira të vazhdueshme dhe humbjeve të konsiderueshme.

Si rezultat i një "martese kompromisi" të tillë me humbje për të dy palët e përfshira në çështje, ne marrim rezultatin e mëposhtëm:
— ndodh djegia në kushtet e një zgjerimi të mprehtë të dhomës së djegies, dhe madje edhe në një temperaturë dukshëm të ulët të mureve të cilindrit. Si rezultat, karburanti nuk digjet plotësisht dhe në mënyrë joefektive, madje edhe një pjesë e nxehtësisë nga karburanti i djegur humbet kur muret e ftohta të cilindrit të ftohur nxehen. Ata. djegia zhvillohet në kushte jashtëzakonisht joefikase.
— ndodh zgjerimi në kushtet e temperaturave të larta nga procesi i djegies së kombinuar me zgjerimin. Kjo është arsyeja pse muret e cilindrit duhet të ftohen, sepse vaji për lubrifikimin e sipërfaqeve fërkuese të pistonit dhe cilindrit në një temperaturë prej më shumë se 220 C ° humbet "vetitë e tij të rrëshqitshme" dhe fërkimi fillon "i thatë", dhe vaji i djegur sinterizohet në grimca të ngurta, të cilat fillojnë të ndërhyjnë edhe më shumë këtë proces.

Pjesërisht, një rrugëdalje nga ngërçi i procesit "djegie - zgjerim" gjendet duke rregulluar "ndezjen e hershme" në mënyrë që sa më pak të jetë e mundur me djegie PCM të ndodhë në vijën e zgjerimit të shpejtë dhe një rritje të lartë të vëllimit të dhomës së djegies. Por kjo është një skemë e detyruar, e mbushur me telashe të tjera anësore. Meqenëse "ndezja e hershme" supozon ndezjen e PCM dhe krijimin e fazës fillestare të presionit të punës së gazrave të djegies edhe para se pistoni të arrijë TDC, d.m.th. në fazën përfundimtare të masës "compression". Si pasojë, inercia e mekanizmit të fiksimit (KShM) duhet të kapërcejë këtë presion të ngritur të PCM që digjet dhe të shtypet për shkak të inercisë së rrotullimit të KShM ose punës së pistonave të tjerë, të cilët filluan të zgjerojnë PCM që digjet. Rezultati i këtij kompromisi është një rritje e mprehtë e ngarkesave në boshtin e boshtit, pistonëve, shufrave lidhës dhe kunjat KShM, si dhe një rënie në efikasitetin. Ata. motori rezulton të jetë një arenë për përballjen e forcave shumëdrejtuese.

Një temë tjetër e vështirë për motorët reciprok është mungesa e oksigjenit. Vërtetë, është tipike vetëm për motorët me benzinë \u200b\u200b(motorët që punojnë me ndezje të detyruar të shkëndijës), motorët me naftë (motorët që punojnë me ndezjen me kompresion) nuk kanë këtë pengesë. Por nga ana tjetër, motorët me naftë kanë fituar shumë vështirësi të tjera në kthim - pesha e madhe, përmasat dhe dimensionet mbresëlënëse. Në të vërtetë, askush nuk ka arritur të krijojë një motor dizel efikas me përmasa të pranueshme me një vëllim më të vogël se 1.2 litra ... Ky është motori i makinës më të vogël me naftë Audi-A2. Dhe largimi i naftëve në dimensione shumë të vogla ka një rezultat të trishtueshëm. Pra - naftë e vogël Vladimirsky impiant traktori D-120 (ato janë instaluar në mini-traktorë) me një fuqi prej 25-30 kf. kanë një peshë 280-300 kg. Ata. një kuaj fuqi ka 10 kg peshë. Prodhuesit e tjerë në të gjithë botën kanë një situatë të ngjashme.
Pra, karburanti nuk digjet plotësisht kur PCM është "e pasur", d.m.th. përmban shumë avuj karburanti dhe pak ajër (oksigjen). Një PCM i tillë nuk ka shanse të digjet plotësisht; thjesht nuk ka oksigjen të mjaftueshëm për të oksiduar hidrokarburet e karburantit. Rezultati është që avujt e karburantit që nuk digjen për këtë arsye shkojnë në shkarkim. Por nga ana tjetër, një PCM i tillë digjet shpejt, edhe pse është i dëmtuar. Kjo do të thotë që shumica e avujve të karburantit ende digjen dhe japin presionin dhe temperaturën e kërkuar.

Ju mund të shkoni në rrugën tjetër - bëni një "përzierje të ligët", dmth. do të ketë shumë ajër (oksigjen) dhe pak avull karburanti në PCM. Si rezultat, në rastin ideal, një PCM i tillë do të jetë në gjendje të digjet plotësisht - të gjithë avujt e karburantit do të digjen 100% me efikasitet të plotë. Por një PCM i tillë ka një pengesë të madhe - ajo digjet shumë më ngadalë sesa "përzierja e pasur" dhe në kushtet e një motori me piston me të vërtetë që funksionon, ku djegia është në vijën e rritjes së vëllimit me shpejtësi të lartë, PCM të tillë thjesht nuk kanë kohë të digjen plotësisht. Meqenëse një pjesë e konsiderueshme e djegies së një PCM të tillë bie për shkak të një shpejtësie të ulët në kushtet e një rritje të mprehtë të vëllimit të dhomës së djegies dhe një rënie të temperaturës. Përfundimi është që PCM nuk digjet plotësisht përsëri edhe në variantin "përzierje të ligët" dhe një pjesë e dukshme e tij nuk shkon në shter.

Dhe përsëri, efikasiteti i karburantit në një mënyrë të tillë të funksionimit të motorit pistoni është shumë i ulët.
Metoda e kontrollit të motorëve të karburatorit, "metoda sasiore", gjithashtu luan një rol në furnizimin e ulët të oksigjenit në procesin e djegies së PCM. Në mënyrë që të ngadalësojë shpejtësinë e motorit dhe të zvogëlojë "shtytjen" e tij, shoferi mbulon mbytjen, duke kufizuar rrjedhën e ajrit në karburator. Si rezultat, përsëri ka mungesë të ajrit për djegie të karburantit dhe përsëri efikasitet të dobët të karburantit ... Motorët injeksion pjesërisht pa një pengesë të tillë, por pjesa tjetër e problemeve të motorit të pistonit në to shfaqen "plotësisht".

Shtë e nevojshme të ndahen dy procese jashtëzakonisht kontradiktore teknologjike të punës - "djegia - formimi i gazrave të punës me presion të lartë dhe temperaturë" dhe "zgjerimi i gazrave të punës me presion të lartë dhe temperaturë". Atëherë të dy këto procese mund të fillojnë në dhomat dhe pajisjet e specializuara me parametrat më optimalë. Ata. djegia do të ndodhë "izokorikisht" - në një vëllim të kyçur, me presion në rritje dhe rritje të temperaturës. Dhe zgjerimi mund të bëhet në kushte të temperaturës së ulët.

Në parim, ideja për të bërë një "ndarje të madhe" të tillë u formulua nga shpikës dhe inxhinierë të ndryshëm nga vende të ndryshme për një kohë të gjatë. Për shembull, zhvillimi i ndërmarrjes gjermane DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG ”, me temën e një motori pistoni me një dhomë të veçantë djegieje. Por deri më tani askush nuk ka arritur të propozojë një qark teorikisht të bukur dhe teknikisht efikas për zbatim në metal. E njëjta kompani gjermane DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG ”filloi të merrte patenta për zhvillimet e saj rreth 15 vjet më parë, por ajo nuk ka dëgjuar për sukses të vërtetë në krijimin e një motori me të vërtetë që punon.

Pra, është e nevojshme të sigurohet një proces i gjatë i djegies së ngarkesës PCm në një vëllim të kyçur - "procesi izokorik". Në këto kushte, do të jetë e mundur të digjni një "përzierje të ligët" me vetëdije koeficienti i madh ajri i tepërt, kur avujt e karburantit do të digjen plotësisht, japin sasinë maksimale të mundshme të nxehtësisë dhe gazrave të djegies, dhe në të njëjtën kohë produktet me djegie minimale toksike do të shkojnë në shter. Por kjo mund të bëhet vetëm duke siguruar një kohë mjaft të gjatë djegieje të ngarkesës "të dobët" PCM në një vëllim të kyçur në presion në rritje dhe temperaturë të konsiderueshme. Practshtë praktikisht e pamundur të sigurohet që në një motor pistoni.

* * *
Niveli i dytë i humbjeve - humbje të konsiderueshme të nxehtësisë të marra nga djegia e "karburantit të asimiluar nga motori".
Bilanci termik i një motori benzine përmblidhet si më poshtë:
1) - nxehtësia e transferuar në punë të dobishme: 35%;
2) - nxehtësia e humbur me gazrat e shkarkimit: 35%;
3) - nxehtësia e humbur nga humbjet përmes sistemit të ftohjes: 30%;

Një detyrë - për të marrë një motor me humbje minimale të nxehtësisë në mjedis. Idealisht, qëllimi mund të jetë krijimi i një motori me një efikasitet termik prej 80%. Por edhe nëse arrijmë ta arrijmë këtë tregues prej 65-70%, në vend të 35% sot, do të jetë një hap i madh përpara. Ata. një motor me të njëjtën fuqi në këtë efikasitet do të fillojë të konsumojë 2 herë më pak karburantsesa më parë.

Analiza e disavantazhit të sotëm: Së pari, le të shqyrtojmë pse motorët tradicionale të pistonit kanë humbje kaq të mëdha të nxehtësisë "anash"? Çfarë çon në një situatë kaq të trishtuar?

Kategoria e parë e humbjes së nxehtësisë - humbjet e nxehtësisë me heqjen përmes mureve të cilindrave me një sistem ftohës. Në përgjithësi, për të rritur efikasitetin termik, motori nuk duhet të ftohet fare. Nga kjo, temperatura e pjesëve të motorit do të rritet menjëherë - dhe kjo do të karburantojë vajin (i cili krijon një film për rrëshqitje të lehtë në sipërfaqet e fërkimit), dhe pistoni do të ndalojë së lëvizuri lehtë në cilindër dhe motori së shpejti do të bllokohet. Këtu përsëri hasim në kontradikta të kombinimit të dy proceseve në një goditje - djegia dhe zgjerimi. Temperatura gjatë një blici të djegies në periudhën fillestare të ndezjes PCm - arrin 3000 C °. DHE kufizimin e temperaturës vaji, kur ende vajos dhe kursen nga fërkimet, është 200 - 220 gradë. Kur tejkalohet ky prag i temperaturës, vaji fillon të "digjet" dhe të djegë. Për të siguruar efikasitet të lartë, nuk është e arsyeshme të ftohet motori, por të sigurohet mundësia e lëvizjes së trupit kryesor të punës - pistoni, vajosja është jetike ... një sistem ftohës që lejon pistonin të lëvizë në cilindër - zvogëlon në mënyrë dramatike efikasitetin termik të motorit. Kjo është një rënie e qëllimshme dhe e nevojshme e efikasitetit.

Kategoria e dytë e humbjes së nxehtësisë- humbja e nxehtësisë me gazrat e shkarkimit. Temperatura e gazit të shkarkimit në daljen e cilindrave për madhësi dhe motorë të ndryshëm shkon nga 800 në 1100 C °. Prandaj, duke punuar në rrotullime të larta kolektorët e shkarkimit të motorit nganjëherë fillojnë të nxehen deri në një shkëlqim të kuq ... Kjo do të thotë vetëm një gjë - energjia e djegies së karburantit, e cila është kthyer në energjinë e brendshme të gazrave me djegie në formën e temperaturës së tyre të lartë, humbet në mënyrë të pakthyeshme dhe plotësisht e padobishme. Throughshtë përmes këtij kanali të "humbjeve të nxehtësisë" që motorët modernë me djegie të brendshme humbin rreth 35% të energjisë së djegies së karburantit. Dhe është jashtëzakonisht e vështirë për ta kthyer këtë energji në një punë të dobishme, maksimumi që u bë ishte futja e një turbine në traktin e shkarkimit, e cila kthen kompresorin e karikuesit të turbo. Kjo rrit presionin e ajrit që hyn në cilindra. Dhe kjo rrit pak efikasitetin. Por - është e nevojshme të kuptohet se turbina "kap" jo temperaturën e rritur, por presionin e tepërt të gazrave që lënë cilindrin. Ata. kjo është një temë pak më ndryshe dhe një lloj tjetër i ekonomisë.

Kështu, rezulton se motori i pistonit "përpunon" dobët jo vetëm temperaturën, por edhe presionin e lartë të gazrave që punojnë. Në fakt, gazrat e punës me një presion të tepërt prej 8 - 10 atmosferash shkojnë në shter. Kjo është shumë, duhet vetëm të kujtohet se motorët e parë me avull në fillim të shekullit të 19-të kishin presioni i funksionimit në 3 ose 3.5 atmosfera dhe punuar me sukses në minierat e qymyrit dhe në impiantet metalurgjike, si motorët e lokomotivave të para me avull.

Gjithçka është e njëjtë dimensionet gjeometrike vëllimi i kompresimit dhe vëllimi i zgjerimit. Në një motor pistoni, ata janë të barabartë, dhe asgjë nuk mund të bëhet në lidhje me të. Idealisht, këto vëllime duhet të jenë të ndryshme. Një mashtrim si cikli Atkinson, kur vëllimi i kompresimit në motorët pistoni është më i vogël se vëllimi i zgjerimit, është joefektiv, pasi ato zvogëlojnë ndjeshëm çift rrotulluesin e motorit.

Por një rritje e vëllimit të dhomës së zgjerimit vetëm do të bëjë të mundur kthimin në punë të dobishme të të gjithë tepricës së presionit të tepërt, por temperatura e rritur e gazrave inkandeshente të djegies së karburantit nuk mund të përdoret me këtë metodë. E vetmja gjë që u erdhi në mendje inxhinierëve ishte të injektonin ujë në cilindra për ta kthyer nxehtësinë në punë. Në teori: uji, duke u kthyer në avull me presion të lartë, do të rrisë ndjeshëm presionin e përzierjes së gazit të avullit dhe, në të njëjtën kohë, do të ulë ndjeshëm temperaturën e tij. Por, në një motor pistoni për më shumë se 80 vjet përpjekje në këtë drejtim, asgjë efektive dhe efikase nuk është krijuar. Skema e pistonit të një motori me djegie të brendshme doli të ishte shumë armiqësore ndaj kësaj ideje dhe nuk lejonte futjen e një goditje me avull ose një faze avulli në ciklin e funksionimit të motorit.

Duhet thënë se sipas ligjit themelor të termodinamikës, formuluar gati 200 vjet më parë nga S. Carnot, një motor nxehtësie me efikasitetin maksimal të mundshëm duhet të ketë temperaturën maksimale të gazrave të punës në fillim të ciklit të punës, dhe temperaturën minimale të gazrave të punës në fund të ciklit.
Por në një motor me djegie të brendshme pistoni, temperatura maksimale e gazrave në fazën e parë të ciklit parandalohet nga sistemi i ftohjes dhe temperatura minimale e tepërt e gazrave në fund të ciklit pengohet nga pamundësia e integrimit të përbërësit të avullit në qarkun e motorit. Si rezultat, sot ne përdorim motorë me një efikasitet termik prej rreth 35%, jo shumë më mirë se 60 ose 70 vjet më parë ...

Mënyra për të hequr qafe këtë mangësi: është e nevojshme të krijohet një model i motorit që lejon djegien e karburantit në një dhomë me djegie të izoluar me nxehtësi (për të arritur temperaturën maksimale në fillim të ciklit të funksionimit), si dhe lejon që faza e avullit të ndizet në fazën përfundimtare të funksionimit të gazrave me djegie të nxehtë (për të arritur temperaturën minimale në fund të ciklit të funksionimit). Gjithashtu, një dizajn i tillë i motorit do të bëjë të mundur që të bëhet pa një sistem ftohje të veçantë dhe të rëndë, i cili do të "hidhte" nxehtësinë në mjedisin e jashtëm.

Në të njëjtën kohë - motori nuk do të ketë nevojë të rëndë dhe të rëndë tub i shkarkimit, i cili në motorët tradicionalë me pistoni shuan ulërimën nga gazrat e shkarkimit të emetuar nga "të shtëna" me presion të tepërt prej 8-10 atmosferash. Në modelin e propozuar, presioni i tepërt i gazrave të shkarkimit do të jetë minimal.

* * *
Niveli i tretë i humbjeve - humbje të dukshme të fuqisë për të kapërcyer forcat e fërkimit, si dhe forcat e inercisë të masave reciproke, si dhe humbjet për të nxitur mekanizmat ndihmës. Këto humbje përcaktohen si humbje mekanike. Ato varen nga skema kinematike e motorit. Por përveç humbjeve aktuale mekanike, diagrami kinematik dhe dizajni i tij gjithashtu ndikojnë në një tregues tjetër të rëndësishëm të performancës, i cili nuk lidhet drejtpërdrejt me efikasitetin: kjo është mënyra dhe madhësia e momentit rrotullues.

Detyra është që të merrni një motor me humbje minimale mekanike. Dhe gjithashtu ka një çift rrotullues konstant me vlerë të lartë me madhësinë e vogël të vetë motorit. Çift rrotullues i lartë dhe i qëndrueshëm eliminon nevojën për një sistem kaq të rëndë dhe kompleks automjetit si një kuti ingranazhesh. Një shembull është transporti me motorë elektrikë dhe motorë me avull.

Analiza e disavantazhit të sotëm: Në një motor standard të pistonit (bagazhit), reagimi i shufrës lidhëse (përbërësi tërthor i këtij reagimi në raport me boshtin e cilindrit) ndaj presionit të gazrave të punës vazhdimisht shtyp pistonin ose në njërën anë të cilindrit ose në tjetrën. Ky sistem i funksionimit të motorit kërkon vajosje të vazhdueshme të sipërfaqeve që fërkohen fort, dhe kosto për të kapërcyer këto forca të fërkimit. Përveç kësaj, kur maniak KShM rrotullohet, projeksioni i krahut që krijon çift rrotullues në vektorin e lëvizjes së pistonit ndryshon vazhdimisht nga "zero" në "maksimum" dhe kthehet në çdo goditje pune. Një mënyrë e tillë rrotulluese papritur pulsuese gjatë gjithë kohës është e dobishme për lëvizjen e aktorëve. Dhe vetëm në rrotullime të larta të motorëve pistoni çift rrotullimi rritet dukshëm. Por, shpejtësia e lartë (rreth 3-4 mijë rpm) nuk është e nevojshme nga shumica e konsumatorëve. Prandaj, është e nevojshme të bëni një kuti ingranazhesh komplekse dhe të rëndë, e cila është një pjesë integrale e makinave, motoçikletave, etj.
& nbsp Përveç kësaj, efikasiteti mekanik zvogëlohet dukshëm për shkak të ngritjes së fuqisë së motorit për të drejtuar mekanizmat e tij ndihmës - pompën e sistemit të ftohjes, tifozin e ftohjes, boshtet e dritës dhe valvulat e shpërndarjes së gazit, një gjenerator elektrik, etj. , aq më të larta janë këto humbje. Përveç kësaj, humbjet e dukshme të energjisë mund të shkaktohen nga ndezja e panevojshme e hershme, kur motori detyrohet, në fund të goditjes së dytë "të kompresimit", të kompresojë produktet e djegies që fillojnë të zgjerohen.

Mënyra për të hequr qafe këtë mangësi: është e nevojshme të krijohet një model i motorit në të cilin presioni i gazrave të punës nuk e shtyp trupin kryesor lëvizës të punës kundër trupit të palëvizshëm. Në këtë rast, motori duhet të dallohet nga një dizajn i tillë që do të lejojë një krah çift rrotullues të vazhdueshëm përgjatë gjithë rrugës së lëvizjes së trupit kryesor të punës së motorit. Në të njëjtën kohë, në këtë rrugë, presioni i gazrave të punës duhet të mbahet për aq kohë sa të jetë e mundur, në mënyrë ideale, të përpiqet për 100%. Më lejoni t'ju kujtoj se motorët me 4 goditje nga cikli i plotë motori nga 2 rrotullime të boshtit, presioni mbi pistonin vepron vetëm për gjysmë revolucioni, dhe madje edhe atëherë në mënyrën e transmetimit të kësaj presioni me një krah çift rrotullues të paqëndrueshëm.

TOTAL:

ITAK - ne do të formulojmë kushtet e paraqitura nga qasja shkencore në mënyrë që të krijojmë një motor me efikasitet të lartë:
1) Bazë proceset teknologjike e "djegies" dhe "zgjerimit" të motorit duhet të ndahen dhe të vendosen në hapësirë \u200b\u200bpër zbatim në dhoma të ndryshme teknologjike. Në këtë rast, djegia duhet të bëhet në një dhomë të mbyllur, në kushtet e rritjes së temperaturës dhe presionit në rritje.
2) Procesi i djegies duhet të zhvillohet për një kohë të mjaftueshme dhe në kushtet e ajrit të tepërt. Kjo do të lejojë djegie 100% të përzierjes punuese.
3) Vëllimi i dhomës së zgjerimit duhet të jetë dukshëm më i madh se dhoma e kompresimit, me të paktën 50%, Kjo është e nevojshme për transferimin e plotë të presionit të gazrave të punës për të punuar në trupin kryesor të punës.
4) Duhet të krijohet një mekanizëm për të transferuar temperaturën e lartë të gazrave të shkarkimit për të punuar në trupin kryesor të punës. Ka vetëm një për këtë mundësi reale - furnizimi me ujë për shndërrimin e temperaturës së lartë të gazrave të djegies në presionin e avullit që rezulton.
5) Trupi punues dhe e gjithë kinematika e motorit duhet të rregullohen në mënyrë të tillë që trupi punues të perceptojë presionin e gazrave të punës për aq kohë sa është e mundur periudhën e ciklit të motorit, dhe krahu i transferimit të forcës së kësaj presioni është maksimumi i mundshëm.

Pasi të keni punuar me kujdes me këto kërkesa të qasjeve teorike të fizikës dhe mekanikës në temën e krijimit të një motori me efikasitet të lartë, rezulton se është absolutisht e pamundur të krijoni një motor pistoni për detyra të tilla. Një motor pistoni nuk plotëson ndonjë nga këto kërkesa. Përfundimi vijues rrjedh nga ky fakt - është e nevojshme të kërkohet një alternativë më efektive skema e pistonit, dizajni i motorit. Dhe më afër kërkesave të nevojshme është skema e një motori rrotullues.

Në punën time mbi konceptin e një motori rrotullues të përsosur, unë thjesht vazhdova nga një përpjekje për të marrë parasysh, kur krijova një diagram konceptual të motorit, nevojën për të zbatuar të gjitha parakushtet teorike të mësipërme. Shpresoj ta kem arritur.

NENI Nr. 2-1

MENDIM PR SHKALLN E KOMPESIMIT:
GJITHÇKA GSHT E MIR IN N MOD MODERIM

Ne të gjithë jemi mësuar me faktin se ekonomike dhe motor i fuqishem duhet të ketë një raport të lartë të ngjeshjes. Prandaj, në makinat sportive, motorët gjithmonë kanë një raport të lartë të ngjeshjes, dhe rregullimi (detyrimi) i motorit për të rritur fuqinë e motorëve standardë të serive masive përfshin, para së gjithash, rritjen e raportit të tyre të ngjeshjes.
Prandaj, sipas mendimit të përhapur popullor, ideja ishte fikse - sa më i lartë të jetë raporti i ngjeshjes së motorit, aq më mirë, pasi kjo çon në një rritje të fuqisë së motorit dhe një rritje të efikasitetit të tij. Por - për fat të keq, ky pozicion është vetëm pjesërisht i vërtetë, ose më mirë, është i vërtetë jo më shumë se 50%.
Historia e teknologjisë na tregon se kur ICE-ja e parë Lenoir u shfaq në vitet 1860 (e cila punoi pa kompresim), ajo mezi tejkaloi motorët me avull në efikasitet dhe kur (15 vjet më vonë) u shfaq Otto ICE me 4 goditje, duke funksionuar me kompresim, efikasiteti i një modeli të tillë menjëherë tejkaloi të gjithë motorët që ekzistonin atëherë për sa i përket efikasitetit.
Por kompresimi nuk është një proces kaq i thjeshtë dhe i drejtpërdrejtë. Për më tepër, nuk ka kuptim të arrihen raporte shumë të larta të kompresimit, madje edhe kjo është shumë e vështirë teknikisht.
Së pari: sa më i lartë të jetë raporti i ngjeshjes, aq më e madhe është goditja e punës e pistonit në cilindër. Si pasojë, shpejtësia lineare e lëvizjes së pistonit në rrotullime të larta është më e madhe. Si pasojë, aq më të mëdha janë ngarkesat alternative inerciale që veprojnë në të gjithë elementët e mekanizmit të fiksimit. Në të njëjtën kohë, nivelet e presionit në cilindër gjithashtu rriten. Prandaj, për një motor me një raport të lartë të ngjeshjes dhe një goditje të gjatë pune, të gjithë elementët dhe pjesët e motorit duhet të jenë me forcë të shtuar, d.m.th. i trashë dhe i rëndë. Kjo është arsyeja pse naftat nuk janë kurrë të vogla dhe të lehta. Kjo është arsyeja pse motorët e vegjël me naftë për motorët, motorët e anijeve jashtë, avionë të lehtë, etj. Nuk janë krijuar. Kjo është arsyeja pse motorët standardë të automjeteve që i nënshtrohen një akordimi serioz - "të mbërthyer" - kanë një jetë kaq të vogël shërbimi.
Së dyti: sa më i lartë të jetë raporti i ngjeshjes, aq më i lartë rrezik më të fortë shpërthimi me të gjitha pasojat shkatërruese që pasuan. Mbushja e karburantit me benzinë \u200b\u200bme cilësi të ulët thjesht mund të shkatërrojë një motor të tillë. Rreth shpërthimit - lexoni në një ARTIKULL të veçantë. Ata. në një shkallë të caktuar të kompresimit, është e nevojshme të zbatohet gjithnjë e më e shtrenjtë dhe benzinë \u200b\u200bspeciale ose aditivë të veçantë për të. Në vitet pesëdhjetë dhe gjashtëdhjetë, linja kryesore e ndërtimit të motorit, veçanërisht në Shtetet e Bashkuara, ishte një rritje në raportin e kompresimit, i cili nga fillimi i viteve shtatëdhjetë në motorët amerikanë shpesh arrinte 11-13: 1. Sidoqoftë, kjo kërkonte benzinë \u200b\u200be përshtatshme me një numër të lartë oktani, i cili në ato vite mund të merrej vetëm duke shtuar plumb tetraetil helmues. Hyrje në fillim të viteve shtatëdhjetë standardet mjedisore në shumicën e vendeve çoi në një ngecje në rritje dhe madje edhe në një rënie të raportit të kompresimit në motorët e prodhimit.
Sidoqoftë, nuk ka asnjë pikë në arritjen e raporteve maksimale të mundshme të kompresimit. Fakti është se efikasiteti termik i motorit rritet me rritjen e raportit të kompresimit, por jo në mënyrë lineare, por me një ngadalësim gradual. Nëse me një rritje në raportin e kompresimit nga 5 në 10 rritet me 1.265 herë, atëherë nga 10 në 20 - vetëm me 1.157 herë. Ata. pasi të keni arritur një prag të caktuar të shkallës së kompresimit, rritja e mëtejshme e saj nuk ka kuptim, sepse fitimi do të jetë minimal dhe vështirësitë në rritje do të jenë të mëdha.

* * * Pas analizës së kujdesshme të mundësive të punës tipe te ndryshme motorët dhe duke kërkuar mënyra për të përmirësuar efikasitetin e tyre, ju mund të gjeni mundësi të tjera përveç rritjes së vazhdueshme të raportit të kompresimit. Dhe ato do të jenë shumë më efikase dhe më të mira sesa raportet e larta të kompresimit.
Së pari, le ta kuptojmë - dhe çfarë jep në të vërtetë shkallë e lartë ngjeshja. Dhe ajo jep sa vijon:
- jep një goditje të gjatë pune, sepse në një motor pistoni, goditja e kompresimit është e barabartë me goditjen e zgjerimit;
- presion i fortë në ngarkesën e përzierjes së punës, në të cilën ka një konvergjencë të molekulave të oksigjenit dhe karburantit. Kjo e bën procesin e djegies të përgatitur më mirë dhe
shkon me shpejt.

Në pozicionin e parë, mund të bëhen komentet e mëposhtme: në të vërtetë, efikasiteti i motorëve me naftë është kryesisht për shkak të faktit se ata kanë një gjatësi të madhe të goditjes. Ata. rritja e gjatësisë së goditjes së zgjerimit ka një efekt shumë më serioz në përmirësimin e efikasitetit dhe ekonomisë së motorit sesa rritja e gjatësisë së goditjes së kompresimit. Kjo bën të mundur heqjen e më shumë përfitimeve nga presioni i gazrave që punojnë - gazrat punojnë për lëvizje më të madhe të pistonit. Dhe nëse në motorët "benzinë" diametri i pistonit është afërsisht i barabartë me gjatësinë e goditjes së punës, me "raportin e kompresimit" dhe "raportin e zgjerimit" përkatës, të cilat janë të lidhura me gjatësinë e goditjes së pistonit, atëherë në motorët me naftë ky parametër është shumë më i madh. Në motorët klasikë me naftë me shpejtësi të ulët, goditja e pistonit është 15-30% më e gjatë se diametri i pistonit. Në motorët me naftë detare, kjo ndryshim bëhet përgjithësisht flagrante. Për shembull, një motor i madh me 14 cilindra naftë për një super tanker të prodhuar nga kompania finlandeze Wartsila, me një hapësirë \u200b\u200bprej 25 480 litra dhe një kapacitet prej 108 920 kf. në 102 rpm, diametri i cilindrit është 960 mm, me goditjen e pistonit - 2500 mm.

Në të njëjtën kohë, më lejoni t'ju kujtoj se e tillë naftë detare drejtuar me naftë bruto që mund të përballojë raporte shumë të larta të kompresimit për një goditje kaq të madhe të pistonit.

Por një rritje në raportin e ngjeshjes gjithashtu ka anët e saj të pakëndshme - kërkon përdorimin e notave të shtrenjta të oktanit të lartë të benzinës, një rritje në peshën e motorit, si dhe shpenzime të konsiderueshme të fuqisë së motorit për procesin e kompresimit të fortë.
Le të përpiqemi të kuptojmë nëse do të jetë e mundur të arrihet një efekt i ngushtë dhe madje edhe më i madh në rritjen e energjisë dhe rritjen e efikasitetit të motorit në mënyra të tjera, d.m.th. pa një rritje të tepruar të raportit të ngjeshjes me një rritje të negativit të natyrshëm në një proces të tillë. Rezulton se një rrugë e tillë është e mundur. Ata. të gjithë të dy aspektet pozitive nga ndërtimi i raportit të ngjeshjes mund të merret në mënyra të tjera dhe pa problemet e qenësishme në ndërtimin e raportit të ngjeshjes.

Konsiderimi i pozicionit të parë - gjatësia e gjatë e goditjes së punës. Gjëja kryesore për efikasitetin është një gjatësi e gjatë e goditjes, në mënyrë që të gjitha gazrat e punës të transferojnë presionin në pistoni në maksimum. Dhe në një motor pistoni, goditja e punës është e barabartë me gjatësinë e goditjes së kompresimit. Kështu disi u fiksua mendimi se gjëja më e rëndësishme është raporti i shtypjes, jo raporti i zgjerimit. Edhe pse në një motor pistoni, këto vlera janë të barabarta. Prandaj, nuk ka shumë kuptim t'i ndash ato.

Por idealisht është më mirë t'i bësh këto gjatësi të goditjeve të ndryshme. Meqenëse një rritje në goditjen e kompresimit çon në shumë pasoja të pakëndshme, atëherë duhet të bëhet mesatarisht. Por kursi i zgjerimit, si përgjegjës në maksimum për ekonominë dhe efikasitetin, duhet të bëhet sa më i madh që të jetë e mundur. Por në një motor pistoni është pothuajse e pamundur ta bësh atë (ose është shumë e vështirë dhe e vështirë për ta bërë - për shembull, motori Kushul). Por ka shumë qarqe të motorit rrotullues që ju lejojnë të zgjidhni me lehtësi këtë dilemë. Ata. aftësia e motorit për të pasur një raport të moderuar të shtypjes dhe në të njëjtën kohë një gjatësi të konsiderueshme të goditjes së punës.

Konsiderimi i pozicionit të dytë - aktivizimi dhe efikasiteti i lartë i procesit të djegies së karburantit. Shpejtësia dhe plotësia e tij e lartë. Ky është një kusht i rëndësishëm për cilësinë dhe ekonominë e motorit. Por rezulton se raporti i kompresimit (presioni i lartë) nuk është mënyra e vetme, dhe madje jo më e mira, për të arritur një rezultat të tillë.

Këtu do ta lejoj veten të citoj nga një libër akademik mbi teorinë e motorëve për universitetet e periudhës Sovjetike: " Motorë automobilistik", Ed. M.S. Khovaha. Moskë, "Inxhinieri Mekanike", 1967.
Siç mund ta shihni nga citimi i mësipërm, cilësia dhe shpejtësia e djegies varet më shumë nga temperatura e djegies, dhe në një masë më e vogël nga presioni. Ata. nëse është e mundur të sigurohet një temperaturë jashtëzakonisht e lartë e mjedisit të djegies, atëherë dobia e djegies do të jetë maksimale, dhe nevoja për një presion jashtëzakonisht të lartë para procesit të djegies (në raport të ngjeshjes) do të zhduket.

Nga të gjitha qasjet teorike të përshkruara më sipër, mund të bëhet një përfundim - një motor i fuqishëm me efikasitet të lartë mund të bëjë pa një raport të lartë të ngjeshjes, me të gjitha vështirësitë e tij të qenësishme. Për këtë, raporti i zgjerimit në motor duhet të jetë dukshëm më i lartë se raporti i ngjeshjes, dhe djegia e ngarkesës së përzierjes së freskët të punës duhet të bëhet në dhomën e djegies jashtëzakonisht të nxehtë. Në këtë rast, gjatë procesit të djegies, presioni dhe temperatura duhet të rriten për shkak të rritjes së tyre natyrore për shkak të energjisë së procesit të djegies. Ata. dhoma e djegies duhet të mbyllet hermetikisht dhe të mos ndryshojë vëllimin e saj gjatë djegies. Prandaj: nuk duhet të ketë një rritje të shpejtë të vëllimit të dhomës së djegies me një rënie përkatëse të presionit dhe temperaturës (siç ndodh në një motor pistoni).
Nga rruga, gjatë djegies së përzierjes së karburantit, presioni në dhomën e djegies së kyçur të një vëllimi konstant do të rritet, domethënë, pjesë të karburantit që digjen në "serinë e dytë" (më shumë se 60% të masës së ngarkesës) do të digjen në një raport shumë të lartë të ngjeshjes (presion rreth 100 atm.) presioni i së cilës do të krijohet nga djegia e pjesës së parë të karburantit. Duhet të theksohet këtu se presioni në fund të goditjes së kompresimit, madje edhe për motorët me naftë (këta drejtues aktualë të efikasitetit), nuk është më shumë se 45-50 atm.
Por të dyja këto kushte të lartpërmendura në një motor pistoni me mekanizmi i fiksimit është e pamundur të vëzhgosh dhe të sigurosh. Prandaj, motorët me piston funksionojnë në raporte të larta kompresimi, me të gjitha vështirësitë pasuese, dhe nuk mund të kapërcejnë shiritin e efikasitetit 40% për gati 100 vjet.

P TheRMBLEDHJE e këtij artikulli është si më poshtë - një motor shumë efikas, me fuqi të lartë dhe me efikasitet të lartë mund të ketë një raport të moderuar të shtypjes nëse ka një goditje zgjerimi që është dukshëm më e madhe se një goditje e kompresimit. Dhe djegia e përzierjes së punës do të bëhet në një dhomë që është e kyçur për kohëzgjatjen e djegies dhe nuk ftohet (proces izohorik adiabatik) në rritjen e temperaturës dhe presionit nga energjia e vetë procesit të djegies.
Isshtë e pamundur të krijoni një dizajn të tillë brenda kornizës së idesë së një motori pistoni, por në fushën e ideve për motorët rrotullues, është mjaft e mundur të krijoni dizajne të tilla. Çfarë po bën autori i këtij teksti dhe kësaj faqe.

NENI Nr. 2-2

REFLEKTIMI N DE SHKALL DEN E KOMPresionit-2:
SHIKONI HISTORI

01/26/13

Në pjesën e parë të artikullit, unë tregova se një rritje e vazhdueshme e raportit të shtypjes në një motor pistoni me një mekanizëm shufre lidhëse është mënyra e vetme për të rritur pak efikasitetin e motorit, ajo ka kufij të qartë të aftësive të tij. Në raportet e ngjeshjes që i afrohen 16, Përzierja e punës me avuj benzine madje numri i oktanit 100 fillon të digjet në mënyrën e shpërthimit dhe pjesët e motorit dhe trupi bëhen shumë të rëndë dhe me mure të trasha (si një naftë) për t'i bërë ballë presion i rritur dhe ngarkesa të mëdha inerciale. Por forcat e mëdha të djegies së shpërthimit shkatërrojnë edhe pjesë kaq të mëdha dhe masive shumë shpejt.

Por ka mënyra të tjera për të përmirësuar efikasitetin e motorit - këto janë:
A) - një rritje në temperaturën e djegies së Përzierjes së Punës (temperatura në dhomën e djegies) në mënyrë që të arrihet djegia e plotë dhe e shpejtë e avujve të benzinës. Në të njëjtën kohë, shuma maksimale nxehtësia dhe Trupi Punues do të shtyhet më shumë mbi pistoni - d.m.th. bëj punë të madhe
Motorët me piston me një mekanizëm fiksimi dhe një proces të kombinuar të zgjerimit të djegies (cikli i tretë) nuk mund të shkojnë përgjatë kësaj rruge, pasi që vaji (lubrifikimi i mureve të çiftit kinematik të pistonit-cilindrit) në një temperaturë prej 220 gradë tashmë fillon të karbonizohet dhe ndalon lubrifikimin. Kjo është arsyeja pse cilindri dhe pistoni i motorit duhet të ftohen, dhe kjo çon në një rënie të mprehtë efikasitetin termik motor
B) - një rritje në vëllimin (shkallën) e zgjerimit të Trupit Punues (gjatësia e goditjes së zgjerimit) për zgjerimin e plotë të gazrave të Trupit Punues. Kjo do të lejojë përdorimin e plotë të presionit të tyre të tepërt. Në motorët modernë të pistonit, gazrat me një presion prej 5-8 atmosferash shkojnë në shkarkim, gjë që është një humbje e konsiderueshme. Dhe kjo pavarësisht nga fakti se presioni mesatar efektiv i motorit pistoni është vetëm 10 atmosfera. Gjatësia e vogël e goditjes së punës së motorit të pistonit me KShM (mekanizmi i fiksimit) ndërhyn në rritjen e vlerës së "aktivizimit" të këtij presioni.
Nëse rritni raportin e zgjerimit të gazrave të Trupit Punues në motor, atëherë efikasiteti i tij do të rritet ndjeshëm pa nevojën e rritjes së raportit të ngjeshjes.

Motori i parë me djegie të brendshme është motori Lenoir. 1860g

Pra, tema e këtij artikulli: për të rritur efikasitetin, është e mundur dhe e nevojshme të rritet raporti i zgjerimit të Trupit Punues (gazrat e punës) pa rritur raportin e kompresimit. Kjo duhet të çojë në një rritje të ndjeshme të efikasitetit të motorit, prandaj le ta justifikojmë këtë mundësi në këtë artikull.

Në minimum, duhet të ketë: raporti i ngjeshjes mund të jetë mjaft i vogël - rreth 3 herë, kjo korrespondon me presionin në ngarkesën e Përzierjes së Kompresuar të Punës prej 4 atmosferash, por raporti i zgjerimit (gjatësia e vijës së goditjes së punës) duhet të tejkalojë këtë raport të vogël të ngjeshjes me rreth 6-8 koha
Një deklaratë e tillë e pyetjes mund të duket e çuditshme dhe e paarsyeshme për të gjithë njohësit e skemave tradicionale të motorëve, të cilët janë mësuar me raporte të larta të ngjeshjes në motorët pistoni. Por pikërisht kjo gjendje paradoksale e punëve në realitet dëshmohet nga një studim i kujdesshëm i dizenjove të motorëve me djegie të brendshme që u krijuan dhe funksionuan në agimin e shfaqjes së motorëve të tillë, d.m.th. në epokën e krijimit të akullit të parë.

Pra, keqkuptimi i parë që punon për të forcuar mitin në lidhje me nevojën për të krijuar një raport të lartë të ngjeshjes në motor justifikohet me faktin se motorët e parë me djegie të brendshme, të cilat u krijuan 150 vjet më parë, nuk e para-kompresuan Përzierjen e punës para se ta ndiznin atë dhe për këtë arsye kishin një efikasitet krejt të pakët - pothuajse e njëjtë me atë të motorëve primitivë me avull.
Në të vërtetë, e para motor pune dizajni me djegie të brendshme nga Jean Lenoir (patentë 1859) nuk kishte një kompresim paraprak të Përzierjes së Punës dhe punoi me një efikasitet prej 4%. Vetëm 4% janë si motorët me avull grykës dhe të rëndë të asaj kohe.
Por shembulli i parë i një motori 4-vjeçar nga Nikolaus Otto, i krijuar në 1877, punoi me një kompresim paraprak të Përzierjes së Punës dhe tregoi një efikasitet prej 22 përqind gjatë operimit, e cila ishte një arritje fenomenale për atë kohë. Në të njëjtën kohë, raporti i ngjeshjes dhe raporti i zgjerimit (si të gjithë motorët aktualë me djegie të brendshme pistoni me KShM) ishin të barabartë me njëri-tjetrin.
Bazuar në këto të dhëna:
- Efikasiteti i motorit Lenoir pa kompresim - 4%;
- Efikasiteti i motorit Otto me kompresim - 22%;
bëhen konkluzione të thjeshta dhe të qarta - motori që punon me ngjeshjen paraprake të Përzierjes së Punës funksionon në një mënyrë thelbësisht më efikase, dhe - sa më i lartë të jetë raporti i ngjeshjes, aq më mirë. Kjo tërheqje për 140 vitet e fundit ka fituar karakterin e një të vërtete të përbashkët dhe për 100 vitet e fundit ndërtimi i motorit ka qenë në rrugën e rritjes së vlerës së raportit të kompresimit, i cili sot tashmë ka arritur vlerat e tij kufizuese.

POR në prezantimin e këtij informacioni, ekziston një POR i madh ...
Rezulton se i njëjti Nikolaus Otto, para se të krijonte 4-in e tij të famshëm motor goditjeje me kompresim në 1877, pak më herët - në 1864 ai krijoi, prodhoi dhe shiti me sukses shumë qindra shpikje të tij të tjera - motor atmosferik djegie të brendshme, duke punuar pa kompresim paraprak. Efikasiteti i këtij motori ishte 15% ... Një efikasitet kaq i lartë nuk përshtatet aspak në teorinë se një ngjeshje e fortë paraprake e Përzierjes së Punës është absolutisht e nevojshme për të arritur tregues të rëndësishëm të efikasitetit të motorit.
Diçka në këtë temë ishte e gabuar, diçka mungonte për të kuptuar fakte shumë të rëndësishme dhe unë vendosa ta studioj këtë situatë. Dhe këtu janë përfundimet në të cilat kam ardhur:
- absolutisht e tmerrshme - e pakët - efikasiteti i motorit Lenoir u mor sepse kishte absolutisht në mënyrë të papranueshme të vogël shkalla e zgjerimitgazra pune;
- dhe një efikasitet shumë të mirë prej 15%, motori Otto i aspiruar natyrshëm që funksionon pa shtypje zotëronte atë që kishte shkallë shumë e madhe e zgjerimitgazra pune;
Vërtetë, ky motor Otto kishte një çift rrotullues shumë të dobët dhe një rrotullim shumë të pabarabartë të boshtit kryesor, prandaj, më pas u zëvendësua shpejt nga motorë me 4 goditje. Por me vlerën e efikasitetit ishte shumë mirë.

Le të shohim nga afër dimensionet e trupave të punës të motorit Lenoir dhe të bëjmë disa llogaritje të përafërta. Diametri i pistonit është 120 mm dhe goditja e pistonit është 100 mm. Përshkrimet e motorit të asaj kohe mbanin të dhënat se një distancë me rreth gjysmën e gjatësisë së "linjës së zgjerimit" ishte devijuar në gaz thithës dhe ajër. Pastaj valvula e furnizimit u mbyll dhe qiri elektrik dha një shkëndijë. Ata. më pak se gjysma e gjatësisë së goditjes së punës mbeti për procesin e zgjerimit, ose më mirë për procesin e kombinuar të djegies-zgjerimit ... Shkëndija ndezi një përzierje të gazit dhe ajrit, ndodhi një blic, temperatura dhe presioni i gazrave në cilindër u rritën ndjeshëm dhe presioni i punës e çoi pistonin më tej me përpjekje. Kulmi maksimal i presionit të punës së gazrave në pistoni ishte 5 atmosfera... Por duhet kuptuar që Përzierja e punës u ndez në kushtet e një rënieje presioni gjithnjë e më të thelluar - në fund të fundit, pistoni vazhdoi të lëvizte duke krijuar një vakum nën presionin atmosferik ... Në kushte të tilla, vetëm një përzierje shumë "e pasur", e mbingopur me gaz, mund të ndizet. Prandaj, djegia në këtë mënyrë ishte jashtëzakonisht e paplotë, dhe madje edhe produktet e djegies vështirë se mund të zgjerohen plotësisht - në fund të fundit, gjatësia e goditjes së punës ishte jashtëzakonisht e vogël. Ata. për një piston me diametër 120 mm. gjatësia e goditjes së punës ishte më pak se 50 mm. Në mënyrë të sigurt mund të supozojmë se gazrat me presion shumë të lartë shkuan në shkarkim, dhe madje u mbingopën me gaz llambash të padjegura. Prandaj, motori i parametrave të tillë kishte një fuqi prej vetëm 0.5 kuaj fuqi me një shpejtësi boshti 120-140 rpm Pra - ne shikojmë motorin Lenoir. Ky motor punonte në një cikël 2-orësh. Fillimisht, në vijën e goditjes së punës, pistoni thithi gazin e lehtë dhe ajrin (Përzierja e punës). Pastaj valvula e ushqimit u mbyll. Një qiri elektrik dha një shkëndijë - dhe Përzierja e Punës u ndez dhe gazi i nxehtë i presionit të rritur e shtyu pistonin më tej. Pastaj, gjatë goditjes së kthimit, pistoni shtyu produktet e djegies nga cilindri, dhe pastaj gjithçka u përsërit përsëri.
Ata. në një cikël pune - në "vijën e zgjerimit" - TRE proceset e punës u kombinuan:
- Hyrja e përzierjes së punës;
- Djegia e përzierjes së punës;
- zgjerimi i Trupit Punues;

P CONRFUNDIM- Motori i Lenoir kishte një efikasitet kaq të ulët dhe një fuqi kaq të ulët, kryesisht për shkak të gjatësisë shumë të shkurtër të goditjes (kur gazrat e punës thjesht nuk kishin mundësinë për të punuar) dhe organizimit shumë joefektiv të proceseve të punës, kur Përzierja e Punës jashtëzakonisht e "pasur" u ndez në një presion dukshëm më të ulët se atmosferik në kushtet e zgjerimit aktiv të vëllimit. Ata. ky motor duhet të ishte caktuar si një motor që funksionon me një ZHVILLIM PARAPRAK (rrallimi) të Përzierjes së Punës.

TJETRI - merrni parasysh skemën e funksionimit të një motori tjetër që ka punuar pa kompresim paraprak të Përzierjes së Punës, por që ka një efikasitet prej 15%. Ky është një motor atmosferik Otto i vitit 1864. Ishte një motor shumë i pazakontë. Në kinematikën e tij, ai dukej se ishte diçka krejtësisht e shëmtuar dhe e papërshtatshme për punë, por me një skemë kinematike “të ngathët”, ai veproi sipas një skeme shumë racionale për organizimin e proceseve të punës dhe për këtë arsye kishte një efikasitet prej 15%.
Cilindri i këtij motori ishte instaluar vertikalisht dhe pistoni i motorit lëvizte lart e poshtë. Në të njëjtën kohë, ky motor nuk kishte një KShM dhe pistoni kishte një raft shumë të gjatë me dhëmbë të drejtuar lart, i cili hyri me dhëmbët në angazhim me ingranazhin dhe e rrotulloi atë.

Motori atmosferik Otto, mostër 1864. Në të djathtë në foto është një piston me një raft të gjatë me dhëmbë, i cili jep një ide për gjatësinë e goditjes së punës. Në të njëjtën kohë, kur Përzierja e Punës shpërtheu nën piston, dhe pistoni fluturoi menjëherë, atëherë ingranazhi u rrotullua i papunë, sepse një mekanizëm i veçantë e shkëpuste atë nga volantja e makinës. Pastaj, kur pistoni dhe rafti arritën ekstremin pika e lartë, dhe presioni i gazrave të punës në pistoni pushoi së vepruari, pistoni dhe rafti, nën peshën e tyre, filluan rrugën e tyre poshtë. Në këtë pikë, ingranazhi ishte bashkangjitur në boshtin e volantit dhe filloi goditja e punës. Kështu, motori veproi me impulse të vrullshme dhe kishte një regjim shumë të keq të çift rrotullues. Motori gjithashtu kishte fuqi të ulët, pasi forca u krijua vetëm nga pesha e pistonit dhe raftit (d.m.th., forca e gravitetit të punuar), si dhe presioni i ajrit atmosferik, kur u krijua një vakum në cilindër nga gazrat ftohës dhe pistoni i ngritur. Kjo është arsyeja pse motori u quajt atmosferik, sepse forca e presionit atmosferik punoi në të së bashku me forcën e gravitetit.

Por nga ana tjetër, në këtë model të motorit, proceset e punës ishin jashtëzakonisht të organizuara.
Konsideroni se si janë organizuar dhe operuar rrjedhat e punës në këtë motor.
Në fillim, një mekanizëm i veçantë ngriti pistonin me 1/10 të lartësisë së cilindrit, si rezultat i së cilës u krijua një hapësirë \u200b\u200be rrallë nën pistoni dhe atje u thith një përzierje e ajrit dhe gazit. Pastaj pistoni u ndal. Pastaj përzierja u ndez me një flakë të hapur përmes një tubi të veçantë. Kur një gaz i djegshëm shpërtheu, presioni nën pistoni u rrit papritmas në 4 atm. Ky veprim e hodhi pistonin lart, vëllimi i gazit në cilindër u rrit dhe presioni nën të ra, pasi vëllimi i brendshëm i pistonit nuk kishte asnjë lidhje me atmosferën dhe ishte në atë moment i mbyllur hermetikisht. Kur pistoni u hodh nga shpërthimi, një mekanizëm i veçantë shkëputi shinën nga boshti. Pistoni, së pari nën presionin e gazit, dhe pastaj nga inercia, u ngrit derisa të krijohej një vakum i rëndësishëm nën të. NË në këtë rast goditja e punës doli të ishte gjatësia maksimale dhe vazhdoi derisa e gjithë energjia e karburantit të djegur (në formën e presionit të tepërt të Trupit Punues) u konsumua plotësisht për ngritjen e pistonit. Vini re se në foton e motorit mund të shihni - gjatësia e goditjes së punës (lartësia e cilindrit) është shumë herë - 6-8 herë diametri i pistonit. Kjo është sa zgjati goditja e tij. Ndërsa në motorët modernë të pistonit, diametri i pistonit është përafërsisht i barabartë me goditjen e punës. Vetëm në naftë - këta kampionë modernë të efikasitetit - goditja është rreth 20-30 përqind më shumë se diametri i cilindrit. Dhe këtu - 6 ose edhe 8 herë më shumë.
Më tej, pistoni nxitoi poshtë dhe goditja e punës e pistonit filloi nën peshën e tij të peshës dhe nën ndikimin e presionit atmosferik. Pasi presioni i gazit i ngjeshur në cilindër arriti presionin atmosferik në rrugën poshtë të pistonit, valvula e shkarkimit u hap, dhe pistoni zhvendosi gazrat e shkarkimit me masën e tij. Gjatë gjithë kësaj kohe, një raft i gjatë me dhëmbë po kthente një ingranazh, të lidhur nga një bosht me një volant. Kështu prodhohej fuqia e motorit. Pas kthimit të pistonit në pika e poshtme trajektorja e lëvizjes, gjithçka përsëritej përsëri - një mekanizëm i veçantë e ngriti atë pa probleme dhe një pjesë e freskët e Miksit të Punës u thith.

Ekziston edhe një veçori - e cila luajti në një rritje të dukshme të efikasitetit. Kjo karakteristikë nuk ishte e pranishme në motorin Lenoir, as në motorët modernë me 2 dhe 4-vjeçare. Në një skemë kaq të pazakontë të motorit, për shkak të zgjerimit jashtëzakonisht të plotë të Trupit të Punës të nxehtë, efikasiteti i këtij motori ishte dukshëm më i lartë se efikasiteti i motorit Lenoir dhe për këtë arsye arriti 15%. Përveç kësaj, ndezja e përzierjes së punës në motorin Otto atmosferik ndodhi në presion atmosferik, ndërsa në motorin Lenoir ky proces u zhvillua në kushte të rritjes së vakumit, d.m.th. në kushtet e një rënie në rritje të forcave të presionit, kur presioni ishte dukshëm më i vogël se atmosferik.
Alsoshtë gjithashtu e nevojshme të thuhet se sipas skemës parimore afër skemës së këtij motori, sot drejtuesit e grumbullit po punojnë - çekanët me naftë. Vërtetë, furnizimi dhe ndezja e karburantit në to është rregulluar ndryshe, por parimi i përgjithshëm i lëvizjes së trupit punues është i njëjtë.

Në një motor Otto atmosferik, në momentin e ndezjes së Përzierjes së Punës, pistoni qëndroi në vend, dhe gjatë djegies së pjesëve të para të karburantit, u krijua një presion në rritje në vëllimin e djegies, d.m.th. pjesë të karburantit që digjen në fazat e dytë, të tretë dhe të mëvonshme - ato digjen në kushte të presionit në rritje, d.m.th. ngjeshja e Përzierjes së Punës ndodhi për shkak të grumbullimit të presionit nga blici dhe çlirimit të nxehtësisë nga pjesët e para të ngarkesës së djegies. Në këtë rast, inercia e sistemit që shtyp nga lart në gazin që digjet - një piston, një hekurudhë e gjatë dhe presion atmosferik, krijoi një rezistencë të fortë ndaj impulsit të parë të lëvizjes lart, e cila çoi në një rritje të dukshme të presionit në mjedisin e gazit që digjet. Ata. Në një motor Otto atmosferik, djegia e Përzierjes së Punës ndodhi në kushtet e një kompresimi të mprehtë të vëllimit kryesor të pjesës së ngarkesës së gazit të djegshëm që ende nuk kishte filluar të digjej. Megjithëse nuk kishte para-kompresim nga pistoni. Thisshtë kjo kompresim aktual i një sasie të konsiderueshme të shumicës së avujve të karburantit (së bashku me një goditje të gjatë), që shfaqet gjatë djegies së ngarkesës së Përzierjes së Punës, që luajti në efikasitetin e konsiderueshëm të motorit atmosferik Otto 1864.

Por motorët modernë të pistonit, si motori Lenoir 150 vjet më parë, janë të detyruar të ndezin një ngarkesë të re të Përzierjes së Punës në kushtet e një vëllimi që zgjerohet ndjeshëm, kur pistoni (dhe drejtohet shumë nga shufra lidhëse dhe boshti i boshtit) dëshpërimisht largohet nga fundi i cilindrit dhe zgjeron vëllimin e "dhomës së djegies" ... Për referencë, shpejtësia e lëvizjes së pistonit në motorët modernë është 10-20 metra në sekondë, dhe shpejtësia e përhapjes së përparme të flakës në një ngarkesë shumë të kompresuar të avullit të karburantit është 20-35 metra në sekondë. Por në motorët modernë për të eliminuar këtë situatë të pakëndshme, mund të përpiqeni të ndizni ngarkimin e Përzierjes së Punës "herët" - dmth. përpara se të arrini pistonin në lëvizje në vijën e përfundimit të goditjes së mëparshme të Top Dead Center (TDC), ose në një pozicion afër kësaj pike. Por në motorin e Lenoir kjo ishte e pamundur, sepse pasi pistoni arriti në TDC, filloi procesi i thithjes në një pjesë të freskët të gazit dhe ajrit të ndezshëm dhe ndezja e tij është e mundur vetëm në kushtet e një vëllimi që rritet ndjeshëm të "dhomës së djegies" dhe një rënie të mprehtë të presionit në pjesën e freskët të Përzierjes së Punës nën atmosferën. Kjo është arsyeja pse motori Lenoir kishte një efikasitet kaq të ulët.

Mund të supozohet se nëse motori atmosferik i Otto-s do të kishte një shkëndijë ndezja elektrike (si motori më i hershëm Lenoir), atëherë efikasiteti i tij mund të jetë afër 20%. Fakti është se kur një ngarkesë e Përzierjes së Punës u ndez në cilindër me një flakë të hapur përmes një tubi të veçantë gjatë një blici, një pjesë e ngarkesës së djegies fluturoi në atmosferë përmes këtij tubi dhe këto ishin humbje të dukshme ... Nëse humbjet e tilla mund të përjashtohen, atëherë efikasiteti i këtij motori do të ishte sigurisht më i lartë ...
Por Otto nuk kishte njohuri në fushën e inxhinierisë elektrike (si Lenoir), kështu që ai instaloi një sistem të tillë primitiv dhe zvogëlues të efikasitetit në motorin e tij të aspiruar natyrshëm.

P CONRFUNDIMET nga ky artikull janë si më poshtë:

1) - mendimi i mirë-vendosur për mundësinë e arritjes së efikasitetit jashtëzakonisht të lartë të motorit kryesisht për shkak të maksimumit shtrirja e mundshme para-kompresimit Përzierje pune E vlefshme vetëm për dizenjot e motorit piston , ku pistoni lëviz me shpejtësi nga "fundi" i cilindrit drejt boshtit të boshtit (për shkak të vozitjes së detyruar nga boshti i boshtit) me shpejtësi të madhe zgjeron vëllimin e "dhomës së djegies" dhe zvogëlon presionin e ngarkesës së ndezur (dhe gjithashtu djegëse) të Përzierjes së Punës. Në një motor pistoni Lenoir që funksionon pa kompresim paraprak të Përzierjes së Punës, kjo pengesë e motorëve me piston ishte veçanërisht e theksuar. E cila çoi në efikasitetin e saj jashtëzakonisht të ulët.
Në motorët modernë pistoni të të gjitha llojeve, për të eleminuar këtë defekt të veçantë konstruktiv "gjenerik" në organizimin e proceseve të punës, përdoret një shkallë jashtëzakonisht e lartë e kompresimit paraprak - pikërisht për të detyruar një ngarkesë të re të Përzierjes së Punës të digjet në presione dhe temperatura mjaft të larta (pavarësisht një rritje e shpejtë e vëllimit të dhomës së djegies dhe rënia përkatëse e presionit në këtë dhomë), e cila është një garanci për një djegie relativisht të plotë të ngarkesës së Përzierjes së Punës dhe krijimin e një trupi pune me presion të lartë dhe temperaturë të lartë.
2) - në historinë e teknologjisë, ka dizajne të tjera të motorëve diagrame kinematike dhe një mënyrë tjetër e organizimit të proceseve të punës, ku edhe pa një kompresim të fortë paraprak të ngarkesës së re të Përzierjes së Punës, vlera të mira të efikasitetit mund të arrihen edhe me një dizajn shumë primitiv. Një shembull është një motor atmosferik Otto i vitit 1864, me një efikasitet prej 15%.
3) - është e mundur të krijoni një motor me shumë efikasitet me djegie të brendshme në të cilin do të ndodhin proceset e djegies së një ngarkese të re të Përzierjes së Punës dhe krijimi i një trupi punues me parametra të lartë nga kompresimi natyror i ngarkesës së djegies për shkak të vetë forcave të djegies në një dhomë djegieje me vëllim konstant. Për më tepër, procesi i ngjeshjes paraprake në vlera të larta (20-30 atmosfera), i cili është karakteristikë e motorëve modernë të pistonit, kërkon shpenzimin e një sasie të konsiderueshme të energjisë së motorit dhe përdorimin e pjesëve masive, të mëdha dhe të rënda.
Në të njëjtën kohë, kontributi kryesor në arritjen e efikasitetit të lartë do të jepet nga parametër i madh vëllimi i zgjerimit (goditje e gjatë), i cili do të jetë dukshëm më i madh se vëllimi i kompresimit.

Saktësisht motor i tillë, e cila nuk kërkon para-kompresim të kushtueshëm dhe të rëndë të një ngarkese të re të Përzierjes së Punës me vlerë të lartë, autori i këtij artikulli po krijon aktualisht. Në këtë motor, kompresimi paraprak do të kryhet në vlera të ulëta, dhe kompresimi kryesor i ngarkesës së Përzierjes së Punës në dhomën e djegies të një vëllimi konstant do të ndodhë për shkak të forcave të fazës së parë të vetë djegies. Në mënyrë ideale, kjo do të jetë djegia e shpërthimit: blic - shpërthim. Më tej, Trupi Punues i Presionit të Lartë do të zgjerohet deri në fund të kapacitetit të tij në sektorin e zgjerimit të vëllimit të lartë.

Koeficienti i performancës (COP) është një vlerë që shpreh si përqindje efikasitetin e një mekanizmi të veçantë (motor, sistem) në drejtim të shndërrimit të energjisë së marrë në punë të dobishme.

Lexoni në këtë artikull

Pse efikasiteti i naftës është më i lartë

Faktori i efikasitetit për motorë të ndryshëm mund të ndryshojë shumë dhe varet nga një numër faktorësh. kanë një efikasitet relativisht të ulët për shkak të numrit të madh të humbjeve mekanike dhe të nxehtësisë që lindin gjatë funksionimit të një njësie të energjisë të këtij lloji.

Faktori i dytë është fërkimi që del nga bashkëveprimi i pjesëve të çiftëzimit. Pjesa më e madhe e konsumit të energjisë së dobishme është drejtimi i pistonave të motorit, si dhe rrotullimi i pjesëve brenda motorit, të cilat janë të fiksuara nga ana strukturore në kushineta. Rreth 60% e energjisë së djegies së benzinës harxhohet vetëm për të siguruar funksionimin e këtyre njësive.

Humbjet shtesë shkaktohen nga funksionimi i mekanizmave, sistemeve të tjerë dhe bashkëngjitje... Ai gjithashtu merr parasysh përqindjen e humbjeve për shkak të rezistencës në kohën e pranimit të karikimit tjetër të karburantit dhe ajrit, dhe pastaj lirimin e gazrave të shkarkimit nga cilindri i motorit me djegie të brendshme.

Nëse krahason instalimi i naftës dhe një motor benzinë motor nafte ka një efikasitet dukshëm më të lartë krahasuar me njësia e benzinës... Njësitë e energjisë me benzinë \u200b\u200bkanë një efikasitet prej rreth 25-30% të sasisë totale të energjisë së marrë.

Me fjalë të tjera, nga 10 litra benzinë \u200b\u200btë shpenzuar për funksionimin e motorit, vetëm 3 litra janë shpenzuar për të bërë punë të dobishme. Pjesa tjetër e energjisë nga djegia e karburantit u shpenzua në humbje.

Me të njëjtin vëllim pune, fuqia e motorit me benzinë \u200b\u200batmosferike është më e lartë, por ajo arrihet në xhiro më të larta. Motori duhet të "kthehet", humbjet rriten, konsumi i karburantit rritet. Alsoshtë gjithashtu e nevojshme të përmendet çift rrotullimi, që fjalë për fjalë do të thotë forca që transmetohet nga motori në rrota dhe e shtyn makinën. Akulli i benzinës arrin çift rrotullues maksimal në rpm më të lartë.

Një naftë e ngjashme me aspirim natyror arrin kulmin e momentit në rrotullime të ulëta, ndërsa përdor më pak karburant nafte për të kryer punë të dobishme, që do të thotë efikasitet më të lartë dhe ekonomi të karburantit.

Karburanti dizel gjeneron më shumë nxehtësi sesa benzina, temperatura e djegies së karburantit është më e lartë dhe rezistenca e shpërthimit është më e lartë. Rezulton që një ICE dizel prodhohet punë e dobishme në një sasi të caktuar të karburantit më shumë.

Vlera energjetike e karburantit dizel dhe benzinës

Karburantit dizel përbëhet nga hidrokarbure më të rënda se benzina. Efikasiteti më i ulët i një impianti benzine në krahasim me një motor nafte qëndron gjithashtu në përbërësin e energjisë së benzinës dhe veçoritë e djegies së tij. Djegia e plotë një sasi e barabartë e karburantit dizel dhe benzinës do të japë më shumë nxehtësi në rastin e parë. Nxehtësia brenda motor me djegie të brendshme shndërrohet më plotësisht në energji të dobishme mekanike. Rezulton se kur digjen të njëjtën sasi të karburantit për njësi të kohës, është nafta që do të bëjë më shumë punë.

Vlen gjithashtu të merren parasysh tiparet e injeksionit dhe krijimin e kushteve të duhura për djegien e plotë të përzierjes. Nafta furnizohet me karburant veçmas nga ajri, nuk injektohet konsum i shumëfishtë, por direkt në cilindër në fund të goditjes së kompresimit. Rezultati është një temperaturë më e lartë dhe djegia më e plotë e një pjese të përzierjes së karburantit-ajrit.

Rezultati

Projektuesit vazhdimisht përpiqen të përmirësojnë efikasitetin e motorëve me naftë dhe benzinë. Rritja e numrit të valvulave të marrjes dhe shkarkimit për cilindër, përdorimi aktiv, kontrollit elektronik injeksion i karburantit, mbyt dhe zgjidhje të tjera mund të rrisin ndjeshëm efikasitetin. Kjo vlen në një masë më të madhe për motorin me naftë.

Falë këtyre karakteristikave, një motor modern dizel është në gjendje të djegë plotësisht një pjesë të karburantit naftë të ngopur me hidrokarbure në një cilindër dhe të prodhojë një çift rrotullues të madh në xhiro të ulëta. Rpm të ulët do të thotë më pak humbje fërkimi dhe rezistencë fërkimi. Për këtë arsye, një motor me naftë sot është një nga llojet më produktive dhe ekonomike të motorëve me djegie të brendshme, efikasiteti i të cilave shpesh tejkalon markën 50%.

Lexoni gjithashtu

Pse është më mirë të ngrohni motorin para se të ngasni: vajosje, karburant, veshin e pjesëve të ftohta. Si të ngrohni siç duhet një motor dizel në dimër.