Motor s rotačným piestom. Piestové typy spaľovacích motorov

Ako bolo uvedené vyššie, tepelná rozťažnosť sa využíva v spaľovacích motoroch. Ale ako sa aplikuje a akú funkciu vykonáva, zvážime pomocou príkladu činnosti piestového spaľovacieho motora. Motor je energeticky výkonný stroj, ktorý premieňa akúkoľvek energiu na mechanickú prácu. Motory, v ktorých vzniká mechanická práca v dôsledku premeny tepelnej energie, sa nazývajú tepelné. Tepelná energia sa získava spaľovaním akéhokoľvek paliva. Tepelný motor, v ktorom sa časť chemickej energie paliva horiaceho v pracovnej dutine premieňa na mechanickú energiu, sa nazýva piestový spaľovací motor. (Sovietsky encyklopedický slovník)

3. 1. Klasifikácia spaľovacích motorov

Ako už bolo spomenuté vyššie, ako elektrárne automobilov sa najviac uplatnili spaľovacie motory, v ktorých dochádza k procesu spaľovania paliva s uvoľňovaním tepla a jeho premenou na mechanickú prácu priamo vo valcoch. Vo väčšine moderných automobilov sú však inštalované spaľovacie motory, ktoré sú klasifikované podľa rôznych kritérií: Podľa spôsobu tvorby zmesi - motory s vonkajšou tvorbou zmesi, v ktorých sa horľavá zmes pripravuje mimo valcov (karburátor a plyn), a motory s vnútornou tvorbou zmesi (pracovná zmes sa tvorí vo valcoch) -diesely; Podľa spôsobu realizácie pracovného cyklu - štvortaktný a dvojtaktný; Podľa počtu valcov - jednovalec, dvojvalec a viacvalec; Podľa umiestnenia valcov - motory s vertikálnym alebo šikmým usporiadaním valcov v jednom rade, v tvare V s usporiadaním valcov pod uhlom (keď sú valce umiestnené pod uhlom 180, motor sa nazýva motor s protiľahlými alebo protiľahlými valcami); Podľa spôsobu chladenia - pre motory s kvapalinovým alebo vzduchovým chladením; Podľa typu použitého paliva - benzín, nafta, plyn a viacpalív; Podľa kompresného pomeru. V závislosti od stupňa kompresie existujú

motory s vysokou (E=12...18) a nízkou (E=4...9) kompresiou; Podľa spôsobu plnenia valca čerstvou náplňou: a) atmosférické motory, do ktorých sa vzduch alebo horľavá zmes vpúšťa vplyvom podtlaku vo valci pri sacom zdvihu piesta;) preplňované motory, v ktorých vzduch, resp. horľavá zmes je privádzaná do pracovného valca pod tlakom, vytváraná kompresorom, aby sa zvýšila náplň a získal sa zvýšený výkon motora; Podľa frekvencie otáčania: nízka rýchlosť, zvýšená rýchlosť, vysoká rýchlosť; Podľa účelu sú motory stacionárne, auto-traktor, loď, nafta, letectvo atď.

3.2. Základy zariadenia piestového motora

Piestové spaľovacie motory pozostávajú z mechanizmov a systémov, ktoré vykonávajú funkcie, ktoré im boli pridelené, a navzájom sa ovplyvňujú. Hlavnými časťami takéhoto motora sú kľukový mechanizmus a mechanizmus distribúcie plynu, ako aj výkonové, chladiace, zapaľovacie a mazacie systémy.

Kľukový mechanizmus prevádza priamočiary vratný pohyb piestu na rotačný pohyb kľukového hriadeľa.

Mechanizmus distribúcie plynu zabezpečuje včasný vstup horľavej zmesi do valca a odstraňovanie produktov spaľovania z neho.

Systém napájania je určený na prípravu a dodávanie horľavej zmesi do valca, ako aj na odstraňovanie produktov spaľovania.

Mazací systém slúži na privádzanie oleja do spolupôsobiacich častí, aby sa znížila trecia sila a čiastočne ich ochladzovali, spolu s tým cirkulácia oleja vedie k vymývaniu karbónových usadenín a odstraňovaniu produktov opotrebovania.

Chladiaci systém udržuje normálny teplotný režim motora a zabezpečuje odvod tepla z častí valcov skupiny piestov a ventilového mechanizmu, ktoré sú pri spaľovaní pracovnej zmesi veľmi horúce.

Systém zapaľovania je určený na zapálenie pracovnej zmesi vo valci motora.

Štvortaktný piestový motor sa teda skladá z valca a kľukovej skrine, ktorá je zospodu uzavretá panvou. Vo vnútri valca sa pohybuje piest s kompresnými (tesniacimi) krúžkami, ktorý má tvar skla s dnom v hornej časti. Piest je cez piestny čap a ojnicu spojený s kľukovým hriadeľom, ktorý sa otáča v hlavných ložiskách umiestnených v kľukovej skrini. Kľukový hriadeľ pozostáva z hlavných čapov, čeľustí a čapu ojnice. Valec, piest, ojnica a kľukový hriadeľ tvoria takzvaný kľukový mechanizmus. Zhora je valec pokrytý hlavou s ventilmi, ktorých otváranie a zatváranie je prísne koordinované s otáčaním kľukového hriadeľa, a teda s pohybom piestu.

Pohyb piestu je obmedzený na dve krajné polohy, v ktorých je jeho rýchlosť nulová. Krajná horná poloha piesta sa nazýva horná úvrať (TDC), jeho krajná spodná poloha je dolná úvrať (BDC).

Nepretržitý pohyb piestu cez úvrať zabezpečuje zotrvačník v podobe disku s masívnym vencom. Vzdialenosť, ktorú prejde piest z TDC do BDC, sa nazýva zdvih piestu S, ktorý sa rovná dvojnásobku polomeru R kľuky: S=2R.

Priestor nad korunou piesta, keď je v TDC, sa nazýva spaľovacia komora; jeho objem je označený Vс; priestor valca medzi dvoma mŕtvymi bodmi (BDC a TDC) sa nazýva jeho pracovný objem a označuje sa Vh. Súčet objemu spaľovacieho priestoru Vc a pracovného objemu Vh je celkový objem valca Va: Va=Vc+Vh. Pracovný objem valca (meria sa v kubických centimetroch alebo metroch): Vh \u003d pD ^ 3 * S / 4, kde D je priemer valca. Súčet všetkých pracovných objemov valcov viacvalcového motora sa nazýva pracovný objem motora, určuje sa podľa vzorca: Vр=(pD^2*S)/4*i, kde i je číslo valcov. Pomer celkového objemu valca Va k objemu spaľovacej komory Vc sa nazýva kompresný pomer: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Kompresný pomer je dôležitým parametrom spaľovacích motorov, pretože. výrazne ovplyvňuje jeho účinnosť a výkon.

Pri spaľovaní paliva sa uvoľňuje tepelná energia. Motor, v ktorom palivo horí priamo vo vnútri pracovného valca a energiu vznikajúcich plynov vníma piest pohybujúci sa vo valci, sa nazýva piestový motor.

Takže, ako už bolo spomenuté, tento typ motora je hlavným pre moderné autá.

V takýchto motoroch je spaľovacia komora umiestnená vo valci, v ktorom sa tepelná energia zo spaľovania zmesi vzduchu a paliva premieňa na mechanickú energiu piestu pohybujúceho sa dopredu a potom pomocou špeciálneho mechanizmu, ktorý sa nazýva kľuka. , sa premieňa na rotačnú energiu kľukového hriadeľa.

Podľa miesta vzniku zmesi pozostávajúcej zo vzduchu a paliva (horľavé) sa piestové spaľovacie motory delia na motory s vonkajšou a vnútornou premenou.

Súčasne sa motory s vonkajšou tvorbou zmesi podľa druhu použitého paliva delia na karburátorové a vstrekovacie motory na ľahké kvapalné palivo (benzín) a plynové motory na plyn (plynový generátor, osvetlenie, zemný plyn atď.). .). Vznetové motory sú dieselové motory (diesely). Jazdia na ťažké kvapalné palivo (nafta). Vo všeobecnosti je dizajn samotných motorov takmer rovnaký.

Pracovný cyklus štvortaktných piestových motorov je ukončený, keď kľukový hriadeľ dokončí dve otáčky. Podľa definície pozostáva zo štyroch samostatných procesov (alebo zdvihov): nasávanie (1. zdvih), stláčanie zmesi vzduchu a paliva (2. zdvih), výkonový zdvih (3. zdvih) a výfuk (4. zdvih).

Zmenu cyklov motora zabezpečuje mechanizmus distribúcie plynu, pozostávajúci z vačkového hriadeľa, prevodového systému tlačníkov a ventilov, ktoré izolujú pracovný priestor valca od vonkajšieho prostredia a zabezpečujú najmä zmenu časovania ventilov. V dôsledku zotrvačnosti plynov (zvláštnosti procesov dynamiky plynov) sa sacie a výfukové zdvihy pre skutočný motor prekrývajú, čo znamená ich spoločné pôsobenie. Pri vysokých rýchlostiach má prekrývanie fáz pozitívny vplyv na chod motora. Naopak, čím je v nízkych otáčkach vyšší, tým je krútiaci moment motora nižší. Tento jav sa berie do úvahy pri prevádzke moderných motorov. Vytvorte zariadenia, ktoré vám umožnia zmeniť časovanie ventilov v procese. Existujú rôzne konštrukcie takýchto zariadení, z ktorých najvhodnejšie sú elektromagnetické zariadenia na nastavenie fáz mechanizmov distribúcie plynu (BMW, Mazda).

Karburátor ICE

V karburátorových motoroch sa zmes vzduchu a paliva pripravuje pred vstupom do valcov motora v špeciálnom zariadení - v karburátore. V takýchto motoroch je horľavá zmes (zmes paliva a vzduchu), ktorá vstupuje do valcov a mieša sa so zvyškami výfukových plynov (pracovná zmes), zapálená vonkajším zdrojom energie - elektrickou iskrou zapaľovacieho systému.

Vstrekovacie spaľovacie motory

V takýchto motoroch dochádza v dôsledku prítomnosti rozprašovacích trysiek, ktoré vstrekujú benzín do sacieho potrubia, k tvorbe zmesi so vzduchom.

Plynové spaľovacie motory

V týchto motoroch sa tlak plynu po opustení redukčného ventilu výrazne zníži a priblíži k atmosférickému tlaku, potom sa nasaje pomocou zmiešavača vzduchu a plynu a vstrekne (podobne ako pri vstrekovacích motoroch) do sacie potrubie motora pomocou elektrických trysiek.

Zapaľovanie, rovnako ako v predchádzajúcich typoch motorov, sa vykonáva z iskry sviečky, ktorá vkĺzne medzi jej elektródy.

Dieselové spaľovacie motory

V dieselových motoroch dochádza k tvorbe zmesi priamo vo valcoch motora. Vzduch a palivo vstupujú do valcov oddelene.

Zároveň sa do valcov najprv dostáva len vzduch, ten sa stlačí a v momente jeho maximálneho stlačenia sa do valca cez špeciálnu trysku vháňa prúd jemne rozprášeného paliva (tlak vo valcoch takýchto motorov dosahuje oveľa vyššie hodnoty ako v motoroch predchádzajúceho typu), vytvorené zmesi.

V tomto prípade dochádza k zapáleniu zmesi v dôsledku zvýšenia teploty vzduchu pri jeho silnom stlačení vo valci.

Medzi nevýhody dieselových motorov možno v porovnaní s predchádzajúcimi typmi piestových motorov vyzdvihnúť vyššie mechanické napnutie ich častí, najmä kľukového mechanizmu, ktorý si vyžaduje zlepšené pevnostné vlastnosti a v dôsledku toho veľké rozmery, hmotnosť. a náklady. Zvyšuje sa kvôli komplikovanej konštrukcii motorov a použitiu lepších materiálov.

Okrem toho sa takéto motory vyznačujú nevyhnutnými emisiami sadzí a zvýšeným obsahom oxidov dusíka vo výfukových plynoch v dôsledku heterogénneho spaľovania pracovnej zmesi vo valcoch.

Plynovo-dieselové spaľovacie motory

Princíp činnosti takéhoto motora je podobný ako pri prevádzke ktorejkoľvek z odrôd plynových motorov.

Zmes vzduchu a paliva sa pripravuje na podobnom princípe privádzaním plynu do zmiešavača vzduchu a plynu alebo do sacieho potrubia.

Zmes je však zapálená zapaľovacou časťou motorovej nafty vstrekovanej do valca analogicky s prevádzkou dieselových motorov a nie pomocou elektrickej sviečky.

Rotačné piestové spaľovacie motory

Okrem zaužívaného názvu je tento motor pomenovaný po vedcovi-vynálezcovi, ktorý ho vytvoril, a nazýva sa Wankelov motor. Navrhnuté na začiatku 20. storočia. V súčasnosti sa výrobcovia Mazda RX-8 zaoberajú takýmito motormi.

Hlavnú časť motora tvorí trojuholníkový rotor (analogicky ako piest), otáčajúci sa v komore špecifického tvaru, podľa konštrukcie vnútornej plochy, pripomínajúcej číslicu „8“. Tento rotor plní funkciu piestu kľukového hriadeľa a rozvodového mechanizmu, čím eliminuje potrebu systému distribúcie plynu, ktorý je povinný pre piestové motory. Vykonáva tri kompletné pracovné cykly v jednej otáčke, čo umožňuje, aby jeden takýto motor nahradil šesťvalcový piestový motor.Napriek mnohým pozitívnym vlastnostiam, vrátane zásadnej jednoduchosti jeho konštrukcie, má nevýhody, ktoré bránia jeho širokému použitiu. Sú spojené s vytvorením odolných spoľahlivých tesnení komory s rotorom a konštrukciou potrebného systému mazania motora. Pracovný cyklus motorov s rotačnými piestami pozostáva zo štyroch cyklov: nasávanie zmesi vzduchu a paliva (1 cyklus), kompresia zmesi (2 cykly), expanzia spaľovacej zmesi (3 cykly), výfuk (4 cykly).

Rotačné lopatkové spaľovacie motory

Ide o rovnaký motor, ktorý sa používa v Yo-mobile.

Spaľovacie motory s plynovou turbínou

Aj dnes tieto motory úspešne dokážu nahradiť piestové spaľovacie motory v automobiloch. A hoci dizajn týchto motorov dosiahol tento stupeň dokonalosti až v posledných rokoch, myšlienka použiť motory s plynovou turbínou v autách vznikla už dávno. Skutočnú možnosť vytvorenia spoľahlivých motorov s plynovou turbínou teraz poskytuje teória lopatkových motorov, ktorá dosiahla vysoký stupeň vývoja, metalurgie a techniky ich výroby.

Čo je motor s plynovou turbínou? Aby sme to urobili, pozrime sa na jeho schematický diagram.

Kompresor (poz.9) a plynová turbína (poz.7) sú na rovnakom hriadeli (poz.8). Hriadeľ plynovej turbíny sa otáča v ložiskách (poz.10). Kompresor odoberá vzduch z atmosféry, stláča ho a posiela do spaľovacej komory (poz.3). Palivové čerpadlo (poz.1) je tiež poháňané hriadeľom turbíny. Dodáva palivo do trysky (poz.2), ktorá je inštalovaná v spaľovacej komore. Plynné produkty spaľovania vstupujú cez vodiace zariadenie (poz.4) plynovej turbíny na lopatky jej obežného kolesa (poz.5) a roztáčajú ju v danom smere. Výfukové plyny sú vypúšťané do atmosféry cez odbočné potrubie (poz.6).

A hoci je tento motor plný nedostatkov, tie sa postupne s vývojom dizajnu odstraňujú. Súčasne v porovnaní s piestovými spaľovacími motormi majú spaľovacie motory s plynovou turbínou množstvo významných výhod. V prvom rade treba poznamenať, že podobne ako parná turbína, aj plynová turbína môže vyvinúť vysoké otáčky. To vám umožní získať väčší výkon z menších motorov a nižšiu hmotnosť (takmer 10-krát). Okrem toho jediný typ pohybu v plynovej turbíne je rotačný. Piestový motor má okrem rotácie aj vratné pohyby piestu a zložité pohyby ojnice. Tiež motory s plynovou turbínou nevyžadujú špeciálne chladiace systémy, mazanie. Absencia výrazných trecích plôch s minimálnym počtom ložísk zabezpečuje dlhodobú prevádzku a vysokú spoľahlivosť motora s plynovou turbínou. Nakoniec je dôležité poznamenať, že sú poháňané petrolejom alebo motorovou naftou, t.j. lacnejšie typy ako benzín. Dôvodom, ktorý bráni vývoju motorov s plynovou turbínou v automobiloch, je potreba umelo obmedziť teplotu plynov vstupujúcich do lopatiek turbíny, pretože vysokohorľavé kovy sú stále veľmi drahé. V dôsledku toho znižuje úžitkové využitie (účinnosť) motora a zvyšuje mernú spotrebu paliva (množstvo paliva na 1 hp). Pri motoroch osobných a nákladných automobilov musí byť teplota plynu obmedzená na 700 °C a v leteckých motoroch do 900 °C. V súčasnosti však existujú spôsoby, ako zvýšiť účinnosť týchto motorov odstránením tepla z výfukových plynov. plyny na ohrev vzduchu vstupujúceho do spaľovacích komôr. Riešenie problému vytvorenia vysoko ekonomického automobilového motora s plynovou turbínou do značnej miery závisí od úspechu práce v tejto oblasti.

Kombinované spaľovacie motory

Veľký prínos k teoretickým aspektom práce a tvorby kombinovaných motorov priniesol inžinier ZSSR, profesor A.N. Shelest.

Alexej Nesterovič Šelest

Tieto motory sú kombináciou dvoch strojov: piestu a lopatky, čo môže byť turbína alebo kompresor. Oba tieto stroje sú základnými prvkami pracovného toku. Ako príklad takéhoto preplňovaného motora s plynovou turbínou. Zároveň sa v bežnom piestovom motore pomocou turbodúchadla tlačí do valcov vzduch, čo umožňuje zvýšiť výkon motora. Je založená na využití energie prúdu výfukových plynov. Pôsobí na obežné koleso turbíny, namontované na hriadeli na jednej strane. A točí to. Lopatky kompresora sú umiestnené na rovnakom hriadeli na druhej strane. Tak sa pomocou kompresora vháňa vzduch do valcov motora z dôvodu riedenia v komore na jednej strane a núteného prívodu vzduchu, na druhej strane sa do motora dostáva veľké množstvo zmesi vzduchu a paliva. V dôsledku toho sa objem horľavého paliva zväčšuje a plyn vznikajúci pri tomto spaľovaní zaberá väčší objem, čo vytvára väčšiu silu na piest.

Dvojtaktné spaľovacie motory

Tak sa nazýva spaľovací motor s nezvyčajným systémom rozvodu plynu. Je implementovaný v procese prechádzania piestom, ktorý vykonáva vratné pohyby, dve rúrky: vstup a výstup. Jeho zahraničné označenie „RCV“ nájdete.

Pracovné procesy motora sú ukončené počas jednej otáčky kľukového hriadeľa a dvoch zdvihov piestu. Princíp činnosti je nasledujúci. Najprv sa prepláchne valec, čo znamená nasávanie horľavej zmesi so súčasným nasávaním výfukových plynov. Potom sa pracovná zmes stlačí v momente otočenia kľukového hriadeľa o 20--30 stupňov od polohy zodpovedajúceho BDC pri pohybe do TDC. A pracovný zdvih, čo je dĺžka zdvihu piesta z hornej úvrate (TDC) bez dosiahnutia dolnej úvrati (BDC) o 20--30 stupňov pri otáčkach kľukového hriadeľa.

Existujú jasné nevýhody dvojtaktných motorov. Po prvé, slabým článkom dvojtaktného cyklu je prečistenie motora (opäť z pohľadu dynamiky plynu). Stáva sa to jednak z dôvodu, že nie je možné zabezpečiť oddelenie čerstvej náplne od výfukových plynov, t.j. nevyhnutné straty sú v podstate čerstvá zmes lietajúca do výfukového potrubia (alebo vzduchu, ak hovoríme o dieselovom motore). Na druhej strane pracovný zdvih trvá menej ako pol otáčky, čo už naznačuje pokles účinnosti motora. Napokon, trvanie mimoriadne dôležitého procesu výmeny plynov, ktorý v štvortaktnom motore trvá polovicu pracovného cyklu, nemožno predĺžiť.

Dvojtaktné motory sú komplikovanejšie a drahšie kvôli povinnému použitiu systému čistenia alebo posilňovania. Zvýšené tepelné napätie dielov skupiny valec-piest si nepochybne vyžaduje použitie drahších materiálov na jednotlivé diely: piesty, krúžky, vložky valcov. Vykonávanie funkcií distribúcie plynu piestom tiež obmedzuje veľkosť jeho výšky, ktorá pozostáva z výšky zdvihu piestu a výšky čistiacich okien. V mopede to nie je také kritické, ale výrazne to robí piest ťažším, keď je inštalovaný na autách, ktoré vyžadujú značné príkony. Keď sa teda výkon meria v desiatkach alebo dokonca stovkách koní, nárast hmotnosti piestu môže byť veľmi citeľný.

Napriek tomu sa vykonala určitá práca v smere zlepšenia takýchto motorov. V motoroch Ricardo boli zavedené špeciálne rozvádzacie objímky s vertikálnym zdvihom, čo bol určitý pokus o to, aby bolo možné zmenšiť veľkosť a hmotnosť piestu. Systém sa ukázal byť pomerne zložitý a veľmi nákladný na implementáciu, takže takéto motory sa používali iba v letectve. Dodatočne treba poznamenať, že výfukové ventily majú dvojnásobné tepelné namáhanie (pri preplachovaní ventilov s priamym prietokom) v porovnaní s ventilmi štvortaktných motorov. Okrem toho majú sedlá dlhší priamy kontakt s výfukovými plynmi, a teda horší odvod tepla.

Šesťtaktné spaľovacie motory

Prevádzka je založená na princípe činnosti štvortaktného motora. Jeho dizajn navyše obsahuje prvky, ktoré na jednej strane zvyšujú jeho účinnosť a na druhej strane znižujú jeho straty. Existujú dva rôzne typy takýchto motorov.

V motoroch pracujúcich na báze Ottovho a Dieselovho cyklu dochádza pri spaľovaní paliva k značným tepelným stratám. Tieto straty sa využívajú v motore prvej konštrukcie ako dodatočný výkon. V konštrukciách takýchto motorov sa okrem zmesi vzduch-palivo používa ako pracovné médium pre dodatočný zdvih piestu para alebo vzduch, v dôsledku čoho sa zvyšuje výkon. V takýchto motoroch sa piesty po každom vstreknutí paliva pohybujú trikrát v oboch smeroch. V tomto prípade existujú dva pracovné zdvihy - jeden s palivom a druhý s parou alebo vzduchom.

V tejto oblasti boli vytvorené nasledujúce motory:

Motor Bayulas (z anglického Bajulaz). Vytvoril ho Bayulas (Švajčiarsko);

Crower motor (z angl. Crower). Vynašiel Bruce Crower (USA);

Bruce Crower

Motor Velozet (z angl. Velozeta) Bol postavený na inžinierskej škole (India).

Princíp činnosti druhého typu motora je založený na použití pri jeho konštrukcii prídavného piestu na každom valci a umiestneného oproti hlavnému. Prídavný piest sa pohybuje s frekvenciou zníženou o polovicu v porovnaní s hlavným piestom, čo poskytuje šesť zdvihov piesta pre každý cyklus. Prídavný piest vo svojom hlavnom účele nahrádza tradičný mechanizmus distribúcie plynu motora. Jeho druhou funkciou je zvýšenie kompresného pomeru.

Existujú dva hlavné, nezávisle vytvorené návrhy takýchto motorov:

Motor Beare Head. Vynašiel Malcolm Beer (Austrália);

motor s názvom „Charging pump“ (z angl. nemeckého Charge pump). Vynašiel Helmut Kotmann (Nemecko).

Čo sa stane v blízkej budúcnosti so spaľovacím motorom?

Okrem nedostatkov spaľovacieho motora naznačených v úvode článku existuje ešte jeden zásadný nedostatok, ktorý neumožňuje použitie spaľovacích motorov oddelene od prevodovky vozidla. Pohonnú jednotku automobilu tvorí motor v spojení s prevodovkou automobilu. Umožňuje vozidlu pohybovať sa všetkými potrebnými rýchlosťami. Ale jediný spaľovací motor vyvinie najvyšší výkon len v úzkom rozsahu otáčok. Presne preto je potrebná prevodovka. Len vo výnimočných prípadoch sa zaobídete bez prevodovky. Napríklad v niektorých návrhoch lietadiel.

Väčšinu áut núti k pohybu piestový spaľovací motor (skrátene spaľovací motor) s kľukovým mechanizmom. Táto konštrukcia sa rozšírila vďaka nízkej cene a vyrobiteľnosti výroby, relatívne malým rozmerom a hmotnosti.

Podľa druhu použitého paliva možno spaľovacie motory rozdeliť na benzínové a naftové. Musím povedať, že benzínové motory fungujú výborne. Toto rozdelenie priamo ovplyvňuje konštrukciu motora.

Ako funguje piestový spaľovací motor?

Základom jeho konštrukcie je blok valcov. Ide o telo odliate z liatiny, hliníka alebo niekedy zliatiny horčíka. Väčšina mechanizmov a častí iných motorových systémov je pripevnená špecificky k bloku valcov alebo je umiestnená v ňom.

Ďalšou významnou časťou motora je jeho hlava. Nachádza sa v hornej časti bloku valcov. V hlave sú umiestnené aj časti motorových systémov.

Zospodu je k bloku valcov pripevnená paleta. Ak táto časť preberá zaťaženie pri bežiacom motore, často sa nazýva olejová vaňa alebo kľuková skriňa.

Všetky systémy motora

1. kľukový mechanizmus;
2. mechanizmus distribúcie plynu;
3. zásobovací systém;
4. chladiaci systém;
5. mazací systém;
6. zapaľovanie;
7. systém riadenia motora.

kľukový mechanizmus pozostáva z piestu, vložky valca, ojnice a kľukového hriadeľa.

Kľukový mechanizmus:
1. Rozširovač krúžku škrabky oleja. 2. Stierací krúžok piestového oleja. 3. Kompresný krúžok, tretí. 4. Kompresný krúžok, druhý. 5. Kompresný krúžok, vrch. 6. Piest. 7. Poistný krúžok. 8. Piestny čap. 9. Priechodka ojnice. 10. Spojovacia tyč. 11. Uzáver ojnice. 12. Vložte spodnú hlavu ojnice. 13. Skrutka uzáveru ojnice, krátka. 14. Skrutka uzáveru ojnice, dlhá. 15. Hnacie ústrojenstvo. 16. Zástrčka olejového kanála kľukového čapu. 17. Ložisko kľukového hriadeľa, horné. 18. Ozubený krúžok. 19. Skrutky. 20. Zotrvačník. 21. Špendlíky. 22. Skrutky. 23. Deflektor oleja, zadný. 24. Veko zadného ložiska kľukového hriadeľa. 25. Špendlíky. 26. Polkrúžok axiálneho ložiska. 27. Plášť ložiska kľukového hriadeľa, spodný. 28. Protizávažie kľukového hriadeľa. 29. Skrutka. 30. Veko ložiska kľukového hriadeľa. 31. Spojovacia skrutka. 32. Skrutka upevnenia krytu ložiska. 33. Kľukový hriadeľ. 34. Protiváha, predná. 35. Olejový slinger, predný. 36. Poistná matica. 37. Kladka. 38. Skrutky.

Piest je umiestnený vo vnútri vložky valca. Pomocou piestneho čapu je spojený s ojnicou, ktorej spodná hlava je pripevnená k čapu ojnice kľukového hriadeľa. Vložka valca je otvor v bloku, alebo liatinové puzdro vložené do bloku.

Vložka valca s blokom

Vložka valca je uzavretá hlavou navrchu. Kľukový hriadeľ je tiež pripevnený k bloku v spodnej časti. Mechanizmus premieňa priamočiary pohyb piestu na rotačný pohyb kľukového hriadeľa. Rovnaká rotácia, pri ktorej sa v konečnom dôsledku roztočia kolesá auta.

Mechanizmus distribúcie plynu je zodpovedný za dodávanie zmesi paliva a vzduchových pár do priestoru nad piestom a odstraňovanie produktov spaľovania cez ventily, ktoré sa v určitom čase striktne otvárajú.

Energetický systém je primárne zodpovedný za prípravu horľavej zmesi požadovaného zloženia. Zariadenia systému palivo skladujú, čistia, miešajú so vzduchom tak, aby zabezpečili prípravu zmesi požadovaného zloženia a množstva. Systém je tiež zodpovedný za odstraňovanie produktov spaľovania paliva z motora.

Počas prevádzky motora vzniká tepelná energia vo väčšom množstve, ako je motor schopný premeniť na mechanickú energiu. Žiaľ, takzvaná tepelná účinnosť aj tých najlepších príkladov moderných motorov nepresahuje 40 %. Preto sa musí veľké množstvo tepla „navyše“ odviesť do okolitého priestoru. Presne to robí, odoberá teplo a udržuje stabilnú prevádzkovú teplotu motora.

Systém mazania. Toto je len prípad: "Ak nenamastíš, nepôjdeš." Spaľovacie motory majú veľké množstvo trecích jednotiek a takzvané klzné ložiská: je tam diera, hriadeľ sa v nej otáča. Nedôjde k mazaniu, zostava zlyhá v dôsledku trenia a prehriatia.

Zapaľovanie navrhnuté tak, aby presne v určitom časovom okamihu zapálili zmes paliva a vzduchu v priestore nad piestom. taký systém neexistuje. Tam sa palivo za určitých podmienok samovoľne vznieti.

Video:

Systém riadenia motora pomocou elektronickej riadiacej jednotky (ECU) riadi systémy motora a koordinuje ich prácu. V prvom rade ide o prípravu zmesi požadovaného zloženia a jej včasné zapálenie vo valcoch motora.

Piest motora je časť, ktorá má valcový tvar a vykonáva vratné pohyby vo vnútri valca. Je to jedna z najcharakteristickejších častí motora, pretože práve s jeho pomocou dochádza k realizácii termodynamického procesu vyskytujúceho sa v spaľovacom motore. Piest:

• vnímanie tlaku plynov prenáša výslednú silu na;
• utesňuje spaľovaciu komoru;
• odvádza z neho prebytočné teplo.

Vyššie uvedená fotografia zobrazuje štyri zdvihy piestu motora.

Materiál piestu si vyžadujú extrémne podmienky

Piest je prevádzkovaný v extrémnych podmienkach, ktorých charakteristické vlastnosti sú vysoké: tlak, zotrvačné zaťaženie a teploty. Preto medzi hlavné požiadavky na materiály na jeho výrobu patria:

• vysoká mechanická pevnosť;
• dobrá tepelná vodivosť;
• nízka hustota;
• nevýznamný koeficient lineárnej rozťažnosti, antifrikčné vlastnosti;
• dobrá odolnosť proti korózii.

Piesty môžu byť:

• obsadenie;
• kovaný.

Konštrukčné vlastnosti piestu sú určené jeho účelom

• hlavy (spodky);
• tesniaca časť;
• sukne (vodiaca časť).

Na fotografii je znázornená schéma piestu motora.

Piestne krúžky: typy a zloženie

Piestne krúžky sú vyrobené prevažne zo špeciálnej sivej tvárnej liatiny, ktorá má:

• vysoké stabilné ukazovatele pevnosti a pružnosti pri prevádzkových teplotách počas celej životnosti krúžku;
• vysoká odolnosť proti opotrebovaniu v podmienkach intenzívneho trenia;
• dobré antifrikčné vlastnosti;
• schopnosť rýchlo a efektívne preniknúť na povrch valca.

Hlavným účelom kompresného krúžku je zabrániť vstupu plynov zo spaľovacej komory do kľukovej skrine motora. Obzvlášť ťažké bremená dopadajú na prvý kompresný krúžok. Preto sa pri výrobe krúžkov pre piesty niektorých nútených benzínových a všetkých dieselových motorov inštaluje oceľová vložka, ktorá zvyšuje pevnosť krúžkov a umožňuje maximálnu kompresiu. Tvar kompresných krúžkov môže byť:

• lichobežníkový;
• súdkovitého tvaru;
• tconical.

Krúžok na stieranie oleja je zodpovedný za odstránenie prebytočného oleja zo stien valca a zabránenie jeho vstupu do spaľovacej komory. Vyznačuje sa prítomnosťou mnohých drenážnych otvorov. Niektoré krúžky sú navrhnuté s pružinovými expandérmi.

Tvar vedenia piesta (inak plášťa) môže byť kužeľovitý alebo súdkovitý, čo umožňuje kompenzáciu jeho rozťažnosti pri dosiahnutí vysokých prevádzkových teplôt. Pod ich vplyvom sa tvar piestu stáva valcovitým. Bočný povrch piesta je potiahnutý vrstvou antifrikčného materiálu, aby sa znížili straty spôsobené trením, na tento účel sa používa grafit alebo disulfid molybdénu. Otvory pre výstupky v plášti piesta umožňujú zaistenie piestneho čapu.

• minimálna deformácia počas prevádzky;
• vysoká pevnosť pri premenlivom zaťažení a odolnosť proti opotrebovaniu;
• dobrá odolnosť proti nárazu;
• malá hmota.

• upevnené v nálitkoch piestov, ale otáčajú sa v hlave ojnice;
• upevnené v hlave ojnice a otáčať sa v náliatkach piestu;
• voľne sa otáčajúce v nálitkoch piestov a v hlave ojnice.

Odstránenie prebytočného tepla z piestu

Okrem výrazného mechanického namáhania je piest vystavený aj negatívnym účinkom extrémne vysokých teplôt. Teplo sa odoberá zo skupiny piestov:

• chladiaci systém zo stien valca;
• vnútorná dutina piestu, potom - piestny čap a ojnica, ako aj olej cirkulujúci v mazacom systéme;
• čiastočne studená zmes vzduchu a paliva dodávaná do valcov.

• striekanie oleja cez špeciálnu trysku alebo otvor v spojovacej tyči;
• olejová hmla v dutine valca;
• vstrekovanie oleja do zóny krúžkov do špeciálneho kanála;
• cirkulácia oleja v hlave piesta cez rúrkovú cievku.

Video o štvortaktnom motore - princíp činnosti:

Motor s rotačným piestom alebo Wankelov motor je motor, v ktorom sa ako hlavný pracovný prvok vykonávajú planétové kruhové pohyby. Ide o zásadne odlišný typ motora, ktorý sa líši od piestových náprotivkov v rodine ICE.

Konštrukcia takejto jednotky využíva rotor (piest) s tromi plochami, zvonka tvoriacimi trojuholník Reuleaux, ktorý vykonáva kruhové pohyby vo valci špeciálneho profilu. Najčastejšie je povrch valca vytvorený pozdĺž epitrochoidu (plochá krivka získaná bodom, ktorý je pevne spojený s kruhom, ktorý sa pohybuje pozdĺž vonkajšej strany iného kruhu). V praxi sa môžete stretnúť s valcom a rotorom iných tvarov.

Komponenty a princíp činnosti

Zariadenie motora typu RPD je mimoriadne jednoduché a kompaktné. Na osi jednotky je inštalovaný rotor, ktorý je pevne spojený s ozubeným kolesom. Ten je spojený so statorom. Rotor, ktorý má tri plochy, sa pohybuje pozdĺž epitrochoidálnej valcovej roviny. V dôsledku toho sú meniace sa objemy pracovných komôr valca odrezané pomocou troch ventilov. Tesniace dosky (koncového a radiálneho typu) sú pritláčané k valcu pôsobením plynu a pôsobením dostredivých síl a pásových pružín. Ukazuje sa, že 3 izolované komory rôznych veľkostí objemu. Tu sa uskutočňujú procesy stláčania vstupujúcej zmesi paliva a vzduchu, expanzia plynov, ktoré vyvíjajú tlak na pracovný povrch rotora a čistia spaľovaciu komoru od plynov. Kruhový pohyb rotora sa prenáša na excentrickú os. Samotná náprava je na ložiskách a prenáša krútiaci moment na prevodové mechanizmy. V týchto motoroch sa vykonáva súčasná prevádzka dvoch mechanických párov. Jeden, ktorý pozostáva z ozubených kolies, reguluje pohyb samotného rotora. Druhý prevádza rotačný pohyb piesta na rotačný pohyb excentrickej nápravy.

Časti motora s rotačným piestom

Princíp činnosti Wankelovho motora

Na príklade motorov inštalovaných na vozidlách VAZ možno uviesť tieto technické charakteristiky:
- 1,308 cm3 - pracovný objem komory RPD;
- 103 kW / 6000 min-1 - menovitý výkon;
- hmotnosť motora 130 kg;
- 125 000 km - životnosť motora do jeho prvej kompletnej opravy.

tvorba zmesi

Teoreticky RPD využíva niekoľko typov tvorby zmesí: vonkajšie a vnútorné, založené na kvapalných, pevných, plynných palivách.
Pokiaľ ide o tuhé palivá, stojí za zmienku, že sa spočiatku splyňujú v plynových generátoroch, pretože vedú k zvýšenej tvorbe popola vo valcoch. Preto sa v praxi viac rozšírili plynné a kvapalné palivá.
Samotný mechanizmus tvorby zmesi vo Wankelových motoroch bude závisieť od typu použitého paliva.
Pri použití plynného paliva dochádza k jeho zmiešaniu so vzduchom v špeciálnom priestore na vstupe motora. Horľavá zmes vstupuje do valcov v hotovej forme.

Z kvapalného paliva sa zmes pripraví takto:

1. Vzduch sa zmieša s kvapalným palivom pred vstupom do valcov, kde vstupuje horľavá zmes.
2. Kvapalné palivo a vzduch vstupujú do valcov motora oddelene a už vo valci sú zmiešané. Pracovná zmes sa získa kontaktom so zvyškovými plynmi.

V súlade s tým môže byť zmes paliva a vzduchu pripravená mimo valcov alebo vo vnútri valcov. Z toho pochádza oddelenie motorov s vnútornou alebo vonkajšou tvorbou zmesi.

Vlastnosti RPD

Výhody

Výhody rotačných piestových motorov v porovnaní so štandardnými benzínovými motormi:

- Nízka úroveň vibrácií.
V motoroch typu RPD nedochádza k premene vratného pohybu na rotačný, čo umožňuje agregátu odolávať vysokým otáčkam s menšími vibráciami.

— Dobré dynamické vlastnosti.
Vďaka svojej konštrukcii takýto motor inštalovaný v aute umožňuje jeho zrýchlenie nad 100 km / h pri vysokých rýchlostiach bez nadmerného zaťaženia.

- Dobrá hustota výkonu s nízkou hmotnosťou.
Vďaka absencii kľukového hriadeľa a ojníc v konštrukcii motora sa dosiahne malá hmotnosť pohyblivých častí v RPD.

- V motoroch tohto typu prakticky neexistuje mazací systém.
Olej sa pridáva priamo do paliva. Samotná zmes paliva a vzduchu maže trecie páry.

- Motor s rotačným piestom má malé celkové rozmery.
Inštalovaný motor s rotačným piestom umožňuje maximalizovať užitočný priestor motorového priestoru automobilu, rovnomerne rozložiť zaťaženie na nápravy automobilu a lepšie vypočítať umiestnenie prvkov a zostáv prevodovky. Napríklad štvortaktný motor s rovnakým výkonom bude dvakrát väčší ako rotačný motor.

Nevýhody Wankelovho motora

— Kvalita motorového oleja.
Pri prevádzke tohto typu motora je potrebné venovať náležitú pozornosť kvalitnému zloženiu oleja používaného vo Wankelových motoroch. Rotor a motorová komora vo vnútri majú veľkú styčnú plochu, respektíve motor sa rýchlejšie opotrebováva a takýto motor sa neustále prehrieva. Nepravidelné výmeny oleja spôsobujú veľké škody na motore. Opotrebenie motora sa mnohonásobne zvyšuje v dôsledku prítomnosti abrazívnych častíc v použitom oleji.

— Kvalita zapaľovacích sviečok.
Prevádzkovatelia takýchto motorov musia byť obzvlášť nároční na kvalitu zloženia zapaľovacích sviečok. V spaľovacej komore je pre jej malý objem, rozšírený tvar a vysokú teplotu proces vznietenia zmesi náročný. Dôsledkom je zvýšená prevádzková teplota a periodické detonácie spaľovacej komory.

— Materiály tesniacich prvkov.
Významnú chybu v motore typu RPD možno nazvať nespoľahlivou organizáciou tesnení medzi medzerami medzi komorou, v ktorej horí palivo, a rotorom. Zariadenie rotora takéhoto motora je pomerne komplikované, preto sú potrebné tesnenia tak pozdĺž okrajov rotora, ako aj pozdĺž bočného povrchu v kontakte s krytmi motora. Povrchy, ktoré sú vystavené treniu, musia byť neustále mazané, čo má za následok zvýšenú spotrebu oleja. Prax ukazuje, že motor typu RPD môže spotrebovať od 400 g do 1 kg oleja na každých 1000 km. Znižuje sa ekologický výkon motora, pretože palivo horí spolu s olejom, v dôsledku čoho sa do životného prostredia uvoľňuje veľké množstvo škodlivých látok.

Pre svoje nedostatky sa takéto motory v automobilovom priemysle a pri výrobe motocyklov veľmi nepoužívajú. Ale na základe RPD sa vyrábajú kompresory a čerpadlá. Leteckí modelári často používajú tieto motory na stavbu svojich modelov. Vzhľadom na nízke požiadavky na účinnosť a spoľahlivosť nepoužívajú konštruktéri v takýchto motoroch zložitý tesniaci systém, čo výrazne znižuje jeho cenu. Jednoduchosť jeho konštrukcie umožňuje bezproblémové začlenenie do modelu lietadla.

Účinnosť konštrukcie rotačného piestu

Napriek množstvu nedostatkov štúdie ukázali, že celková účinnosť Wankelovho motora je podľa moderných štandardov dosť vysoká. Jeho hodnota je 40 - 45%. Pre porovnanie, v piestových spaľovacích motoroch je účinnosť 25%, v moderných turbodieseloch - asi 40%. Najvyššia účinnosť pre piestové dieselové motory je 50 %. Vedci dodnes pokračujú v hľadaní rezerv na zlepšenie účinnosti motorov.

Konečná účinnosť motora pozostáva z troch hlavných častí:

1. Palivová účinnosť (ukazovateľ charakterizujúci racionálne využitie paliva v motore).

Výskum v tejto oblasti ukazuje, že iba 75 % paliva úplne vyhorí. Predpokladá sa, že tento problém je vyriešený oddelením procesov spaľovania a expanzie plynov. Je potrebné zabezpečiť usporiadanie špeciálnych komôr za optimálnych podmienok. Spaľovanie by malo prebiehať v uzavretom objeme, pri zvyšovaní teploty a tlaku, proces expanzie by mal prebiehať pri nízkych teplotách.

1. Mechanická účinnosť (charakterizuje prácu, ktorej výsledkom bolo vytvorenie krútiaceho momentu hlavnej osi prenášaného na spotrebiteľa).

Asi 10% práce motora sa vynakladá na uvedenie do pohybu pomocných jednotiek a mechanizmov. Táto chyba môže byť opravená vykonaním zmien na motorovom zariadení: keď sa hlavný pohyblivý pracovný prvok nedotýka stacionárneho telesa. Rameno s konštantným momentom musí byť prítomné pozdĺž celej dráhy hlavného pracovného prvku.

1. Tepelná účinnosť (ukazovateľ vyjadrujúci množstvo tepelnej energie generovanej spaľovaním paliva, ktorá sa premieňa na užitočnú prácu).

V praxi uniká 65 % prijatej tepelnej energie s výfukovými plynmi do vonkajšieho prostredia. Viaceré štúdie ukázali, že je možné dosiahnuť zvýšenie tepelnej účinnosti v prípade, ak by konštrukcia motora umožňovala spaľovanie paliva v tepelne izolovanej komore tak, aby boli dosiahnuté maximálne teploty už od začiatku a na konci sa táto teplota zníži na minimálne hodnoty zapnutím parnej fázy.

Aktuálny stav motora s rotačným piestom

Pri hromadnej aplikácii motora vznikli značné technické ťažkosti:
– rozvoj kvalitného pracovného procesu v nepriaznivej komore;
- zabezpečenie tesnosti tesnenia pracovných objemov;
– navrhnutie a vytvorenie konštrukcie dielov karosérie, ktoré budú spoľahlivo slúžiť počas celého životného cyklu motora bez deformácií pri nerovnomernom zahrievaní týchto dielov.
Vďaka rozsiahlej výskumnej a vývojovej práci sa týmto firmám podarilo vyriešiť takmer všetky najťažšie technické problémy na ceste k vytvoreniu RPD a dostať sa do štádia ich priemyselnej výroby.

Prvý sériovo vyrábaný NSU Spider s RPD vyrobila NSU Motorenwerke. Vzhľadom na časté generálne opravy motorov v dôsledku vyššie uvedených technických problémov v ranom štádiu vývoja konštrukcie Wankelovho motora, záruky prijaté NSU viedli k finančnému krachu a bankrotu a následnej fúzii s Audi v roku 1969.
V rokoch 1964 až 1967 bolo vyrobených 2375 áut. V roku 1967 bol Spider prerušený a nahradený NSU Ro80 s rotačným motorom druhej generácie; za desať rokov výroby Ro80 bolo vyrobených 37 398 áut.

Inžinieri Mazdy sa s týmito problémami vyrovnali najúspešnejšie. Zostáva jediným masovým výrobcom strojov s motormi s rotačnými piestami. Upravený motor sa sériovo montuje do Mazdy RX-7 od roku 1978. Od roku 2003 nasledoval model Mazda RX-8 a v súčasnosti je to masová a jediná verzia auta s Wankelovým motorom.

Ruské RPD

Prvá zmienka o rotačnom motore v Sovietskom zväze pochádza zo 60. rokov. Výskumné práce na motoroch s rotačnými piestami sa začali v roku 1961 príslušným výnosom Ministerstva automobilového priemyslu a Ministerstva poľnohospodárstva ZSSR. Priemyselná štúdia s ďalším záverom o výrobe tohto dizajnu sa začala v roku 1974 vo VAZ. špeciálne pre tento účel bola vytvorená špeciálna konštrukčná kancelária pre rotačné piestové motory (SKB RPD). Keďže nebolo možné zakúpiť licenciu, sériový Wankel od NSU Ro80 bol rozobratý a skopírovaný. Na tomto základe bol vyvinutý a zmontovaný motor VAZ-311 a táto významná udalosť sa odohrala v roku 1976. Vo VAZ vyvinuli celý rad RPD od 40 do 200 silných motorov. Finalizácia dizajnu sa vliekla takmer šesť rokov. Bolo možné vyriešiť množstvo technických problémov spojených s výkonom plynových a olejových tesnení, ložísk, odladiť efektívny pracovný postup v nepriaznivej komore. Svoj prvý sériový automobil s rotačným motorom pod kapotou predstavil VAZ verejnosti v roku 1982, bol to VAZ-21018. Auto bolo zvonka a konštrukčne ako všetky modely tejto rady, s jednou výnimkou, a to pod kapotou bol jednosekčný rotačný motor s výkonom 70 koní. Trvanie vývoja nezabránilo tomu, aby nastali rozpaky: na všetkých 50 experimentálnych strojoch došlo počas prevádzky k poruchám motora, čo prinútilo závod nainštalovať na svoje miesto konvenčný piestový motor.

VAZ 21018 s motorom s rotačným piestom

Po zistení, že príčinou poruchy boli vibrácie mechanizmov a nespoľahlivosť tesnení, sa dizajnéri zaviazali zachrániť projekt. Už v 83. sa objavili dvojdielne VAZ-411 a VAZ-413 (s kapacitou 120 a 140 k). Napriek nízkej účinnosti a krátkym zdrojom sa stále našiel rozsah rotačného motora - dopravná polícia, KGB a ministerstvo vnútra potrebovali výkonné a nenápadné vozidlá. Žiguli a Volga, vybavené rotačnými motormi, ľahko predbehli zahraničné autá.

Od 80. rokov 20. storočia zaujala SKB nová téma - využitie rotačných motorov v príbuznom odvetví - letectve. Odchod z hlavného odvetvia používania RPD viedol k tomu, že pre vozidlá s pohonom predných kolies bol rotačný motor VAZ-414 vytvorený až v roku 1992 a bol vychovaný ďalšie tri roky. V roku 1995 bol VAZ-415 predložený na certifikáciu. Na rozdiel od svojich predchodcov je univerzálny a dá sa namontovať pod kapotu áut s pohonom zadných kolies (klasický a GAZ) a predných kolies (VAZ, Moskvich). Dvojdielny "Wankel" má pracovný objem 1308 cm 3 a vyvíja výkon 135 k. pri 6000 ot./min. „Deväťdesiatdeviaty“ zrýchli na stovky za 9 sekúnd.

Motor s rotačným piestom VAZ-414

V súčasnosti je projekt vývoja a implementácie domáceho RPD zmrazený.

Nižšie je uvedené video zariadenia a prevádzky Wankelovho motora.

Domov » čistič skla » Motor s rotačným piestom. Piestové typy spaľovacích motorov