Frem- og tilbagegående forbrændingsmotor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 5. juli 2021; checks kræver 24 redigeringer .

En stempelforbrændingsmotor  er en type forbrændingsmotor (ICE), hvor den termiske energi af ekspanderende gasser, dannet som et resultat af forbrændingen af ​​brændstof i cylinderen, omdannes til mekanisk arbejde med stemplets translationelle bevægelse. på grund af udvidelsen af ​​arbejdsvæsken (gasformige produkter fra brændstofforbrænding) i cylinderen , hvori stemplet er indsat. Den translationelle bevægelse af stemplerne omdannes til rotation af krumtapakslen ved hjælp af en krumtapmekanisme [1] . Alle frem- og tilbagegående ICE'er transmitterer den genererede mekaniske energi til kun at udføre arbejde gennem rotation. [2].

Mindre almindelige typer stempelforbrændingsmotorer er fristemplede gasgeneratorer og dieselhamre. Den første genererede energi bruges straks til at komprimere gas (hoved- og industrikompressorer), den anden - til energien fra et tungt stempel, som overfører energi til den drevne bunke med hvert slag.

Frem- og tilbagegående forbrændingsmotor er den mest almindelige varmemotor . Den bruges til at drive land-, luft- og vandtransport, militær-, landbrugs- og entreprenørudstyr, elektriske generatorer, kompressorer, vandpumper, pumper, motoriserede værktøjer (benzinkuttere, plæneklippere, motorsave) og andre maskiner, både mobile og stationære, og produceres i verden hvert år i mængden af ​​flere titusinder af produkter. Effekten af ​​frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer spænder fra nogle få watt (fly-, motorcykel- og skibsmodeller) til 75.000 kW (skibsmotorer).

Inden for rammerne af teknisk termodynamik er driften af ​​frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer, afhængigt af funktionerne i deres cyklogrammer, beskrevet af de termodynamiske cyklusser af Otto , Diesel , Trinkler , Atkinson eller Miller .

Motorcyklusser

Frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer, som er maskiner med periodisk virkning (arbejdsprocesser i deres kamre erstatter hinanden), klassificeres primært efter cyklus (slag er en bevægelse af stemplet (op eller ned), med tiden tager det en halv omgang af krumtapakslen ).

2-, 4- og 6-taktsmotorer er blevet udviklet og brugt (brugt), det vil sige, at den fulde driftscyklus i dem sker i henholdsvis 1, 2 og 3 omdrejninger af krumtapakslen. Da arbejdsslaget er den eneste cyklus med frigivelse af energi, er en stigning i motoreffekten med ens cyklusindikatorer (indikatortryk) mulig ved at reducere cyklussen.

Af denne grund er 2-taktsmotorer meget almindelige i enheder, der kræver en minimumsmasse (plæneklippere, påhængsmotorer, standby-benzingeneratorer). Deres enhed er enklere, og prisen er lavere, men de miljømæssige og økonomiske kvaliteter er ringere end 4-takts. Derfor er de fleste transportmotorer 4-takts.

De vigtigste marinemotorer er tværtimod normalt totakts. Årsagen er, at det stadig er muligt at opnå høj effektivitet af en totakts dieselmotor , men ved at komplicere og øge omkostningerne ved rensesystemet. En sådan motor vil have en mindre masse, hvilket betyder, at den vil forbedre et fartøjs eller et skibs ydeevne. Omvendt af en totaktsmotor er teknisk nemmere at implementere, da knastakslerne ikke skal omarrangeres (transmissionen af ​​store fartøjer har ikke et bakgear, bakgearet udføres af diesel-reversen).

Sekstaktsmotorer blev tidligere brugt i jernbanetransport for at omgå patentbetalinger. På grund af kompleksiteten og manglen på fordele er de ikke blevet videreudviklet.

Driftscyklussen for de mest almindelige (4-takts) stempelforbrændingsmotorer tager to komplette drejninger af krumtappen eller fire slag:

  1. Indtag (luft eller luft-brændstofblanding);
  2. Ladningskompression (for at øge effektiviteten);
  3. Arbejdsslag (udvidelse af forbrændingsprodukter);
  4. Udløser (udstødning).

To-taktsmotorer har kun to cyklusser:

  1. ladningskompression;
  2. Arbejdstræk.

Imidlertid opstår indsugningen og udstødningen af ​​arbejdsvæsken i totaktsmotorer, når stemplet er nær det nederste dødpunkt, og det er ikke en triviel opgave. Talrige varianter af gasfordelingsmekanismen viser den store betydning af denne opgave. Den korte gasudvekslingstid for en totaktsmotor tillader normalt ikke at opnå den samme fuldstændige rensning og fyldning af cylindrene som en firetaktsmotor, så deres effekt fordobles ikke med et lige stort arbejdsvolumen. Indflydelsen af ​​det tabte stempelslag påvirker også, så kraften af ​​sådanne motorer er kun 1,5...1,7 gange højere end firetakts ens forcering.

Varianter af gasfordelingsmekanismen

Generelt, blandt andre motorsystemer, har gasfordelingsmekanismen det største udvalg af designs af grunde:

ICE-systemer

Ulempen ved de fleste forbrændingsmotorer er, at de kun udvikler deres højeste effekt i et snævert omdrejningsområde. Derfor er en hyppig ledsager af en transportforbrændingsmotor en transmission . Kun i nogle tilfælde (f.eks. i fly , helikoptere og skibe) kan en kompleks transmission undværes. Ideen om en hybridbil er gradvist ved at erobre verden , hvor motoren altid arbejder i den optimale tilstand (elektrisk transmission). Motorer med forskellige driftscyklusser har et andet sæt systemer, for eksempel har dieselmotorer ikke et tændingssystem, og gnistmotorer har ikke en højtryksbrændstofpumpe, bortset fra systemer med direkte brændstofindsprøjtning.

Normalt har en forbrændingsmotor brug for: et kraftsystem (til tilførsel af brændstof og luft - forberedelse af en brændstof-luftblanding), et udstødningssystem (til fjernelse af udstødningsgasser ), og du kan ikke undvære et smøresystem (designet til at reducere friktionskræfter i motormekanismer, beskytter motordele mod korrosion , og også sammen med kølesystemet for at opretholde det optimale termiske regime), kølesystemer (for at opretholde det optimale termiske regime af motoren), startsystem (startmetoder anvendes: elektrisk starter, ved hjælp af en hjælpestartmotor, pneumatisk, ved hjælp af menneskelig muskelkraft), tændingssystem (til antændelse af luft-brændstofblandingen, brugt i motorer med positiv tænding). Dette gælder ikke kun for frem- og tilbagegående, men også for gasturbine- og jetforbrændingsmotorer, hvor massen af ​​sådanne systemer kan overstige hoveddelenes masse. Det kan således ske, at selv en betydelig forcering ikke vil tillade en væsentlig reduktion i vægt og dimensioner, hvis de for eksempel begrænses af kølesystemet.

Slag til boreforhold (S/D)

En af designparametrene for forbrændingsmotoren er forholdet mellem stempelslag og cylinderdiameter (eller omvendt). For hurtigere benzinmotorer er dette forhold tæt på 1 eller mindre; på dieselmotorer er stempelslaget normalt større end cylinderdiameteren. Ved at reducere S/D kan motoren reduceres til næsten samme effekt (fordi stempelhastigheden forbliver den samme med en tilsvarende stigning i antallet af omdrejninger). Jo længere stempelslag, jo mere drejningsmoment udvikler motoren, og jo lavere driftshastighedsområde. Af to motorer med lige stor effekt vil den korte slaglængde således være lettere og mindre.

Der er dog designgrænser for at reducere S/D. Med en reduktion i slagtilfælde vil en stigning i rotationsfrekvensen føre til en stigning i friktionstab, herunder aerodynamiske tab under bevægelsen af ​​krumtaer og plejlstænger; inertikræfterne vokser; det bliver vanskeligt eller umuligt at opnå den ønskede form af forbrændingskammeret med en tilstrækkelig grad af kompression; på grund af stigningen i forholdet mellem overflade og volumen af ​​forbrændingskammeret, vil varmeoverførslen stige. Med en betydelig stigning i motorens hastighed bliver opgaven med gasudveksling vanskelig, og forbrændingen af ​​blandingen når muligvis ikke slutningen. Derfor har langtaktsmotorer normalt den bedste brændstofeffektivitet, og den nødvendige effekttæthed i dem opnås ved at bruge turbo.

Frem- og tilbagegående gnisttænding ICE ( Otto motor )

Det er den mest almindelige målt i antal, da antallet af biler i verden i 2014 var mere end 1,2 milliarder, og de fleste af dem er drevet af Otto-motoren. Den klassiske Otto-cyklus er en firetakts, selvom to-takts gnisttændingsmotorer opstod før den. Men på grund af dårlige miljømæssige og økonomiske (brændstofforbrug) indikatorer bruges to-taktsmotorer mindre og mindre.

Den har to muligheder for brændstofforsyning: injektor og karburator.

Benzinmotor

Det er den mest almindelige mulighed, installeret på en betydelig del af transportkøretøjer (på grund af den lavere vægt, omkostninger, god effektivitet og lav støj). Den har to muligheder for brændstofforsyningssystemet: injektor og karburator. I begge tilfælde komprimeres en brændstof-luftblanding i cylinderen, som er udsat for detonation, så kompressionsforholdet og boostniveauet for en sådan motor er begrænset af brændstoffets oktantal .

Karburatormotor

En funktion er produktionen af ​​en brændstof-benzinblanding (forstøvet af luftstrøm) i en speciel mixer, karburator . Tidligere var sådanne benzinmotorer fremherskende; nu, med udviklingen af ​​mikroprocessorer, krymper deres omfang hurtigt (de bruges på laveffekt forbrændingsmotorer med lavt brændstofforbrug).

Brændstofindsprøjtet motor

En funktion er modtagelsen af ​​brændstofblandingen i manifolden eller åbne cylindre på motoren ved at forsyne brændstofindsprøjtningssystemet . I øjeblikket er det den fremherskende version af Otto ICE, da den giver dig mulighed for dramatisk at forenkle den elektroniske styring af motoren. Den ønskede grad af homogenitet af blandingen opnås ved at øge trykket af injektorforstøvningen af ​​brændstoffet. En af mulighederne er direkte brændstofindsprøjtning, ud over høj ensartethed giver det mulighed for at øge kompressionsforholdet (og dermed effektiviteten) af motoren. For første gang dukkede indsprøjtningssystemer op på flymotorer, da de gjorde det muligt at dosere blandingen i enhver position af motoren.

Gasmotorer med gnisttænding

Dette er en konventionel stempelforbrændingsmotor, der kører på Otto-cyklussen (med gnisttænding), der bruger kulbrinter som brændstof , som under normale forhold er i gasform. Disse motorer er meget udbredt, for eksempel i kraftværker med små og mellemstore kraftværker, der bruger naturgas som brændstof (inden for højeffektområdet regerer gasturbinekraftenheder). De kan arbejde på en 2-takts cyklus, men 4-takts versionen er mere almindelig. Designforskelle på grund af en specifik type gasmotorbrændstof:

  • flydende gasser (enten LPG - lagret i en cylinder under mættet damptryk, op til 16 atm ; eller LNG - kræver kryogenisk udstyr). Den i fordamperen fordampede væskefase eller blandingens dampfase mister gradvist trykket i gasreduktionsventilen til tæt på atmosfærisk tryk, og suges af motoren ind i indsugningsmanifolden gennem en luft-gasblander eller sprøjtes ind i indsugningsmanifolden vha. midler til elektriske injektorer . Optænding udføres ved hjælp af en gnist, der springer mellem lysets elektroder.
  • CNG - lagret i cylindere under tryk 150-250 atm . Designet af kraftsystemer ligner flydende gas-kraftsystemer, forskellen er fraværet af en fordamper .
  • producentgas - en gas opnået ved at omdanne fast brændsel til gasformigt brændsel (følgende bruges som fast brændsel: kul , koks , kulbriketter , brændselpiller , brænde , trækul , tørv osv.). For transportmotorer, der bruges til at køre på generatorgas uden ændring, er hovedårsagen til at reducere effekten et fald i ladningen af ​​arbejdsblandingen, da det er vanskeligt at opnå tilfredsstillende afkøling af gassen på mobilt udstyr. Men dette problem er ikke afgørende for stationære motorer, hvor kølerens masse og dimensioner ikke er meget begrænsede. På motorer, der er specielt modificeret eller specielt designet til drift på generatorgas, opnås en liters effekt svarende til benzinmotorer ved at øge kompressionsforholdet og en smule boostning af gasgeneratoren .

Motor med kompressionstænding

Dieselmotoren er karakteriseret ved brændstoftænding uden brug af tændrør . En del brændstof sprøjtes gennem dysen ind i luften opvarmet i cylinderen fra adiabatisk kompression (til en temperatur, der overstiger brændstoffets antændelsestemperatur) . I processen med indsprøjtning af brændstofblandingen sprøjtes det, og derefter opstår der forbrændingscentre omkring individuelle dråber af brændstofblandingen, når brændstofblandingen indsprøjtes, brænder den ud i form af en fakkel. Da dieselmotorer ikke er modtagelige for detonation, er højere kompressionsforhold acceptable. At øge den til over 15 giver praktisk talt ikke en forøgelse af effektiviteten [3] , da det maksimale tryk i dette tilfælde er begrænset af længere forbrænding og et fald i indsprøjtningsfremføringsvinklen. Imidlertid kan små højhastigheds hvirvelkammerdieselmotorer have et kompressionsforhold på op til 26, for pålidelig tænding under forhold med stor varmefjernelse og til mindre stiv drift (stivhed er forårsaget af tændingsforsinkelse, karakteriseret ved en stigning i tryk under forbrænding, målt i MPa / rotationsgrad af krumtapakslen). Marinedieselmotorer i stor størrelse har et kompressionsforhold på omkring 11..14 og en effektivitet på mere end 50 % [4] .

Dieselmotorer er normalt mindre hurtige, og med samme effekt som benzinmotorer er de kendetegnet ved et stort drejningsmoment på akslen. Nogle store dieselmotorer er også tilpasset til at køre på tunge brændstoffer, såsom brændselsolie . Start af store dieselmotorer udføres som regel på grund af et pneumatisk kredsløb med tilførsel af trykluft, eller, i tilfælde af dieselgeneratorsæt , fra en tilsluttet elektrisk generator , der fungerer som en starter ved start .

I modsætning til hvad mange tror, ​​fungerer moderne motorer, traditionelt kaldet dieselmotorer, ikke på Diesel-cyklussen , men på Trinkler-Sabate-cyklussen med en blandet varmeforsyning. Ulemperne ved dieselmotorer skyldes funktionerne i driftscyklussen - højere mekanisk stress, hvilket kræver øget strukturel styrke og som et resultat en stigning i dens dimensioner, vægt og omkostninger på grund af et kompliceret design og brugen af ​​dyrere materialer. Også dieselmotorer på grund af heterogen forbrænding er karakteriseret ved uundgåelige sodemissioner og et øget indhold af nitrogenoxider i udstødningsgasserne.

Gas-dieselmotor

Hoveddelen af ​​brændstoffet er forberedt, som i en af ​​​​varianterne af gasmotorer, men antændes ikke af et elektrisk stearinlys, men af ​​en antændingsdel af dieselbrændstof indsprøjtet i cylinderen, på samme måde som en dieselmotor. Det er normalt muligt at køre på en ren dieselcyklus. Anvendelse: tunge lastbiler. Gas-dieselmotorer, ligesom gasmotorer, producerer mindre skadelige emissioner, desuden er naturgas billigere. En sådan motor opnås ofte ved at eftermontere en seriel, mens besparelsen på dieselbrændstof (graden af ​​substitution med gas) er omkring 60 % [5] . Udenlandske firmaer udvikler også aktivt sådanne designs [6] .

Betegnelse og parametre for stempelforbrændingsmotorer

I praksis skal man forholde sig til den alfanumeriske betegnelse af motorer. For stempelmotorer er den (i Rusland) standardiseret i henhold til GOST 10150-2014 inden for rammerne af den mellemstatslige standard for betegnelser og udtryk [7] .

For eksempel angiver betegnelsen 6Ch15/18 en 6-cylindret firetaktsmotor med en stempeldiameter på 15 cm og en slaglængde på 18 cm;

Standarderne definerer også de tekniske betingelser (lufttemperatur, atmosfærisk tryk og luftfugtighed, brændstoftype, strømforbrug af eksterne enheder) for test af forbrændingsmotorer, for eksempel for effekt. Da sådanne forhold er forskellige i forskellige lande, kan den effekt, producenten angiver, variere i henhold til lokale standarder i den ene eller anden retning (på grund af variationen i størrelsen af ​​dele, f.eks. gasdistributionssystemet, har motoreffekten altid en naturlig fabriksvariation; for totakts forbrændingsmotorer er en sådan spredning højere på grund af dette systems større indflydelse på kraften).

Der er for eksempel begrebet "bruttoeffekt" og "nettoeffekt" (SAE) [8] . Den første angiver strømmen taget fra akslen uden pumpedrevet, generatoren og blæseren og luftrenseren fjernet, den anden - med alle disse enheder. Indtil 1971 angav bilfabrikanter (til salgsfremmende formål) brutto hestekræfter i motorspecifikationer, der var omkring 20 % mere. Dette gjaldt også for sådanne sovjetiske motorer som GAZ-24, Moskvich-412. Men senere var der "tilbagefald" med at introducere bruttoeffekt i karakteristikaene (ZMZ-406 [9] med en deklareret effekt på 150 hk).

Grundlæggende motorparametre

Følgende parametre er forbundet med driften af ​​en stempelforbrændingsmotor.

  • Øverste dødpunkt (V. M. T.) - den yderste øvre position af stemplet.
  • Nederste dødpunkt (n.m.t.) - stemplets laveste position.
  • Krumtapradius - afstanden fra aksen af ​​krumtapakslens hovedtap til aksen for dens plejlstangstap
  • Stempelslag - afstanden mellem stemplets yderpositioner, lig med to gange krumtapakslens radius. Hvert slag af stemplet svarer til en rotation af krumtapakslen gennem en vinkel på 180 ° (en halv omgang).
  • Slaget er en del af den arbejdscyklus, der opstår, når stemplet bevæger sig fra en yderposition til en anden.
  • Forbrændingskammerets volumen er rumfanget over stemplet, når det er i øverste dødpunkt.
  • En cylinders arbejdsvolumen er det volumen, der frigives af stemplet, når det bevæger sig fra øverste dødpunkt til nederste dødpunkt.
  • Cylinderens samlede volumen er rumfanget over stemplet, når det er i det nederste dødpunkt. Cylinderens samlede volumen er lig med summen af ​​cylinderens arbejdsvolumen og forbrændingskammerets volumen.
  • Motorvolumen for flercylindrede motorer er produktet af slagvolumen og antallet af cylindre.
  • Kompressionsforholdet  er forholdet mellem cylinderens samlede volumen og forbrændingskammerets volumen.

Karakteristika for forbrændingsmotoren

Forbrugerkvaliteter af en stempelmotor er kendetegnet ved følgende indikatorer:

  1. Masseindikatorer i kg pr. liter arbejdsvolumen (normalt fra 30 til 80) - vægtfylde og i kW / kg - specifik effekt. De er vigtigere for transport, især for luftfart, motorer.
  2. Specifikt brændstofforbrug , g / hk * h (g / kW * h), eller for specifikke typer brændstoffer med forskellig massefylde og aggregeringstilstand, l / kW * h, m 3 / kW * h.
  3. Ressource i timer (timer). Nogle anvendelser af forbrændingsmotorer kræver ikke en stor ressource (start af forbrændingsmotorer, ATGM- motorer , torpedoer og droner), og derfor kan deres design ikke omfatte for eksempel olie- og luftfiltre. Ressourcen af ​​sådanne specifikke forbrændingsmotorer som skydevåben beregnes i antallet af skud, før du skifter løbet. De mest holdbare motorer bør have en ressource på titusinder og hundredtusinder af timer (skib og kraftig stationær), svarende til fartøjets eller kraftværkets ressource.
  4. Miljøegenskaber ( både uafhængige og som en del af et køretøj ), der bestemmer muligheden for dets drift.
  5. Transportkarakteristika, der bestemmer momentkurven som funktion af antallet af omdrejninger . Når motoren kører på en skruekarakteristik, normalt uden transmission, kræves der ikke speciel justering af transportkarakteristikken, men i biler og traktorer kan en god transportkarakteristik (høj momentreserve, lavhastighedsindstilling ) reducere antallet af gear i transmissionen og lette kontrollen.
  6. Støjen fra motoren, ofte bestemt af dens brug i luksusbilmodeller eller ubåde . For at reducere støj reducerer de ofte stivheden af ​​motorophænget, komplicerer udstødningsskemaerne (for eksempel udstødningsgasser gennem en propel i påhængsmotorer) og også motorhjelmen.

Hastighedskarakteristika

Forbrændingsmotorer, der leverer kraft til udgangsakslen, er normalt kendetegnet ved drejningsmoment og effektkurver afhængigt af akselhastigheden (fra den minimale stabile tomgangshastighed til den maksimalt mulige, hvor forbrændingsmotoren kan fungere i lang tid uden sammenbrud) [10] . Ud over disse to kurver kan en specifik brændstofforbrugskurve [11] præsenteres . Baseret på resultaterne af analysen af ​​sådanne kurver bestemmes momentreservefaktoren (alias tilpasningsfaktor) og andre indikatorer, der påvirker transmissionsdesignet [12] .

For forbrugere leverer producenter eksterne hastighedskarakteristika med ISO-1585 nettoeffekt i henhold til den regionale standard for måling af ICE-effekt, som afhænger af temperatur, tryk, luftfugtighed, det anvendte brændstof og tilgængeligheden af ​​kraftudtag for installerede enheder. Motorer fremstillet i USA er normalt testet til en anden standard (SAE). Denne karakteristik kaldes ekstern, fordi kraft- og drejningsmomentlinjerne passerer over de delhastighedskarakteristika, og det er umuligt at opnå effekt over denne kurve ved at manipulere brændstoftilførslen.

Publikationer fra 1980'erne og tidligere giver hastighedskarakteristika baseret på bruttoeffektmålinger (momentkurven er også vist i grafen ovenfor).

Ud over de fulde bruges aktivt delhastighedskarakteristika i beregningerne af transporttransmissioner -  motorens effektive ydeevne ved mellempositioner af brændstofforsyningsregulatoren (eller gasspjældsventil i tilfælde af benzinmotorer) [12] . For køretøjer med propeller på sådanne karakteristika er propelkarakteristika givet ved forskellige positioner af propellens stigning med justerbar stigning [13] .

Der er andre egenskaber, der ikke offentliggøres til forbrugerne, for eksempel med kurver for angivet effekt, angivet brændstofforbrug og angivet drejningsmoment og bruges i beregningen af ​​forbrændingsmotoren, samt den absolutte hastighedskarakteristik , der viser det maksimalt mulige effekt af en given motor, som kan opnås ved at tilføre mere brændstof end i nominel tilstand. Til dieselmotorer bygges også en røgledning, hvis drift ikke er tilladt [14] .

Arbejdet med den absolutte karakteristik udføres praktisk talt ikke (undtagen for at starte forbrændingsmotoren), da dette reducerer motorens effektivitet og miljøvenlighed, reducerer ressourcen (især for dieselmotorer, hvor drift ud over røggrænsen reducerer motoren ressource til et par timer) [15] .

Den karakteristiske forskel mellem hastighedsegenskaberne for en diesel- og gnistmotor (delhastighedskarakteristika for det andet kraftigt fald i området med høje hastigheder) er forårsaget af en grundlæggende forskel i metoden til effektstyring: i gas- og benzinmotorer er forsyningen af luft eller en brændbar blanding begrænses af en drosselventil (kvantitativ regulering), og ved øget drosling falder påfyldningscylinderen kraftigt med stigende omdrejningstal, mens luftmængden i dieselmotorer forbliver den samme, og momentet falder ca. i forhold til den cykliske brændstofforsyning [16] .

Dette medfører to vigtige konsekvenser: For det første har benzinmotorer en højere tilpasningsevne , og derfor kan en bil udstyret med en sådan motor have færre gear i gearkassen; for det andet reducerer dieselmotorer deres effektivitet meget mindre, når de kører ved delvise hastighedskarakteristika [17] . I denne henseende gasser senere modeller af motorer med intracylinderindsprøjtning (FSI) mindre ved delbelastninger, mens den såkaldte lagdelte blandingsdannelse opstår i cylindrene (forbrændingscentret omkring brændstofstrålen i midten er omgivet af luft) . Samtidig med stigningen i effektiviteten reducerer en sådan forbrændingsproces emissionerne [18] . Disse motorer vil således have karakteristika mellem de nævnte.

På den anden side er gasregulering af dieselmotorer blevet aktivt brugt i de seneste årtier, indført for at forbedre transportydelsen. Gasregulering giver størst effekt på dieselmotorer udstyret med turbolader [19] .

ICE ressource

Det er i høj grad bestemt af designet og graden af ​​forcering. Fra et konstruktivt synspunkt er de vigtigste for ressourcen slidstyrken af ​​cylinder-stempelgruppen og krumtapmekanismen, som ud over hårdhed, type smøremiddel og antifriktionsmaterialer i høj grad påvirkes af kvaliteten af filtrering af den indkommende luft og olien, der cirkulerer i motoren [20] .

For nylig, på grund af væksten i miljøkrav, er den maksimalt tilladte motorlevetid begrænset ikke kun af dens reduktion i kraft og brændstofforbrug, men også af væksten i skadelige emissioner. I alle tilfælde forekommer gradvist slid af lejer og akseltætninger, og på grund af afhængigheden af ​​motorens hovedmekanisme af hjælpeenheder er ressourcen begrænset af svigt af den første af dem.

Typisk har motorer serviceintervaller forbundet med skylning eller udskiftning af filtre, samt olie, tændrør, tandremme eller kæder. Afhængigt af designet har motorer brug for forskellige typer inspektions- og justeringsarbejde for at garantere den næste periode med problemfri drift af motoren. Men selv med alle vedligeholdelsesregler slides motoren gradvist. Ud over ressourcen specificeret af anlægget (på grund af hårdhed og slibning af sliddele og termiske forhold), holder motoren alt andet lige meget længere i delvise effekttilstande [21] .

Brændstoføkonomi af gnist-ICE'er

Komprimering af brændstof-luftblandingen i gnist-ICE'er øger deres effektivitet (COP), men forøgelse af kompressionsforholdet øger også den kompressionsinducerede opvarmning af arbejdsblandingen ifølge Charles's lov . Hvis brændstoffet er brændbart, opstår blinket, før stemplet når TDC . Dette fører til en sådan stigning i trykket under kompressionsprocessen, at det vil beskadige motoren. Derfor er selvantændelse af brændstoffet uacceptabelt i en gnisttændingsmotor ( otto-motor ). Selvantændelse, som kræver lang tid for forflammereaktioner, sker nogle gange ved et tilstrækkeligt lavt omdrejningstal, viser sig normalt som det faktum, at motoren ikke går i stå, når tændingen slukkes, men fortsætter med at rotere ujævnt, nogle gange i den modsatte retning (glødantændelse fra stearinlys og sodpartikler). Dette kan forårsage skade på motoren, så designforanstaltninger er truffet for at undgå det.

Brændstofladningsområdet i gnist-ICE'er er adskilt fra reaktionsprodukterne af en flammefront, der bevæger sig fra omkring 50 m/s (flammehastigheden afhænger af blandingens turbulens, dens sammensætning og type brændstof, gnistgabets nedbrydningsenergi , den ujævne sammensætning under lagdelt dannelse og andre faktorer). Under normale forbrændingsforhold passerer flammefronten, hvor forbrændingen opstår, med denne hastighed fra stearinlyset til cylindervæggene. Under drift observeres dog ofte hurtig selvantændelse af de sidste dele af brændstofblandingen, som forekommer i volumen. Dette fænomen kaldes detonation. Årsagen til detonation er en betydelig stigning i tryk og temperatur i den resterende del af ladningen (kompression af forbrændingsprodukter) på grund af såvel som diffusion af aktive stoffer fra flammefronten, samt tilstrækkelig tid (sindede tusinde millisekunder) til at lad forflammereaktioner passere. I mangel af gnistforsyning observeres detonation under kompression og ekspansion ikke (detonation er ikke selvantændelse) [22] .

Når detonationen endelig opstår, når forbrændingshastigheden 2 km/s eller mere, hvorved der genereres flere reflekterede stødbølger i cylinderen, opfattet udefra som et ringende bank. Chokbølger, der tager en del af brændstoffets energi, reducerer ikke kun kraften, men forårsager også skade på motordele såsom stempler, ringe og topstykker. I sidste ende bliver energien fra detonationsbølgerne omdannet til varme, så motoren kan blive overophedet under detonation. Langvarigt arbejde med stærk detonation forårsager skår i materialet, brud på stempelringe, udbrænding af stemplet og er derfor uacceptabelt; desuden forstærker overfladen beskadiget af detonation kun dette fænomen [23] .

Som et resultat heraf er der for hver motor, under hensyntagen til dens hastighed, det valgte kompressionsforhold, tændingstidspunktet, mængden af ​​ladningsopvarmning, metoden til blandingsdannelse og ladningsturbulens, en grænse for drift uden detonation på en given type af brændstof. Brugen af ​​brændstof med mindre holdbarhed kan føre til de ovenfor beskrevne fænomener i motoren, hvilket forårsager dens fejl. Et brændstofs slagmodstand bestemmes normalt ved sammenligning med en referenceblanding af isooktan og n-heptan. Hvis benzin har et oktantal på 80, svarer dets modstand til en blanding af 80% isooktan og 20% ​​n-heptan. For brændstoffer med en modstand højere end isooktan bestemmes antallet ved sammenligning ved at blande andre blandinger. Generelt afhænger størrelsen af ​​den målte OR af teknikken. Brændstofselvantændelsesmodstand og bankemodstand er ikke ækvivalente (ingen lineær korrelation). Derfor skal tilrettelæggelsen af ​​arbejdsprocessen i motoren tage højde for begge farer.

I motorer med kompressionstænding er selvantændelse af brændstoffet positiv og måles ved brændstoffets cetantal . Et større tal angiver hurtigere tænding; normalt bruges brændstoffer med en CN på mere end 40. Forbrændingssværhedsgraden i dieselmotorer er begrænset af den gradvise forbrænding af brændstoffet, efterhånden som det tilføres, derfor observeres klassisk detonation ikke i en sådan motor med brugbart brændstofudstyr.

Termodynamik af en klassisk frem- og tilbagegående forbrændingsmotor

Den termiske beregning af forbrændingsmotoren blev først udviklet af den russiske professor Grinevetsky , direktør for Imperial Moscow Technical School. Hans liv blev afkortet af borgerkrigen i 1919. I vores land var hans efterfølger sådanne russiske ingeniører som Briling , Mazing og Sikorsky (sidstnævnte emigrerede).

Den første og vigtigste i beregningen af ​​hver stempelforbrændingsmotor er dens arbejdsvolumen.

, hvor i og D er diameteren og antallet af cylindre, og S er stempelslaget.

En af hovedindikatorerne for forbrændingsmotorcyklussen er indikatoreffektiviteten, som afhænger af kompressionsgraden og arbejdsvæskens polytropiske indeks.

Den anden vigtige ligning er forholdet mellem den indikerede effekt og motorens slagvolumen, antallet af omdrejninger og graden af ​​forcering (reduceret angivet tryk).

Den angivne virkningsgrad af motoren beregnes ud fra den angivne effekt, brændstofforbrug og dens brændværdi.

Den effektive effekt og det effektive indikatortryk adskiller sig fra indikatorerne ved mængden af ​​mekaniske tab, udtrykt gennem mekanisk effektivitet.

Mekaniske tab omfatter både friktion af cylinder-stempel-gruppen og gasfordelingsmekanismen, såvel som tab i vedhæftede enheder (pumpe, oliepumpe, generator) og tab i gasudvekslingsprocessen (negativ arbejdsløkke i indikatordiagrammet for en 4-takts forbrændingsmotor).

Termodynamiske parametre er generelt ikke relateret til designet af en bestemt motor, men de tilsvarende koefficienter i formlerne på grund af mekaniske tab, maksimalt kompressionsforhold og indsugningsluftdensitet bestemmes af designet. Termodynamiske indikatorer påvirker ikke kun effektiviteten og kraften, men også motorens miljømæssige ydeevne.

Indvirkningen af ​​stempelforbrændingsmotorer på miljøet og miljøkrav til deres design

Hundredvis af millioner af regelmæssigt brugte transport- (hovedsagelig frem- og tilbagegående) forbrændingsmotorer, der forbruger en enorm mængde olieprodukter hver dag [24] , giver i alt store skadelige emissioner. De er opdelt i kulbrinter (CH), kulilte (CO) og nitrogenoxider (NOx). Der blev også tidligere brugt blyholdig benzin, hvis forbrændingsprodukter indeholdt bly , der praktisk talt ikke blev udskilt fra menneskekroppen . Dette er mest udtalt i store byer beliggende i lavlandet og omgivet af bakker: når der ikke er vind, dannes smog i dem .

I de første årtier af udviklingen af ​​motortransport blev dette ikke givet tilstrækkelig opmærksomhed, da der var færre biler. Fremover var producenterne forpligtet til at overholde visse emissionsstandarder, og de bliver strengere. I princippet er der tre måder at reducere emissioner på:

  1. Valget af miljøvenligt brændstof (brint, naturgas) eller forbedring af traditionelt flydende brændstof (benzin og diesel "Euro-5").
  2. Ændring af parametrene for motorcyklussen eller udvikling af nye (reduktion af kompressionsforholdet, ladningsstratificering, intra-cylinderindsprøjtning, computerstyringssystemer ved hjælp af iltsensorer, Common rail-system på dieselmotorer osv.).
  3. Reduktion af indholdet af skadelige emissioner ved hjælp af termiske (tidligere) og katalytiske (nuværende) katalysatorer.

Eksisterende toksicitetsstandarder i udviklede lande kræver normalt brug af flere metoder på én gang. Samtidig forringes effektiviteten af ​​både biler og hele transportkomplekset (inklusive raffinaderier) normalt, da de optimale cyklusser for økonomi og miljøvenlighed for motorer normalt ikke er sammenfaldende, og produktionen af ​​meget miljøvenligt brændstof kræver mere energi.

For at reducere emissioner er det i mange tilfælde nødvendigt at reducere kompressionsforholdet, den maksimale hastighed (den nødvendige effekt i sådanne tilfælde opnås ved mindre emissionspåvirkende turboopladning); designere måtte opgive den mest økonomisk lovende brug af benzinforbrændingsmotorer, der opererede på en mager blanding. Men på trods af implementeringen af ​​emissionsstandarder er spørgsmålet om den videre brug af fossile brændstofmotorer nu opstået i forbindelse med problemet med global opvarmning . I betragtning af også de begrænsede oliereserver i de kommende årtier, bør vi forvente en stigning i andelen af ​​vedvarende brændstofmotorer såvel som elektriske motorer i lovende elektriske køretøjer. Således vil omfanget af stempelforbrændingsmotorer begynde at indsnævres.

Noter

  1. ↑ Lærebog om forbrændingsmotor, del 1. Grundlæggende om teorien om forbrændingsmotorer. Site Cogeneration i Ukraine (utilgængeligt link) . www.cogeneration.com.ua Hentet 23. februar 2020. Arkiveret fra originalen 24. februar 2020. 
  2. ↑ Hovedmotorindikatorer: effekt, drejningsmoment, forbrug . techautoport.ru. Hentet 15. januar 2020. Arkiveret fra originalen 15. januar 2020.
  3. ↑ Kompressionsprocessen i stemplet . vdvizhke.ru. Hentet 15. juli 2019. Arkiveret fra originalen 15. juli 2019.
  4. ↑ Pavel Alexandrovich Dorokhov, Nguyen Dinh Hiep. Undersøgelse af kompressionsforholdets indflydelse på ydeevnen af ​​en marin forbrændingsmotor  // Bulletin fra Astrakhan State Technical University. Serie: Marineudstyr og -teknologi. - 2009. - Udgave. 1 . — ISSN 2073-1574 . Arkiveret fra originalen den 15. juli 2019.
  5. ↑ Gas-diesel på metan | Gas i motorer . Hentet 25. juli 2019. Arkiveret fra originalen 25. juli 2019.
  6. ↑ Tekniske træk ved gasdieselmotorer og analyse af eksperimentelle og teoretiske undersøgelser af gas-diesel-processen . Studref. Hentet: 25. juli 2019.
  7. ↑ GOST 10150-2014 frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer. Generelle specifikationer (som ændret), GOST dateret 11. august 2015 nr. 10150-2014 . docs.cntd.ru. Hentet 30. juli 2019. Arkiveret fra originalen 30. juli 2019.
  8. ↑ GOST 14846-81 . docs.cntd.ru. Hentet 15. januar 2020. Arkiveret fra originalen 15. januar 2020.
  9. ↑ Specifikationer ZMZ 406 2,3 l / 100 l. Med. | AUTO-GL.ru . auto-gl.ru. Hentet 15. januar 2020. Arkiveret fra originalen 15. januar 2020.
  10. ↑ Motorkarakteristika - Encyklopædi af magasinet "Bag rattet" . wiki.zr.ru. Hentet 11. februar 2020. Arkiveret fra originalen 20. februar 2020.
  11. ↑ Hastighedskarakteristisk for motoren . stroy-technics.ru Hentet 11. februar 2020. Arkiveret fra originalen 20. februar 2020.
  12. ↑ 1 2 BEREGNING AF FORBÆNDINGSMOTORENS EKSTERNE HASTIGHEDSKARAKTERISTIKA - Moderne problemer inden for videnskab og uddannelse (videnskabeligt tidsskrift) . www.science-education.ru. Hentet 11. februar 2020. Arkiveret fra originalen 11. april 2021.
  13. ↑ SKRUE KARAKTERISTIKA for driften af ​​hovedmotoren - Ordbog over marineudtryk på Korabel.ru . www.korabel.ru Hentet 11. februar 2020. Arkiveret fra originalen 20. februar 2020.
  14. ↑ Ydre karakteristika med høj hastighed - Encyclopedia of Mechanical Engineering XXL . mash-xxl.info. Hentet 11. februar 2020. Arkiveret fra originalen 20. februar 2020.
  15. ↑ Eksterne hastighedskarakteristika for dieselmotorer - Encyclopedia of Mechanical Engineering XXL . mash-xxl.info. Hentet 11. februar 2020. Arkiveret fra originalen 20. februar 2020.
  16. ↑ Forbrændingsmotorregulering . vdvizhke.ru . Hentet 18. maj 2021. Arkiveret fra originalen 18. maj 2021.
  17. ↑ Sidorov V. N., Tsarev O. A., Golubina S. A. Beregning af den eksterne hastighedskarakteristik af en forbrændingsmotor  // Moderne problemer med videnskab og uddannelse. - 2015. - Udgave. 1-1 . — ISSN 2070-7428 . Arkiveret 18. maj 2021.
  18. ↑ Direkte brændstofindsprøjtningssystem - enhed, funktionsprincip . systemsauto.ru . Hentet 18. maj 2021. Arkiveret fra originalen 23. december 2021.
  19. ↑ Forøgelse af effektiviteten af ​​lokomotiv- og marinedieselmotorer ved lav belastning og tomgang ved at drosle ladeluften . cyberleninka.ru . Hentet 18. maj 2021. Arkiveret fra originalen 18. maj 2021.
  20. ↑ Alexey Borisovich Stefanovsky, Oleksiy Borisovich Stefanovsky, Oleksii Stefanovskyi. Indflydelse af motorolie på årsager og faktorer til slid af autotraktormotorer . — 2017. Arkiveret 20. maj 2021.
  21. ↑ Hvilken ressource er moderne motorer designet til? . aif.ru (21. maj 2019). Hentet 14. maj 2021. Arkiveret fra originalen 14. maj 2021.
  22. ↑ Hilliard D., Springler J. Brændstofeffektivitet for benzindrevne køretøjer. - Moskva: Mashinostroenie, 1988. - S. 209-268. — 509 s.
  23. ↑ Hilliard D., Springler J. Brændstofeffektivitet for benzindrevne køretøjer. - Moskva: Mashinostroenie, 1988. - S. 252-268. — 509 s.
  24. ↑ Verdens oliereserver og forbrug online . Hentet 25. juli 2019. Arkiveret fra originalen 25. juli 2019.

Litteratur

standarder og specifikationer

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Motorer
Forbrændingsmotorer (undtagen turbine )
gensidigt
Antal cyklusser

Cylinder arrangement
Stempeltyper

Optændingsmetode _
Rotary
Kombineret
se også evighedsmaskine Gearmotor gummi motor