Dugattyús belső égésű motor

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. július 5-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 24 szerkesztést igényelnek .

A dugattyús belsőégésű motor a belső égésű motor (ICE)  egy olyan típusa , amelyben a táguló gázok hőenergiája , amely a tüzelőanyag hengerben történő égése eredményeként keletkezik, a dugattyú transzlációs mozgásának mechanikai munkájává alakul át. a munkafolyadék (az üzemanyag égéséből származó gáznemű termékek) tágulása miatt a hengerben , amelybe a dugattyú be van helyezve. A dugattyúk transzlációs mozgását egy forgattyús mechanizmus [1] alakítja át a főtengely forgására . Minden dugattyús ICE továbbítja a generált mechanikai energiát a munkavégzés érdekében, csak forgás útján. [2].

A dugattyús belső égésű motorok kevésbé elterjedt típusai a szabaddugattyús gázgenerátorok és a dízelkalapácsok. Az első generált energiát azonnal felhasználják a gáz összenyomására (fő- és ipari kompresszorok), a második - egy nehéz dugattyú energiájába, amely minden ütéssel energiát ad át a meghajtott halomnak.

A dugattyús belső égésű motor a leggyakoribb hőmotor . Szárazföldi, légi és vízi közlekedési eszközök, katonai, mezőgazdasági és építőipari berendezések, elektromos generátorok, kompresszorok, vízszivattyúk, szivattyúk, motoros szerszámok (benzinvágók, fűnyírók, láncfűrészek) és egyéb, mobil és helyhez kötött gépek meghajtására szolgál, ill. évente több tízmillió termék mennyiségét állítják elő a világon. A dugattyús belső égésű motorok teljesítménye néhány watttól (repülőgép-, motorkerékpár- és hajómodellek) 75 000 kW -ig (tengeri motorok) terjed.

A műszaki termodinamika keretein belül a dugattyús belső égésű motorok működését, ciklogramjaik jellemzőitől függően, Otto , Diesel , Trinkler , Atkinson vagy Miller termodinamikai ciklusai írják le .

Motorciklusok

A dugattyús belső égésű motorokat, mivel periodikus működésű gépek (a kamráikban a munkafolyamatok felváltják egymást), elsősorban ciklus szerint osztályozzák (löket a dugattyú egy mozgása (fel vagy le), idővel a főtengely fél fordulatát teszi meg ).

2-, 4- és 6-ütemű motorokat fejlesztettek ki és használtak (használtak), vagyis a teljes működési ciklus bennük a főtengely 1, 2, illetve 3 fordulatában megy végbe. Mivel a munkalöket az egyetlen ciklus, amelyben energia szabadul fel, a ciklus csökkentésével a motor teljesítményének növelése azonos ciklusjelzőkkel (jelzőnyomás) lehetséges.

Valójában ezért a kétütemű motorok nagyon gyakoriak a minimális tömeget igénylő eszközökben (fűnyírók, külső motorok, készenléti benzingenerátorok). Készülékük egyszerűbb, ára alacsonyabb, de környezeti és gazdaságossági tulajdonságai gyengébbek, mint a 4 üteműek. Ezért a legtöbb szállítómotor 4 ütemű.

A fő tengeri motorok ezzel szemben általában kétüteműek. Ennek az az oka, hogy továbbra is lehetséges a kétütemű dízelmotorok magas hatásfoka, de az öblítőrendszer bonyolításával és költségeinek növelésével. Egy ilyen motornak kisebb tömege lesz, ami azt jelenti, hogy javítja egy hajó vagy hajó teljesítményét. A kétütemű motor hátramenete műszakilag könnyebben kivitelezhető, mivel a vezérműtengelyeket nem kell átrendezni (a nagy hajók sebességváltója nem rendelkezik hátrameneti fokozattal, a hátramenetet a dízel hátramenet végzi).

Hatütemű motorokat használtak korábban a vasúti közlekedésben, a szabadalmi kifizetések megkerülésére. A bonyolultság és az előnyök hiánya miatt nem kaptak további fejlesztést.

A leggyakoribb (4 ütemű) dugattyús belső égésű motorok munkaciklusa két teljes forgattyús fordulatot vagy négy ütemet vesz igénybe:

  1. Beszívás (levegő vagy levegő-üzemanyag keverék);
  2. Töltési tömörítés (a hatékonyság növelése érdekében);
  3. Üzemi löket (égéstermékek tágulása);
  4. Kiengedés (kipufogó).

A kétütemű motoroknak csak két ciklusuk van:

  1. töltéstömörítés;
  2. Munkás lépés.

A kétütemű motorokban azonban a munkafolyadék bevitele és kipufogása akkor történik, amikor a dugattyú az alsó holtpont közelében van, és ez nem egy triviális feladat. A gázelosztási mechanizmus számos változata mutatja ennek a feladatnak a nagy jelentőségét. A kétütemű motor rövid gázcsere ideje általában nem teszi lehetővé a hengerek ugyanolyan teljes tisztítását és feltöltését, mint a négyütemű motoroknál, így teljesítményük nem duplázódik meg egyenlő munkatérfogat mellett. A kieső dugattyúlöket befolyása is hatással van, így az ilyen motorok teljesítménye mindössze 1,5...1,7-szer nagyobb, mint a négyütemű egyenlő erőltetés.

A gázelosztó mechanizmus változatai

Általánosságban elmondható, hogy az egyéb motorrendszerek között a gázelosztó mechanizmus a legkülönfélébb kialakítású a következő okok miatt:

ICE rendszerek

A legtöbb belső égésű motor hátránya, hogy a legnagyobb teljesítményt csak szűk fordulatszám-tartományban fejti ki. Ezért a szállító belső égésű motorok gyakori kísérője a sebességváltó . Csak bizonyos esetekben (például repülőgépeken , helikoptereken és hajókon) lehet eltekinteni a komplex átviteltől. Fokozatosan hódítja meg a világot a hibrid autó ötlete , amelyben a motor mindig az optimális üzemmódban (elektromos váltó) működik. A különböző működési ciklusú motorok eltérő rendszerrel rendelkeznek, például a dízelmotorok nem rendelkeznek gyújtásrendszerrel, a szikramotorok pedig nem rendelkeznek nagynyomású üzemanyag-szivattyúval, kivéve a közvetlen üzemanyag-befecskendezéses rendszereket.

Általában egy belső égésű motorhoz szüksége van: energiaellátó rendszerre (üzemanyag és levegő ellátására - üzemanyag-levegő keverék elkészítésére), kipufogó rendszerre ( kipufogógázok eltávolítására ), és nem nélkülözheti kenőrendszert (a csökkentése érdekében). súrlódási erők a motor mechanizmusaiban, védik a motor alkatrészeit a korróziótól , valamint a hűtőrendszerrel együtt az optimális hőszabályozás fenntartása érdekében, a hűtőrendszerek (a motor optimális hőkezelésének fenntartása érdekében), az indítórendszer (az indítási módszereket alkalmazzák: elektromos önindító, segédindító motor segítségével, pneumatikus, emberi izomerő segítségével) , gyújtórendszer (levegő-üzemanyag keverék gyújtására, szikragyújtású motorokban használatos). Ez nemcsak a dugattyús, hanem a gázturbinás és sugárhajtású belsőégésű motorokra is vonatkozik, ahol az ilyen rendszerek tömege meghaladhatja a fő alkatrészek tömegét. Így előfordulhat, hogy még jelentős erőkifejtés sem teszi lehetővé a tömeg és a méretek jelentős csökkentését, ha ezeket korlátozza például a hűtőrendszer.

Löket/furat arány (S/D)

A belső égésű motor egyik tervezési paramétere a dugattyúlöket és a hengerátmérő aránya (vagy fordítva). A gyorsabb benzinmotoroknál ez az arány közel 1 vagy kevesebb, a dízelmotoroknál a dugattyúlöket általában nagyobb, mint a henger átmérője. Az S/D csökkentése lehetővé teszi a motor méretének csökkentését közel azonos teljesítményhez (mivel a dugattyú sebessége változatlan marad a fordulatszám megfelelő növekedésével). Minél hosszabb a dugattyúlöket, annál nagyobb nyomatékot fejleszt ki a motor, és annál alacsonyabb az üzemi fordulatszám-tartománya. Így két azonos teljesítményű motor közül a rövidütemű könnyebb és kisebb lesz.

Vannak azonban tervezési korlátok az S/D csökkentésére. A löket csökkentésével a forgási gyakoriság növekedése a súrlódási veszteségek növekedéséhez vezet, beleértve a hajtókarok és a hajtórudak mozgása során fellépő aerodinamikai veszteségeket; a tehetetlenségi erők nőnek; nehéz vagy lehetetlenné válik az égéstér kívánt alakjának elérése megfelelő fokú összenyomás mellett; az égéstér felületének térfogatához viszonyított arányának növekedése miatt a hőátadás megnő. A motor fordulatszámának jelentős növekedésével a gázcsere feladata megnehezül, és előfordulhat, hogy a keverék égése nem éri el a végét. Ezért általában a hosszú ütemű motorok a legjobb üzemanyag-hatékonysággal rendelkeznek, és a szükséges teljesítménysűrűséget bennük turbófeltöltéssel érik el.

Dugattyús szikragyújtású ICE ( Otto motor )

Létszámát tekintve a legelterjedtebb, hiszen 2014-ben több mint 1,2 milliárd volt a világon az autók száma, és a legtöbbjüket Otto motor hajtja. A klasszikus Otto-ciklus négyütemű, bár előtte megjelentek a kétütemű szikragyújtású motorok. De a rossz környezeti és gazdasági (üzemanyag-fogyasztási) mutatók miatt a kétütemű motorokat egyre kevésbé használják.

Két üzemanyag-ellátási lehetőséggel rendelkezik: befecskendező és karburátor.

Benzinmotor

Ez a legelterjedtebb opció, amelyet a szállítójárművek jelentős részére telepítenek (kisebb tömeg, költség, jó hatásfok és alacsony zajszint miatt). Két lehetőség van az üzemanyag-ellátó rendszerhez: befecskendező és karburátor. Mindkét esetben üzemanyag-levegő keveréket sűrítenek össze a hengerben, amely detonációnak van kitéve, így egy ilyen motor kompressziós arányát és löketét az üzemanyag oktánszáma korlátozza .

Karburátor motor

Jellemzője az üzemanyag-benzin keverék (levegőáramlással porlasztott) előállítása egy speciális keverőben, karburátorban . Korábban az ilyen benzinmotorok voltak túlsúlyban; manapság a mikroprocesszorok fejlődésével hatókörük rohamosan zsugorodik (kis fogyasztású, kis teljesítményű belső égésű motorokon használják).

Üzemanyag-befecskendezésű motor

Jellemző, hogy az üzemanyag-keveréket az üzemanyag-befecskendező rendszer betáplálásával a motor elosztócsövébe vagy nyitott hengereibe fogadják . Jelenleg ez az Otto ICE domináns változata, mivel lehetővé teszi a motor elektronikus vezérlésének drámai egyszerűsítését. A keverék kívánt homogenitásának mértékét az üzemanyag befecskendező porlasztásának nyomásának növelésével érjük el. Az egyik lehetőség a közvetlen üzemanyag-befecskendezés, amely a nagy egyenletesség mellett lehetővé teszi a motor kompressziós arányának (és ezáltal hatékonyságának) növelését. Először jelentek meg befecskendező rendszerek a repülőgép-hajtóműveken, mivel lehetővé tették a keverék adagolását a motor bármely helyzetében.

Szikragyújtású gázmotorok

Ez egy hagyományos dugattyús belső égésű motor, amely Otto-cikluson működik (szikragyújtással), szénhidrogéneket használ üzemanyagként , amelyek normál körülmények között gáz halmazállapotúak. Ezeket a motorokat széles körben használják például kis és közepes teljesítményű erőművekben , amelyek üzemanyagként földgázt használnak (a nagy teljesítmény területén a gázturbinás erőművek uralkodnak). Dolgozhatnak 2 ütemű cikluson is, de a 4 ütemű változat gyakoribb. Tervezési különbségek egy adott típusú gázmotor-üzemanyag miatt:

  • cseppfolyósított gázok (vagy LPG - hengerben tárolva telített gőznyomás alatt, legfeljebb 16 atm ; vagy LNG - kriogén berendezés szükséges). Az elpárologtatóban elpárologtatott folyadékfázis vagy a keverék gőzfázisa a gázcsökkentőben fokozatosan a légköri nyomáshoz közeli nyomást veszít, és a motor levegő-gáz keverőn keresztül beszívja a szívócsonkba, vagy befecskendezi a szívócsőbe. elektromos injektorok eszközei . A gyújtás egy szikra segítségével történik, amely a gyertya elektródái között ugrik.
  • CNG - palackokban tárolva 150-250 atm nyomás alatt . Az áramellátó rendszerek kialakítása hasonló a cseppfolyósított gázzal működő villamosenergia-rendszerekhez, a különbség az elpárologtató hiányában van .
  • termelő gáz - szilárd tüzelőanyag gáznemű tüzelőanyaggá alakításával nyert gáz (szilárd tüzelőanyagként a következőket használják: szén , koksz , szénbrikett , tüzelőanyag- pellet , tűzifa , faszén , tőzeg stb.). A generátorgázzal változtatás nélkül üzemelő szállítómotorok esetében a teljesítménycsökkentés fő oka a munkakeverék töltésének csökkenése, mivel mobil berendezéseken nehéz a gáz kielégítő hűtését elérni. De ez a probléma nem lényeges az álló motoroknál, ahol a hűtő tömege és méretei nem nagyon korlátozottak. Speciálisan módosított vagy kifejezetten generátorgázzal történő működésre tervezett motorokon a kompressziós arány növelésével és a gázgenerátor kismértékű megnövelésével egy literes teljesítményt érnek el, amely megegyezik a benzinmotorokéval.

Kompressziós gyújtású motor

A dízelmotort az üzemanyaggal való gyújtás jellemzi gyújtógyertya használata nélkül . A tüzelőanyag egy részét a fúvókán keresztül fecskendezik be a hengerben adiabatikus kompresszióból (az üzemanyag gyulladási hőmérsékletét meghaladó hőmérsékletre) felmelegített levegőbe. A tüzelőanyag-keverék befecskendezése során permetezzük, majd az üzemanyag-keverék egyes cseppjei körül égésközpontok jelennek meg, amint az üzemanyag-keveréket befecskendezik, fáklya formájában kiég. Mivel a dízelmotorok nem hajlamosak a detonációra, nagyobb sűrítési arány is elfogadható. 15 fölé emelése gyakorlatilag nem ad hatásfoknövekedést [3] , mivel ebben az esetben a maximális nyomást korlátozza a hosszabb égés és a befecskendezési szög csökkenése. A kis méretű, nagy sebességű, örvénykamrás dízelmotorok kompressziós aránya azonban akár 26 is lehet a megbízható gyújtás érdekében nagy hőelvonási körülmények között és a kevésbé merev működés érdekében (a merevséget a gyújtás késleltetése okozza, amelyet az nyomás égés közben, MPa / főtengely forgási fokban mérve). A nagyméretű kompresszoros tengeri dízelmotorok kompressziós aránya körülbelül 11...14, hatásfoka pedig több mint 50% [4] .

A dízelmotorok általában kevésbé gyorsak, és a benzinmotorokéval azonos teljesítmény mellett nagy nyomaték jellemzi őket a tengelyen. Ezenkívül néhány nagy dízelmotor nehéz üzemanyaggal, például fűtőolajjal is működik . A nagy dízelmotorok indítása általában egy sűrített levegőt biztosító pneumatikus körrel történik, vagy dízel generátorkészletek esetén egy csatlakoztatott elektromos generátorról , amely indítómotorként működik indításkor .

A közhiedelemmel ellentétben a hagyományosan dízelmotoroknak nevezett modern motorok nem dízel- , hanem Trinkler-Sabate cikluson működnek vegyes hőellátással. A dízelmotorok hátrányai a működési ciklus jellemzőiből adódnak - nagyobb mechanikai igénybevétel, amely megnövekedett szerkezeti szilárdságot igényel, és ennek eredményeként a méretek, a tömeg és a költség növekedése a bonyolult tervezés és a drágább felhasználás miatt. anyagokat. Ezenkívül a heterogén égés miatti dízelmotorokat elkerülhetetlen koromkibocsátás és a kipufogógázok megnövekedett nitrogén-oxid -tartalma jellemzi.

Gáz-dízel motor

Az üzemanyag fő részét a gázmotorok egyikéhez hasonlóan készítik elő, de nem elektromos gyertyával, hanem a dízelmotorhoz hasonlóan a hengerbe fecskendezett gázolaj gyújtórészével gyújtják meg. Általában lehetséges tisztán dízelciklussal üzemeltetni. Alkalmazás: nehéz teherautók. A gáz-dízel motorok a gázmotorokhoz hasonlóan kevesebb károsanyag-kibocsátást termelnek, ráadásul a földgáz olcsóbb. Egy ilyen motort gyakran egy sorozatos utólagos felszereléssel állítanak elő, miközben a dízel üzemanyag-megtakarítás (a gázzal való helyettesítés mértéke) körülbelül 60% [5] . Külföldi cégek is aktívan fejlesztenek ilyen terveket [6] .

Dugattyús belsőégésű motorok megnevezése és paraméterei

A gyakorlatban a motorok alfanumerikus megjelölésével kell foglalkozni. A dugattyús motorok esetében (Oroszországban) a GOST 10150-2014 szerint szabványosítva van a jelölésekre és kifejezésekre vonatkozó államközi szabvány [7] keretein belül .

Például a 6Ch15/18 jelölés egy 6 hengeres négyütemű motort jelöl, amelynek dugattyú átmérője 15 cm és lökethossza 18 cm;

A szabványok meghatározzák a műszaki feltételeket is (levegőhőmérséklet, légköri nyomás és páratartalom, üzemanyag típusa, külső egységek energiafogyasztása) a belső égésű motorok például teljesítményvizsgálatához. Mivel ezek a feltételek országonként eltérőek, a gyártó által megadott teljesítmény a helyi szabványoknak megfelelően egyik vagy másik irányban eltérhet (az alkatrészek méretének változása miatt, például a gázelosztó rendszerben a motor teljesítménye mindig természetes gyári ingadozás; a kétütemű belső égésű motoroknál, mivel ezek a rendszerek nagyobb hatással vannak a teljesítményre, az ilyen szórás nagyobb).

Létezik például a "bruttó teljesítmény" és a "nettó teljesítmény" (SAE) [8] fogalma . Az első a tengelyről felvett teljesítményt jelzi a szivattyú meghajtása, a generátor és a ventilátor, valamint a légszűrő eltávolítása nélkül, a második - mindezekkel az egységgel. 1971-ig az autógyártók (promóciós célból) a bruttó lóerőt körülbelül 20%-kal többet tüntették fel a motor specifikációiban. Ez az olyan szovjet motorokra is vonatkozott, mint a GAZ-24, Moskvich-412. Később azonban „visszaesések” következtek be a bruttó teljesítmény karakterisztikákba való beillesztésével (ZMZ-406 [9] 150 LE deklarált teljesítménnyel).

Alapvető motorparaméterek

A következő paraméterek kapcsolódnak a dugattyús belső égésű motor működéséhez.

  • Felső holtpont (V. M. T.) - a dugattyú szélső felső helyzete.
  • Alsó holtpont (n.m.t.) - a dugattyú legalacsonyabb helyzete.
  • A forgattyús sugár - a főtengely főcsap tengelyétől a hajtórúd csapjának tengelyéig mért távolság
  • Dugattyúlöket - a dugattyú szélső helyzetei közötti távolság, amely megegyezik a főtengely főtengely sugarának kétszeresével. A dugattyú minden egyes löketének felel meg a főtengely 180 °-os (fél fordulat) szögben történő elfordulásának.
  • A löket a munkaciklus része, amely akkor következik be, amikor a dugattyú egyik szélső helyzetből a másikba mozog.
  • Az égéstér térfogata a dugattyú feletti tér térfogata, amikor az a felső holtpontban van.
  • A henger munkatérfogata az a térfogat, amelyet a dugattyú felszabadít, amikor a felső holtpontból az alsó holtpontba mozog.
  • A henger teljes térfogata a dugattyú feletti tér térfogata, amikor az az alsó holtpontban van. A henger teljes térfogata megegyezik a henger munkatérfogatának és az égéstér térfogatának összegével.
  • A többhengeres motorok lökettérfogata a lökettérfogat és a hengerek számának szorzata .
  • A kompressziós arány  a henger teljes térfogatának és az égéstér térfogatának aránya.

A belső égésű motor jellemzői

A dugattyús motor fogyasztói tulajdonságait a következő mutatók jellemzik:

  1. Tömegmutatók, kg per liter munkatérfogat (általában 30-80) - fajsúly ​​és kW / kg - fajlagos teljesítmény. Fontosabbak a közlekedésben, különösen a légi közlekedésben, a hajtóművekben.
  2. Fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás , g / LE * h (g / kW * h), vagy meghatározott típusú, különböző sűrűségű és halmazállapotú tüzelőanyagok esetén, l / kW * h, m 3 / kW * h.
  3. Erőforrás órákban (órákban). A belső égésű motorok egyes alkalmazásai nem igényelnek nagy erőforrást (belső égésű motorok, ATGM -motorok , torpedók és drónok indítása), ezért előfordulhat, hogy a tervezésük nem tartalmazhat például olaj- és légszűrőket. Az ilyen specifikus belső égésű motorok, például a lőfegyverek erőforrását a csőcsere előtt leadott lövések számában számítják ki. A legtartósabb motoroknak tíz- és százezer órás erőforrással kell rendelkezniük (hajó és erős álló helyzetben), amely megfelel a hajó vagy az erőmű erőforrásának.
  4. Környezeti jellemzők ( függetlenül és a jármű részeként egyaránt ), amelyek meghatározzák a működési lehetőséget.
  5. A nyomatékgörbét a fordulatszám függvényében meghatározó szállítási jellemzők . Amikor a motor csavaros karakterisztikán működik, általában váltó nélkül, nincs szükség a szállítási karakterisztika speciális beállítására, de autókban és traktorokban a jó szállítási karakterisztika (nagy nyomatéktartalék, alacsony fordulatszám beállítás ) csökkentheti a szállítási karakterisztikát. fogaskerekek a sebességváltóban és megkönnyítik a vezérlést.
  6. A motor zaját gyakran a luxusautó-modellekben vagy tengeralattjárókban való felhasználás határozza meg . A zaj csökkentése érdekében gyakran csökkentik a motortartó merevségét, bonyolítják a kipufogórendszereket (például a külső motoroknál a kipufogógázok propellerén keresztül), valamint a motorháztetőt is.

Sebesség jellemzői

A teljesítményt a kimenő tengelyre szállító belső égésű motorokat általában a tengely fordulatszámától függő nyomaték- és teljesítménygörbék jellemzik (a minimális stabil alapjárati fordulatszámtól a lehető legnagyobbig, amelyen a belső égésű motor hosszú ideig üzemképes meghibásodás nélkül) [10] . E két görbe mellett egy fajlagos üzemanyag-fogyasztási görbe [11] is bemutatható . Az ilyen görbék elemzésének eredményei alapján meghatározzák a nyomatéktartalék tényezőt (más néven alkalmazkodóképességi tényezőt) és egyéb, a sebességváltó kialakítását befolyásoló mutatókat [12] .

A fogyasztók számára a gyártók ISO-1585 nettó teljesítményű külső fordulatszám-karakterisztikát biztosítanak az ICE teljesítmény mérésére vonatkozó regionális szabványnak megfelelően, amely függ a hőmérséklettől, a nyomástól, a levegő páratartalmától, a felhasznált üzemanyagtól és a beépített egységek teljesítménylevételétől. Az USA-ban gyártott motorokat általában más szabvány (SAE) szerint tesztelik. Ezt a karakterisztikát külsőnek nevezik, mivel a teljesítmény- és nyomatékvonalak a részleges fordulatszám-karakterisztikán felül haladnak, és az üzemanyag-ellátás manipulálásával lehetetlen e görbe feletti teljesítményt elérni.

Az 1980-as és korábbi publikációk bruttó teljesítménymérések alapján adják meg a fordulatszám-karakterisztikát (a fenti grafikonon a nyomatékgörbe is látható).

A teljes sebesség mellett a szállítási sebességváltók számításaiban aktívan használják a részleges fordulatszám-karakterisztikát  - a motor hatékony teljesítményét az üzemanyag-ellátó szabályozó (vagy benzinmotorok esetén a fojtószelep) közbenső helyzeteiben [12] . Az ilyen jellemzőkkel rendelkező légcsavarokkal rendelkező járművek esetében a légcsavar karakterisztikája az állítható dőlésszögű légcsavar dőlésszögének különböző helyzeteiben van megadva [13] .

Vannak más jellemzők, amelyeket nem tesznek közzé a fogyasztók számára, például a kijelzett teljesítmény, a tüzelőanyag-fogyasztás és a jelzett nyomaték görbéivel, és amelyeket a belső égésű motor kiszámításához használnak, valamint az abszolút fordulatszám-karakterisztikát , amely a lehetséges maximális értéket mutatja. adott motor teljesítménye, amely több üzemanyag adagolásával érhető el, mint névleges üzemmódban. A dízelmotorokhoz füstvezetéket is építenek, melynek működése nem engedélyezett [14] .

Az abszolút karakterisztikával kapcsolatos munkát gyakorlatilag nem végezzük (kivéve a belső égésű motor indítását), mivel ez csökkenti a motor hatékonyságát és környezetbarát jellegét, csökkenti az erőforrást (különösen a dízelmotorok esetében, amelyekben a füsthatáron túli működés csökkenti a motort forrás néhány órára) [15] .

A dízel- és szikramotorok fordulatszám-karakterisztikája közötti jellegzetes különbséget (a nagy sebességek tartományában a második éles csökkenés részleges fordulatszám-karakterisztikája) a teljesítményszabályozás módszerének alapvető különbsége okozza: gáz- és benzinmotoroknál a tápegység A levegő vagy az éghető keverék mennyiségét fojtószelep korlátozza (mennyiségi szabályozás), és a fojtás növekedésével a töltőhenger meredeken csökken a fordulatszám növekedésével, míg a dízelmotorokban a levegő mennyisége változatlan marad, és a nyomaték kb. a ciklikus tüzelőanyag-ellátás arányában [16] .

Ez két fontos következménnyel jár: először is, a benzinmotorok alkalmazkodóképességi tényezője magasabb , ezért az ilyen motorral felszerelt autók sebességváltójában kevesebb sebességfokozat található; másodszor, a dízelmotorok sokkal kevésbé csökkentik hatásfokukat, ha részleges fordulatszámon működnek [17] . Ebből a szempontból a hengeren belüli befecskendezéssel (FSI) szerelt motorok későbbi modelljei részleges terhelésnél kevésbé fojtolnak, míg a hengerekben úgynevezett réteges keverékképződés megy végbe (a középen lévő üzemanyagsugár körüli égésközpontot levegő veszi körül) . A hatékonyság növekedésével egyidejűleg egy ilyen égési folyamat csökkenti a kibocsátást [18] . Így ezeknek a motoroknak a jellemzői az említettek között vannak.

Másrészt az elmúlt évtizedekben a dízelmotor fojtószelepét aktívan alkalmazzák, a szállítási teljesítmény javítása érdekében. A fojtás a turbófeltöltővel felszerelt dízelmotoroknál éri el a legnagyobb hatást [19] .

ICE erőforrás

Ezt nagyban meghatározza a tervezés és a kényszerítés mértéke. Konstruktív szempontból az erőforrás szempontjából a legfontosabb a henger-dugattyú csoport és a forgattyús mechanizmus kopásállósága, amelyet a keménységen, a kenőanyag típusán és a súrlódásgátló anyagokon túl nagyban befolyásol a a beáramló levegő és a motorban keringő olaj szűrése [20] .

A közelmúltban a környezetvédelmi követelmények növekedése miatt a motor megengedett maximális élettartamát nemcsak a teljesítmény és az üzemanyag-fogyasztás csökkenése, hanem a káros kibocsátások növekedése is korlátozza. Minden esetben a csapágyak és a tengelytömítések fokozatos kopása következik be, és a motor fő mechanizmusának a segédegységektől való függése miatt az erőforrást az első meghibásodása korlátozza.

A motoroknál jellemzően a szűrők, valamint az olaj, a gyújtógyertyák, a vezérműszíjak vagy a láncok öblítéséhez vagy cseréjéhez kapcsolódó szervizintervallumok vannak. Kiviteltől függően a motoroknak különféle ellenőrzési és beállítási munkákra van szükségük, hogy garantálják a következő időszakot a hibamentesen. Azonban még minden karbantartási szabály mellett is fokozatosan elhasználódik a motor. Az üzem által meghatározott erőforráson túl (a kopóalkatrészek keménysége és csiszolása, valamint a termikus viszonyok miatt) minden egyéb tényező változatlansága mellett a motor sokkal tovább bírja részteljesítményű üzemmódokban [21] .

Spark ICE-k üzemanyag-fogyasztása

A tüzelőanyag-levegő keverék szikrázó ICE-kben való összenyomása növeli azok hatékonyságát (COP), de a kompressziós arány növelése a munkakeverék kompresszió által kiváltott melegedését is növeli a Charles törvénye szerint . Ha az üzemanyag gyúlékony, a villanás azelőtt történik, hogy a dugattyú elérné a TDC -t . Ez olyan nyomásnövekedéshez vezet a kompressziós folyamat során, amely károsítja a motort. Ezért egy szikragyújtású motorban ( otto-motor ) az üzemanyag öngyulladása elfogadhatatlan. Az öngyulladás, amely a láng előtti reakciókhoz jelentős időt igényel, néha kellően alacsony fordulatszámon következik be, általában abban nyilvánul meg, hogy a motor nem áll le a gyújtás kikapcsolásakor, hanem egyenetlenül forog tovább, néha ellenkező irányban (gyertyáktól és koromrészecskéktől izzó gyulladás). Ez károsíthatja a motort, ezért tervezési intézkedéseket kell tenni ennek elkerülésére.

A szikra ICE-k tüzelőanyag-töltési tartományát egy kb. 50 m/s-ról mozgó lángfront választja el a reakciótermékektől (a lángsebesség függ a keverék turbulenciájától, összetételétől és a tüzelőanyag típusától, a szikraköz áttörési energiájától , az egyenetlen összetétel a rétegképződés során és egyéb tényezők). Normál égési körülmények között a lángfront, amelyben az égés megtörténik, ezzel a sebességgel halad át a gyertyáról a henger falaira. Működés közben azonban gyakran megfigyelhető az üzemanyag-keverék utolsó részeinek gyors öngyulladása, amely térfogatban fordul elő. Ezt a jelenséget detonációnak nevezik. A detonáció oka a nyomás és a hőmérséklet jelentős megnövekedése a töltet fennmaradó részében (égéstermékek általi összenyomás), ami a lángfronton lévő hatóanyagok diffúziója miatt, valamint elegendő idő (tíz ezredmásodperc) miatt engedje át a láng előtti reakciókat. Szikraellátás hiányában a tömörítés és tágulás során bekövetkező detonáció nem figyelhető meg (a detonáció nem öngyulladás) [22] .

Amikor a detonáció végül megtörténik, az égési sebesség eléri a 2 km/s-t vagy még többet, ezáltal többszörös visszaverődő lökéshullámok keletkeznek a hengerben, amelyeket kívülről csengő kopogásként érzékelnek. A lökéshullámok, amelyek az üzemanyag energiájának egy részét veszik fel, nemcsak csökkentik a teljesítményt, hanem károsítják a motor alkatrészeit, például a dugattyúkat, a gyűrűket és a hengerfejeket. Végül a detonációs hullámok energiája hővé alakul, így a motor túlmelegedhet robbanás közben. Az erős detonációval járó hosszan tartó munka az anyag letöredezését, a dugattyúgyűrűk törését, a dugattyú kiégését okozza, ezért elfogadhatatlan; sőt a detonáció által károsított felület csak fokozza ezt a jelenséget [23] .

Ennek eredményeként minden motornál, figyelembe véve a fordulatszámát, a kiválasztott sűrítési arányt, a gyújtás időzítését, a töltésmelegítés mértékét, a keverékképzés módját és a töltés turbulenciáját, egy adott típusnál van korlát a robbanás nélküli működésre. üzemanyag. A kevésbé tartós üzemanyag használata a fent leírt jelenségekhez vezethet a motorban, ami annak meghibásodását okozza. Az üzemanyag kopogásállóságát általában az izooktán és n-heptán referenciakeverékével való összehasonlítással határozzák meg. Ha a benzin oktánszáma 80, akkor az ellenállása 80% izooktán és 20% n-heptán keverékének felel meg. Az izooktánnál nagyobb ellenállású tüzelőanyagok esetében a szám meghatározása összehasonlítás útján történik, más keverékek keverésével. Általában a mért VAGY nagysága a módszertantól függ. Az üzemanyag öngyulladási ellenállása és kopogásállósága nem egyenértékű (nincs lineáris korreláció). Ezért a munkafolyamat megszervezésénél a motorban mindkét veszélyt figyelembe kell venni.

A kompressziós gyújtású motorokban az üzemanyag öngyulladása pozitív, és a tüzelőanyag cetánszámával mérik . A nagyobb szám gyorsabb gyújtást jelez; általában 40-nél nagyobb CN-ű üzemanyagokat használnak. A dízelmotorokban az égés súlyosságát az üzemanyag fokozatos égése korlátozza a betáplálás során, ezért a klasszikus robbanás nem figyelhető meg egy ilyen motorban, üzemképes üzemanyag-berendezéssel.

Egy klasszikus dugattyús belső égésű motor termodinamikája

A belső égésű motor termikus számítását először Grinevetsky orosz professzor , a Moszkvai Birodalmi Műszaki Iskola igazgatója dolgozta ki. Életét az 1919-es polgárháború szakította félbe. Hazánkban utódja olyan orosz mérnökök lett, mint Briling , Mazing és Sikorsky (utóbbi emigrált).

Az első és legfontosabb az egyes dugattyús belső égésű motorok számításánál a munkatérfogat.

, ahol i és D a hengerek átmérője és száma, S a dugattyúlöket.

A belső égésű motor ciklusának egyik fő mutatója az indikátor hatékonysága, amely a sűrítés mértékétől és a munkafolyadék politropikus indexétől függ.

A második fontos egyenlet a kijelzett teljesítmény viszonya a motor lökettérfogatához, a fordulatok számához és a kényszerítés mértékéhez (csökkentett jelzett nyomás).

A motor kijelzett hatásfoka a jelzett teljesítmény, üzemanyag-fogyasztás és fűtőérték alapján kerül kiszámításra.

Az effektív teljesítmény és effektív indikátornyomás a mechanikai veszteségek mértékében különbözik az indikátoroktól, a mechanikai hatásfokkal kifejezve.

A mechanikai veszteségek magukban foglalják a henger-dugattyú csoport és a gázelosztó mechanizmus súrlódását, valamint a csatlakoztatott egységek (szivattyú, olajszivattyú, generátor) veszteségeit és a gázcsere folyamatában jelentkező veszteségeket (negatív munkakör a jelződiagramban). 4 ütemű belső égésű motor).

A termodinamikai paraméterek általában nem kapcsolódnak egy adott motor kialakításához, de a képletekben a megfelelő együtthatókat a mechanikai veszteségek, a maximális kompressziós arány és a beszívott levegő sűrűsége miatt a tervezés határozza meg. A termodinamikai mutatók nemcsak a hatékonyságot és a teljesítményt, hanem a motor környezeti teljesítményét is befolyásolják.

A dugattyús belső égésű motorok környezetre gyakorolt ​​hatása és a tervezésükre vonatkozó környezetvédelmi követelmények

A rendszeresen használt szállító (főleg dugattyús) belső égésű motorok százmilliói, amelyek naponta hatalmas mennyiségű olajterméket fogyasztanak [24] , összesen nagy károsanyag-kibocsátást adnak. Szénhidrogénekre (CH), szén-monoxidra (CO) és nitrogén-oxidokra (NOx) osztják. Korábban ólmozott benzint is használtak, amelynek égéstermékei olyan ólmot tartalmaztak , amely gyakorlatilag nem ürült ki az emberi szervezetből . Ez a legkifejezettebb az alföldön található, dombokkal körülvett nagyvárosokban: ha nincs szél, szmog képződik bennük .

A gépjármű-közlekedés fejlődésének első évtizedeiben erre nem fordítottak kellő figyelmet, mivel kevesebb volt az autó. A jövőben a gyártókat kötelezték bizonyos emissziós előírások betartására, és ezek egyre szigorodnak. Elvileg három módja van a kibocsátás csökkentésének:

  1. Környezetbarát üzemanyag (hidrogén, földgáz) vagy hagyományos folyékony üzemanyag (benzin és gázolaj "Euro-5") fejlesztése.
  2. A motorciklus paramétereinek megváltoztatása vagy újak fejlesztése (sűrítési arány csökkentése, töltésrétegezés, hengeren belüli befecskendezés, oxigénérzékelőket használó számítógépes vezérlőrendszerek, Common rail rendszer dízelmotorokon stb.).
  3. Káros kibocsátások tartalmának csökkentése termikus (korábban) és katalitikus (jelenlegi) katalizátorokkal.

A fejlett országokban meglévő toxicitási szabványok rendszerint több módszer egyidejű alkalmazását teszik szükségessé. Ugyanakkor általában romlik mind az autók, mind a teljes szállítási (beleértve a finomítókat) komplexum hatékonysága, mivel a motorok gazdaságossága és környezetbarátsága szempontjából optimális ciklusok általában nem esnek egybe, és a rendkívül környezetbarát üzemanyag előállítása több energiát igényel.

A károsanyag-kibocsátás csökkentése érdekében sok esetben csökkenteni kell a sűrítési arányt, a maximális fordulatszámot (a szükséges teljesítményt ilyen esetekben a károsanyag-kibocsátást kevésbé befolyásoló turbófeltöltéssel érik el); a tervezőknek fel kellett hagyniuk a sovány keveréken működő benzines belsőégésű motorok gazdaságosan legígéretesebb alkalmazásával. A kibocsátási normák bevezetése ellenére azonban a globális felmelegedés problémájával kapcsolatban felmerült a fosszilis tüzelésű motorok további használatának kérdése . Tekintettel az elkövetkező évtizedek korlátozott olajtartalékaira, a megújuló tüzelésű motorok, valamint az elektromos motorok arányának növekedésével kell számolnunk az ígéretes elektromos járművekben. Így a dugattyús belső égésű motorok köre szűkülni kezd.

Jegyzetek

  1. ↑ Belső égésű motorok tankönyve, 1. rész. A belső égésű motorok elméletének alapjai. Telephely kapcsolt energiatermelés Ukrajnában (elérhetetlen link) . www.cogeneration.com.ua Letöltve: 2020. február 23. Az eredetiből archiválva : 2020. február 24.. 
  2. ↑ Fő motorjelzők: teljesítmény, nyomaték, fogyasztás . techautoport.ru. Letöltve: 2020. január 15. Az eredetiből archiválva : 2020. január 15.
  3. ↑ A kompresszió folyamata a dugattyúban . vdvizhke.ru. Letöltve: 2019. július 15. Az eredetiből archiválva : 2019. július 15.
  4. ↑ Pavel Alekszandrovics Dorokhov, Nguyen Dinh Hiep. A sűrítési arány tengeri belső égésű motorok teljesítményére gyakorolt ​​hatásának tanulmányozása  // Az Astrakhan Állami Műszaki Egyetem közleménye. Sorozat: Tengerészeti berendezések és technológia. - 2009. - Kiadás. 1 . — ISSN 2073-1574 . Archiválva az eredetiből 2019. július 15-én.
  5. ↑ Gáz-dízel metánon | Gáz a motorokban . Letöltve: 2019. július 25. Az eredetiből archiválva : 2019. július 25.
  6. ↑ Gázdízel motorok műszaki jellemzői és a gáz-dízel eljárás kísérleti és elméleti tanulmányainak elemzése . Studref. Letöltve: 2019. július 25.
  7. ↑ GOST 10150-2014 Dugattyús belső égésű motorok. Általános előírások (módosítva), 2015. augusztus 11-én kelt GOST 10150-2014 . docs.cntd.ru. Letöltve: 2019. július 30. Az eredetiből archiválva : 2019. július 30.
  8. ↑ GOST 14846-81 . docs.cntd.ru. Letöltve: 2020. január 15. Az eredetiből archiválva : 2020. január 15.
  9. ↑ Műszaki adatok ZMZ 406 2,3 l / 100 l. Val vel. | AUTO-GL.ru . auto-gl.ru. Letöltve: 2020. január 15. Az eredetiből archiválva : 2020. január 15.
  10. ↑ A motor jellemzői - A "Behind the volán" magazin enciklopédiája . wiki.zr.ru. Letöltve: 2020. február 11. Az eredetiből archiválva : 2020. február 20.
  11. ↑ A motor fordulatszáma . stroy-technics.ru Letöltve: 2020. február 11. Az eredetiből archiválva : 2020. február 20.
  12. ↑ 1 2 A BELSŐ ÉGÉSŰ MOTOR KÜLSŐ SEBESSÉGESSÉGÉNEK SZÁMÍTÁSA - A tudomány és az oktatás modern problémái (tudományos folyóirat) . www.science-education.ru. Letöltve: 2020. február 11. Az eredetiből archiválva : 2021. április 11.
  13. ↑ CSAVAR JELLEMZŐI a fő motor működéséhez - Tengeri kifejezések szótára a Korabel.ru oldalon . www.korabel.ru Letöltve: 2020. február 11. Az eredetiből archiválva : 2020. február 20.
  14. ↑ Nagysebességű külső karakterisztika - Gépészmérnöki Enciklopédia XXL . mash-xxl.info. Letöltve: 2020. február 11. Az eredetiből archiválva : 2020. február 20.
  15. ↑ Dízelmotorok külső fordulatszám-karakterisztikája - Mechanical Engineering Encyclopedia XXL . mash-xxl.info. Letöltve: 2020. február 11. Az eredetiből archiválva : 2020. február 20.
  16. ↑ Belső égésű motor szabályozása . vdvizhke.ru . Letöltve: 2021. május 18. Az eredetiből archiválva : 2021. május 18.
  17. ↑ Sidorov V. N., Tsarev O. A., Golubina S. A. A belső égésű motorra jellemző külső sebesség kiszámítása  // A tudomány és az oktatás modern problémái. - 2015. - Kiadás. 1-1 . — ISSN 2070-7428 . Archiválva : 2021. május 18.
  18. ↑ Közvetlen üzemanyag-befecskendező rendszer - berendezés, működési elv . systemauto.ru . Letöltve: 2021. május 18. Az eredetiből archiválva : 2021. december 23.
  19. ↑ Mozdonyok és tengeri dízelmotorok hatékonyságának növelése alacsony terhelésen és alapjáraton a töltőlevegő fojtásával . cyberleninka.ru . Letöltve: 2021. május 18. Az eredetiből archiválva : 2021. május 18.
  20. ↑ Alekszej Boriszovics Stefanovszkij, Olekszij Boriszovics Stefanovszkij, Olekszij Stefanovszkij. A motorolaj hatása az autotraktor motorok kopásának okaira és tényezőire . — 2017. Archiválva : 2021. május 20.
  21. ↑ Milyen erőforrásokra tervezték a modern motorokat? . aif.ru (2019. május 21.). Letöltve: 2021. május 14. Az eredetiből archiválva : 2021. május 14.
  22. ↑ Hilliard D., Springler J. Benzinüzemű járművek üzemanyag-hatékonysága. - Moszkva: Mashinostroenie, 1988. - S. 209-268. — 509 p.
  23. ↑ Hilliard D., Springler J. Benzinüzemű járművek üzemanyag-hatékonysága. - Moszkva: Mashinostroenie, 1988. - S. 252-268. — 509 p.
  24. ↑ World Oil Reserves and Consumption Online . Letöltve: 2019. július 25. Az eredetiből archiválva : 2019. július 25.

Irodalom

szabványok és specifikációk

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 Motorok
Belső égésű motorok (kivéve a turbinát )
viszonzó
Ciklusok száma

Hengerelrendezés _
Dugattyús típusok

Begyújtási módszer
Forgó
Kombinált
Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor