Mootori kolvisüsteem. Sisepõlemismootori kolb: seade, eesmärk, tööpõhimõte. Pöördkolvi konstruktsiooni efektiivsus

Definitsioon.

Kolbmootor- üks sisepõlemismootori variantidest, mis töötab kütuse põlemisel tekkiva siseenergia muundamisel mehaaniline töö kolvi translatsiooniline liikumine. Kolb liigub, kui töövedelik silindris paisub.

Väntmehhanism muudab kolvi translatsioonilise liikumise pöörlevaks liikumiseks väntvõll.

Mootori töötsükkel koosneb kolvi ühesuunaliste translatsioonilöökide jadast. Mootorid jagunevad kahe- ja neljataktilisteks mootoriteks.

Kahetaktiliste ja neljataktiliste kolbmootorite tööpõhimõte.

Silindrite arv sees kolbmootorid võib olenevalt disainist erineda (1 kuni 24). Mootori maht loetakse võrdseks kõigi silindrite mahtude summaga, mille töömaht leitakse ristlõike korrutamisel kolvi käiguga.

IN kolbmootorid Erinevatel konstruktsioonidel on erinevad kütuse süüteprotsessid:

Elektriline sädelahendus, mis moodustub süüteküünaldele. Sellised mootorid võivad töötada nii bensiinil kui ka muud tüüpi kütusel (maagaas).

Töövedeliku kokkusurumine:

IN diiselmootorid, töötades diislikütusel või gaasil (5% diislikütuse lisandiga), surutakse õhk kokku ja kui kolb saavutab maksimaalse kokkusurumispunkti, pritsitakse kütust, mis kokkupuutel kuumutatud õhuga süttib.

Kompressioonimudeli mootorid. Nende kütusevarustus on täpselt sama, mis bensiinimootoritel. Seetõttu on nende tööks vaja spetsiaalset kütuse koostist (õhu ja dietüüleetri lisanditega), samuti surveastme täpset reguleerimist. Kompressormootorid on leidnud tee lennuki- ja autotööstusesse.

Hõõguvad mootorid. Nende tööpõhimõte on paljuski sarnane kompressioonmudeli mootoritega, kuid neil pole ka disainifunktsioone. Süüterolli täidab neis hõõgküünal, mille hõõgumist hoiab üleval eelmisel käigul põletatud kütuse energia. Eriline on ka kütuse koostis, mis põhineb metanoolil, nitrometaanil ja kastoorõlil. Selliseid mootoreid kasutatakse nii autodes kui ka lennukites.

Kaloriseerivad mootorid. Nendes mootorites toimub süttimine, kui kütus puutub kokku mootori kuumade osadega (tavaliselt kolvi krooniga). Kütusena kasutatakse avatud koldegaasi. Neid kasutatakse valtspinkides ajamimootoritena.

Kasutatud kütuseliigid kolbmootorid:

Vedel kütus– diislikütus, bensiin, alkoholid, biodiisel;

Gaasid– looduslikud ja bioloogilised gaasid, vedelgaasid, vesinik, gaasilised naftakrakkimisproduktid;

Gaasigeneraatoris söest, turbast ja puidust toodetud vingugaasi kasutatakse ka kütusena.

Kolbmootorite töö.

Mootori töötsüklidüksikasjalikult kirjeldatud tehnilises termodünaamikas. Erinevaid tsüklogramme kirjeldavad erinevad termodünaamilised tsüklid: Otto, Diesel, Atkinson või Miller ja Trinkler.

Kolbmootorite rikete põhjused.

Kolb-sisepõlemismootori kasutegur.

Maksimaalne efektiivsus, mis saavutati kolbmootor on 60%, st. veidi vähem kui pool põlenud kütusest kulub mootoriosade soojendamiseks ja eraldub ka soojusega väljaheite gaasid. Sellega seoses on vaja mootorid varustada jahutussüsteemidega.

Jahutussüsteemide klassifikatsioon:

Air CO– soojuse ülekandmine õhku tänu silindrite ribilisele välispinnale. Kas need kehtivad?
bo na nõrgad mootorid(kümneid hj) või võimsatel lennukimootoritel, mida jahutatakse kiire õhuvooluga.

Vedel CO– jahutusvedelikuna kasutatakse vedelikku (vesi, antifriis või õli), mis pumbatakse läbi jahutussärgi (kanalid silindriploki seintes) ja siseneb jahutusradiaatorisse, milles jahutatakse õhuvoolude abil, looduslik või fännidelt. Harva kasutatakse jahutusvedelikuna ka metallilist naatriumi, mis sulab soojeneva mootori kuumusest.

Rakendus.

Kolbmootorid on tänu oma võimsusvahemikule (1 vatt – 75 000 kW) saavutanud suure populaarsuse mitte ainult autotööstuses, vaid ka lennukiehituses ja laevaehituses. Neid kasutatakse ka lahingu-, põllumajandus- ja ehitustehnika, elektrigeneraatorid, veepumbad, mootorsaed ja muud masinad, nii mobiilsed kui statsionaarsed.

Kütuse põletamisel vabaneb soojusenergia. Mootorit, milles kütus põleb otse töösilindris ja tekkivate gaaside energiat tajub silindris liikuv kolb, nimetatakse kolbmootoriks.

Niisiis, nagu varem öeldud, on seda tüüpi mootor tänapäevaste autode jaoks peamine.

Sellistel mootoritel asub põlemiskamber silindris, milles õhu-kütuse segu põlemisel tekkiv soojusenergia muundatakse edasi liikuva kolvi mehaaniliseks energiaks ja seejärel spetsiaalse mehhanismi, mida nimetatakse vändaks, abil. väntvõlli pöörlemisenergiasse.

Õhust ja kütusest (kütusest) koosneva segu tekkekoha järgi jagatakse kolb-sisepõlemismootorid välise ja sisemise konversiooniga mootoriteks.

Samal ajal jaotatakse välise segumoodustusega mootorid vastavalt kasutatava kütuse tüübile karburaator- ja sissepritsemootoriteks, mis töötavad kergel vedelkütusel (bensiin) ja gaasimootoriteks, mis töötavad gaasil (gaasigeneraator, valgustus, maagaas). , jne.). Diiselmootorid on diiselmootorid (diislid). Need töötavad raske vedelkütusega (diisel). Üldiselt on mootorite endi disain peaaegu sama.

Neljataktiliste kolbmootorite töötsükkel on lõppenud, kui väntvõll teeb kaks pööret. Definitsiooni järgi koosneb see neljast eraldi protsessist (või käigust): sisselaske (1 takti), õhu-kütuse segu kokkusurumine (2 takti), jõutakt (3 takti) ja heitgaaside väljalaske (4 takti).

Mootori käikude muutmine saavutatakse gaasijaotusmehhanismi abil, mis koosneb nukkvõllist, tõukurite ja ventiilide ülekandesüsteemist, mis isoleerivad silindri tööruumi väliskeskkonnast ja tagavad peamiselt klapi ajastuse muutmise. Tänu gaaside inertsile (gaasidünaamika protsesside omadused) on sisselaske- ja väljalasketaktid päris mootor kattuvad, mis tähendab, et nad tegutsevad koos. Peal suur kiirus faaside kattumine mõjutab positiivselt mootori tööd. Vastupidi, seda rohkem madalad pöörded, seda väiksem on mootori pöördemoment. Kaasaegsete mootorite töö võtab seda nähtust arvesse. Need loovad seadmeid, mis võimaldavad töö ajal klapi ajastust muuta. Selliseid seadmeid on mitmesuguseid, millest sobivaimad on elektromagnetilised seadmed gaasijaotusmehhanismide faaside reguleerimiseks (BMW, Mazda).

Karburaatori sisepõlemismootorid

IN karburaatori mootoridÕhu-kütuse segu valmistatakse ette enne selle sisenemist mootori silindritesse, spetsiaalses seadmes - karburaatoris. Sellistes mootorites süüdatakse silindritesse sisenev põlev segu (kütuse ja õhu segu), mis on segunenud ülejäänud heitgaasidega (tööseguga), välise energiaallikaga - süütesüsteemi elektrisädemega.

Sissepritsega sisepõlemismootorid

Sellistes mootorites bensiini pihustavate pihustusdüüside olemasolu tõttu sisselaskekollektor, tekib segu õhuga.

Gaasi sisepõlemismootorid

Nendes mootorites vähendatakse gaasirõhku pärast gaasireduktorist väljumist oluliselt ja viiakse see atmosfäärirõhu lähedale, seejärel imetakse see õhk-gaasisegisti abil sisse ja süstitakse läbi elektripihustite (sarnaselt sissepritsega mootoritele) mootori sisselaskeavasse. kollektor.

Süüde, nagu ka eelmist tüüpi mootorite puhul, teostab süüteküünlast tulev säde, mis hüppab selle elektroodide vahele.

Diisel sisepõlemismootorid

Diiselmootorites toimub segu moodustumine otse mootori silindrite sees. Õhk ja kütus sisenevad silindritesse eraldi.

Sel juhul siseneb silindritesse algul ainult õhk, see surutakse kokku ja selle maksimaalse kokkusurumise hetkel juhitakse spetsiaalse düüsi kaudu silindrisse peenpihustatud kütuse vool (surve selliste mootorite silindrites ulatub palju suuremad väärtused kui eelmist tüüpi mootoritel), tekivad segud.

Sel juhul süttib segu õhutemperatuuri tõusu tagajärjel, kui see on silindris tugevalt kokku surutud.

Puuduste hulgas diiselmootorid võib eristada varasematest kõrgemaid tüüpe kolbmootorid- selle osade, eriti vända mehhanismi mehaaniline pinge, mis nõuab paremaid tugevusomadusi ja sellest tulenevalt suuri mõõtmeid, kaalu ja maksumust. See suureneb tänu mootorite keerukale disainile ja kvaliteetsemate materjalide kasutamisele.

Lisaks iseloomustavad selliseid mootoreid vältimatu tahmaheide ja suurenenud lämmastikoksiidide sisaldus heitgaasides, mis on tingitud töösegu heterogeensest põlemisest silindrite sees.

Gaas-diisel sisepõlemismootorid

Sellise mootori tööpõhimõte on sarnane mis tahes tüüpi gaasimootori tööga.

Õhk-kütuse segu valmistatakse sarnasel põhimõttel, suunates gaasi õhk-gaasi segistisse või sisselaskekollektorisse.

Segu süttib aga diislikütuse pilootosaga, mis süstitakse silindrisse analoogselt diiselmootorite tööga, mitte aga elektrilist süüteküünalt.

Pöördkolbiga sisepõlemismootorid

Lisaks väljakujunenud nimele on see mootor oma nime saanud selle loonud teadlase-leiutaja järgi ja seda nimetatakse Wankeli mootoriks. Pakutud välja 20. sajandi alguses. Praegu arendavad selliseid mootoreid Mazda RX-8 tootjad.

Mootori põhiosa moodustab kolmnurkne rootor (kolvi analoog), mis pöörleb kindla kujuga kambris ja mille sisepinna kujundus meenutab numbrit 8. See rootor täidab väntvõlli kolvi ja gaasijaotusmehhanismi funktsiooni, kõrvaldades seega kolbmootoritele vajaliku gaasijaotussüsteemi. See teeb ühe pöördega kolm täistöötsüklit, mis võimaldab ühe sellise mootoriga asendada kuuesilindrilist kolbmootorit Vaatamata paljudele positiivseid omadusi, mille hulgas on ka selle disaini põhimõtteline lihtsus, on puudusi, mis takistavad selle laialdast kasutamist. Need on seotud kauakestvate usaldusväärsete tihendite loomisega kambri ja rootori vahel ning vajaliku mootori määrimissüsteemi ehitamisega. Rootor-kolbmootorite töötsükkel koosneb neljast taktist: õhu-kütuse segu sissevõtt (1 takt), segu kokkusurumine (2 takti), põlemissegu paisutamine (3 takti), väljalaske (4 takti).

Pöördlabaga sisepõlemismootorid

See on sama mootor, mida kasutatakse Yo-mobile'is.

Gaasiturbiiniga sisepõlemismootorid

Juba praegu suudavad need mootorid edukalt asendada autode kolb-sisepõlemismootoreid. Ja kuigi nende mootorite disain on saavutanud selle täiuslikkuse taseme alles viimastel aastatel, tekkis idee kasutada autodes gaasiturbiinmootoreid juba ammu. Tõelise võimaluse töökindlate gaasiturbiinmootorite loomiseks pakuvad nüüd kõrgele arengutasemele jõudnud labamootorite teooria, metallurgia ja nende valmistamise tehnoloogia.

Mis on gaasiturbiinmootor? Selleks vaatame selle elektriskeemi.

Kompressor (pos. 9) ja gaasiturbiin (pos. 7) asuvad samal võllil (pos. 8). Gaasiturbiini võll pöörleb laagrites (pos. 10). Kompressor võtab atmosfäärist õhku, surub selle kokku ja suunab põlemiskambrisse (punkt 3). Kütusepumpa (element 1) käitab ka turbiini võll. See varustab kütust düüsiga (element 2), mis on paigaldatud põlemiskambrisse. Gaasilised põlemisproduktid sisenevad läbi gaasiturbiini juhtlaba (element 4) selle tiiviku labadele (element 5) ja sunnivad seda etteantud suunas pöörlema. Heitgaasid lastakse toru kaudu atmosfääri (punkt 6).

Ja kuigi see mootor on täis puudusi, kõrvaldatakse need disaini arenedes järk-järgult. Samas on gaasiturbiiniga sisepõlemismootoril võrreldes kolb-sisepõlemismootoritega mitmeid olulisi eeliseid. Kõigepealt tuleb märkida, et nagu auruturbiin, võib ka gaasiturbiin arendada suuri kiirusi. See võimaldab saada väiksematelt mootoritelt rohkem võimsust ja kaalult kergemat (peaaegu 10 korda). Lisaks on gaasiturbiini ainus liikumisliik pöörlev. Lisaks pöörlevale liikumisele on kolbmootoril kolbide edasi-tagasi liikumine ja ühendusvarraste keerukad liigutused. Samuti ei vaja gaasiturbiinmootorid spetsiaalseid jahutussüsteeme ega määrimist. Märkimisväärsete hõõrdepindade puudumine minimaalse arvu laagritega tagab pikaajalise töö ja kõrge töökindluse gaasiturbiin mootor. Lõpetuseks on oluline märkida, et nende toiteallikaks kasutatakse petrooleumi või diislikütust, st. odavamad tüübid kui bensiin. Autode gaasiturbiinmootorite arengut pidurdav põhjus on vajadus kunstlikult piirata turbiini labadesse sisenevate gaaside temperatuuri, kuna väga tuleohtlikud metallid on endiselt väga kallid. Mis selle tulemusena vähendab mootori kasulikku kasutust (efektiivsust) ja suurendab kütuse erikulu (kütuse kogust 1 hj kohta). Reisijate ja kauba jaoks autode mootorid Gaasi temperatuur peab olema piiratud 700 ° C-ni ja lennukimootorites kuni 900 ° C. Kuid tänapäeval on mõned võimalused nende mootorite efektiivsuse suurendamiseks, eemaldades heitgaaside soojuse, et soojendada sisenevat õhku. põlemiskambrid. Väga ökonoomse auto gaasiturbiinmootori loomise probleemi lahendus sõltub suuresti selle valdkonna töö edukusest.

Kombineeritud sisepõlemismootorid

Suure panuse kombineeritud mootorite töö ja loomise teoreetilistele aspektidele andis NSVL insener, professor A. N. Shelest.

Aleksei Nesterovitš Shelest

Need mootorid on kombinatsioon kahest masinast: kolvist ja labast, mis võib olla turbiin või kompressor. Mõlemad masinad on tööprotsessi olulised osad. Sellise gaasiturbiini ülelaadimisega mootori näiteks. Tavalises kolbmootoris surub turbolaadur silindritesse õhku, mis suurendab mootori võimsust. See põhineb heitgaasivoolust saadava energia kasutamisel. See toimib ühelt poolt võllile paigaldatud turbiini tiivikule. Ja ta keerutab seda. Kompressori labad asuvad samal võllil teisel pool. Nii surutakse kompressori abil mootori silindritesse õhku ühelt poolt kambris oleva vaakumi ja sunnitud õhu juurdevoolu tõttu, teisalt satub mootorisse suur hulk õhu ja kütuse segu. Selle tulemusena suureneb põletatud kütuse maht ja põlemisel tekkiv gaas võtab enda alla suurema mahu, mis tekitab kolvile suurema jõu.

Kahetaktilised sisepõlemismootorid

See on ebatavalise gaasijaotussüsteemiga sisepõlemismootori nimi. Seda rakendatakse kolvi läbimise protsessis, sooritades edasi-tagasi liigutusi, läbi kahe toru: sisselaske- ja väljalaskeava. Leiate selle välismaise nimetuse “RCV”.

Mootori tööprotsessid toimuvad ühe väntvõlli pöörde ja kahe kolvilöögi ajal. Toimimispõhimõte on järgmine. Esiteks puhastatakse silinder, mis tähendab põleva segu sissevõtmist koos heitgaaside samaaegse sisselaskega. Seejärel surutakse töösegu kokku hetkel, kui väntvõll pöörleb TDC-le liikumisel vastava BDC asendist 20-30 kraadi. Ja töötakti, mille pikkus on kolvikäik ülemisest surnud punktist (TDC), mis ei jõua väntvõlli pööretel 20-30 kraadi võrra alumisse surnud punkti (BDC).

Kahetaktilistel mootoritel on ilmselged puudused. Esiteks on kahetaktilise tsükli nõrk lüli mootori puhastamine (taas gaasidünaamika seisukohalt). See juhtub ühelt poolt seetõttu, et ei ole võimalik tagada värske laengu eraldamist heitgaasidest, s.o. paratamatuid kaotusi sisuliselt sisse lendamise tõttu väljalasketoru värske segu (või õhk, kui me räägime diislikütusest). Seevastu jõutakt kestab alla poole pöörde, mis viitab juba mootori kasuteguri langusele. Lõpuks ei saa pikendada äärmiselt olulise gaasivahetusprotsessi kestust, mis neljataktilise mootori puhul võtab poole töötsüklist.

Kahetaktilised mootorid on tühjendus- või ülelaadimissüsteemi kohustusliku kasutamise tõttu keerukamad ja kallimad. Pole kahtlust, et silindri-kolvi rühma osade suurenenud termiline pinge nõuab üksikute osade jaoks kallimate materjalide kasutamist: kolvid, rõngad, silindri vooderdised. Samuti seab kolvi gaasijaotusfunktsioonide täitmine piirangu selle kõrgusele, mis koosneb kolvi käigu kõrgusest ja tühjendusakende kõrgusest. Mopeedi puhul pole see nii kriitiline, kuid märkimisväärset energiatarbimist nõudvatele autodele paigaldamisel muudab see kolvi oluliselt raskemaks. Seega, kui võimsust mõõdetakse kümnetes või isegi sadades Hobujõud, võib kolvi massi suurenemine olla väga märgatav.

Sellegipoolest tehti selliste mootorite täiustamiseks tööd. Ricardo mootorites võeti kasutusele spetsiaalsed vertikaalse käiguga jaotushülsid, mis oli mõningane katse kolvi suuruse ja kaalu vähendamiseks. Süsteem osutus üsna keeruliseks ja selle rakendamine väga kulukaks, nii et selliseid mootoreid kasutati ainult lennunduses. Täiendavalt tuleb märkida, et väljalaskeklappidel on kaks korda suurem termiline pinge (otsevooluventiili puhastamisega) võrreldes neljataktiliste mootorite ventiilidega. Lisaks on istmetel pikem otsekontakt heitgaasidega ja seetõttu halvem soojuse hajumine.

Kuuetaktilised sisepõlemismootorid

Töö põhineb neljataktilise mootori tööpõhimõttel. Lisaks sisaldab selle disain elemente, mis ühelt poolt suurendavad selle tõhusust, teisalt aga vähendavad kadusid. On kaks erinevad tüübid sellised mootorid.

Otto- ja diiseltsüklitel töötavates mootorites on kütuse põlemisel märkimisväärsed soojuskaod. Neid kadusid kasutatakse esimese konstruktsiooni mootoris lisavõimsusena. Selliste mootorite konstruktsioonides kasutatakse kolvi täiendava käigu töökeskkonnana lisaks õhu-kütuse segule auru või õhku, mille tulemuseks on suurenenud võimsus. Sellistes mootorites liiguvad kolvid pärast iga kütuse sissepritse kolm korda mõlemas suunas. Sel juhul on kaks töötakti - üks kütusega ja teine ​​auru või õhuga.

Selles piirkonnas on loodud järgmised mootorid:

Bajulazi mootor (inglise keelest Bajulaz). Selle lõi Bayulas (Šveits);

Croweri mootor (inglise keelest Crower). Leiutaja Bruce Crower (USA);

Bruce Crower

Velozeti mootor (inglise keelest Velozeta) Ehitati insenerikõrgkoolis (India).

Teist tüüpi mootorite tööpõhimõte põhineb selle konstruktsioonis täiendava kolvi kasutamisel igal silindril, mis asub peamise silindri vastas. Täiendav kolb liigub põhikolviga võrreldes poole võrra väiksema sagedusega, mis annab iga tsükli kohta kuus kolvikäiku. Täiendav kolb asendab oma põhieesmärgil mootori traditsioonilist gaasijaotusmehhanismi. Selle teine ​​funktsioon on tihendusastme suurendamine.

Sellistel mootoritel on kaks peamist konstruktsiooni, mis on üksteisest sõltumatult loodud:

Karupea mootor. Leiutas Malcolm Beer (Austraalia);

mootor nimega "laadimispump" (saksa keeles Charge pump). Leiutaja Helmut Kottmann (Saksamaa).

Mis saab lähiajal sisepõlemismootorist?

Lisaks artikli alguses välja toodud sisepõlemismootori puudustele on veel üks põhimõtteline puudus, mis ei võimalda kasutada sisepõlemismootorit sõiduki jõuülekandest eraldi. Jõuseade Auto moodustab mootor koos auto jõuülekandega. See võimaldab sõidukil liikuda kogu vajaliku kiirusega. Kuid üksainus sisepõlemismootor arendab oma suurimat võimsust ainult kitsas kiirusvahemikus. See on tegelikult põhjus, miks ülekanne on vajalik. Ainult erandjuhtudel saavad nad ilma ülekandeta hakkama. Näiteks mõnes lennukikonstruktsioonis.

Kolb-sisepõlemismootoreid kasutatakse laialdaselt energiaallikatena maantee-, raudtee- ja meretranspordis, põllumajandus- ja ehitustööstuses (traktorid, buldooserid), erirajatiste avariitoitesüsteemides (haiglad, sideliinid jne) ja paljudes teistes. inimtegevuse valdkonnad. Viimastel aastatel on eriti laialt levinud gaasikolb-sisepõlemismootoritel põhinevad mini-koostootmisjaamad, mille abil lahendatakse tõhusalt väikeelamurajoonide või tööstuste energiavarustuse probleeme. Selliste soojuselektrijaamade sõltumatus alates tsentraliseeritud süsteemid(näiteks RAO UES) suurendab nende töökindlust ja stabiilsust.

Kolb-sisepõlemismootorid, mis on disainilt väga mitmekesised, suudavad pakkuda väga laia võimsusvahemikku – väga väikesest (lennukimudelite mootorid) kuni väga suurteni (okeanitankerite mootorid).

Oleme korduvalt tutvunud kolb-sisepõlemismootorite konstruktsiooni ja tööpõhimõttega, alustades koolifüüsika kursusest ja lõpetades kursusega “Tehniline termodünaamika”. Ja ometi, oma teadmiste kinnistamiseks ja süvendamiseks käsitlegem seda teemat veelkord väga lühidalt.

Joonisel fig. 6.1 näitab mootori ehituse skeemi. Nagu teada, toimub kütuse põlemine sisepõlemismootoris otse töövedelikus. Kolb-sisepõlemismootorites toimub selline põlemine töösilindris 1 liikuva kolviga 6. Põlemisel tekkivad suitsugaasid suruvad kolvi peale, sundides seda kasulikku tööd tegema. Kolvi translatsiooniline liikumine ühendusvarda 7 ja väntvõlli 9 abil muudetakse pöörlevaks liikumiseks, mida on mugavam kasutada. Väntvõll asub karteris ja mootori silindrid asuvad teises korpuse osas, mida nimetatakse silindriplokiks (või ümbriseks). 2. Silindri kaas 5 sisaldab sisselaskeava 3 ja lõpetamine 4 spetsiaalse nukkvõlli sundnukiajamiga ventiilid, mis on kinemaatiliselt ühendatud masina väntvõlliga.

Riis. 6.1.

Mootori pidevaks töötamiseks on vaja perioodiliselt eemaldada silindrist põlemisproduktid ja täita see uute kütuse ja oksüdeerija (õhu) osadega, mis on tingitud kolvi liikumisest ja ventiilide tööst. .

Kolb-sisepõlemismootoreid klassifitseeritakse tavaliselt erinevate üldiste omaduste järgi.

• 1. Segu moodustamise, süüte ja soojusvarustuse meetodi alusel jaotatakse mootorid sundsüüte ja isesüttimisega masinateks (karburaator või sissepritse ja diisel).
• 2. Vastavalt tööprotsessi korraldusele - neljataktiliseks ja kahetaktiliseks. Viimases viiakse tööprotsess läbi mitte nelja, vaid kahe kolvilöögiga. Omakorda jagunevad kahetaktilised sisepõlemismootorid otsevooluklapi-pilupuhastusega masinateks, väntkambri puhastusega, otsevoolupuhastusega ja vastuliikuvate kolbidega jne.
• 3. Eesmärgi järgi - statsionaarsele, laeva-, diiselvedurile, autole, autotraktorile jne.
• 4. Vastavalt pöörete arvule - madala kiirusega (kuni 200 pööret minutis) ja suure kiirusega.
• 5. Kolvi keskmise kiiruse põhjal d>n = ? P/ 30 - väikesele ja suurele kiirusele (th?„ > 9 m/s).
• 6. Vastavalt õhurõhule kompressiooni alguses - tavapärane ja ülelaadimine, kasutades ajamipuhureid.
• 7. Vastavalt heitgaaside soojuse kasutamisele - tavapärane (ilma seda soojust kasutamata), turboülelaaduriga ja kombineeritud. Turboülelaaduriga autodel avanevad väljalaskeklapid tavapärasest veidi varem ja põlemisgaasid suunatakse tavapärasest kõrgemal rõhul impulssturbiini, mis ajab silindreid õhku varustavat turbolaadurit. See võimaldab silindris rohkem kütust põletada, parandades nii tõhusust kui spetsifikatsioonid autod. Kombineeritud sisepõlemismootorites toimib kolviosa suures osas gaasigeneraatorina ja toodab vaid ~50-60% masina võimsusest. Ülejäänud koguvõimsus saadakse suitsugaasidel töötavast gaasiturbiinist. Selleks suitsugaasid kl kõrge vererõhk R ja temperatuur / suunatakse turbiinile, mille võll kannab hammasratta või vedelikuühenduse abil saadud võimsust paigaldise peavõllile.
• 8. Vastavalt silindrite arvule ja paigutusele on mootorid: ühe-, kahe- ja mitmesilindrilised, reas, K-kujulised, T-kujulised.

Vaatleme nüüd kaasaegse neljataktilise diiselmootori tegelikku protsessi. Seda nimetatakse neljataktiliseks, kuna siinne tsükkel viiakse läbi neljas täiskiirus kolb, kuigi, nagu me nüüd näeme, toimuvad selle aja jooksul mõnevõrra tõelisemad termodünaamilised protsessid. Need protsessid on selgelt näidatud joonisel 6.2.

Riis. 6.2.

I - imemine; II - kokkusurumine; III - töökäik; IV - välja surumine

Löögi ajal imemine(1) Imemis- (sisselaske)ventiil avaneb paar kraadi enne ülemist surnud punkti (TDC). Avamise hetk vastab punktile G peal R-^-skeem. Sel juhul toimub imemisprotsess, kui kolb liigub alumisse surnud punkti (BDC) ja toimub rõhu all. r ns vähem atmosfääriline /; a (või tõsterõhk рн). Kui kolvi liikumissuund muutub (BDC-lt TDC-le), ei sulgu ka sisselaskeklapp kohe, vaid teatud viivitusega (punktis T). Seejärel surutakse töövedelik suletud klappidega kokku (punktini Koos). IN diiselautod puhas õhk imetakse sisse ja surutakse kokku ning karburaatormootorites - õhu ja bensiiniauru töötav segu. Seda kolvikäiku nimetatakse tavaliselt käiguks kokkusurumine(II).

Paar kraadi väntvõlli pöörlemist enne, kui TDC pihusti kaudu silindrisse süstitakse. diislikütus, toimub selle isesüttimine, põlemine ja põlemisproduktide paisumine. Karburaatoriga autodes süüdatakse töösegu elektrilise sädelahenduse abil jõuga.

Kui õhk on kokku surutud ja soojusvahetus seintega on suhteliselt väike, tõuseb selle temperatuur oluliselt, ületades kütuse isesüttimistemperatuuri. Seetõttu soojeneb sissepritsitud peeneks pihustatud kütus väga kiiresti, aurustub ja süttib. Kütuse põlemise tulemusena on rõhk silindris esmalt terav ja seejärel, kui kolb alustab teekonda BDC-sse, tõuseb see kahaneva kiirusega maksimumini ja seejärel viimaste sissepritse käigus saadud kütuseportsjonitena. põletatakse, hakkab see isegi vähenema (intensiivse kasvusilindri mahu tõttu). Eeldame tinglikult, et hetkel koos" põlemisprotsess lõpeb. Sellele järgneb suitsugaaside paisumise protsess, kui nende rõhu jõul liigub kolb BDC-sse. Kolvi kolmandat käiku, mis hõlmab põlemis- ja paisumisprotsesse, nimetatakse töötav insult(III), sest ainult sel ajal teeb mootor kasulikku tööd. See töö kogutakse hooratta abil kokku ja antakse tarbijale. Osa kogunenud tööst kulub ära ülejäänud kolme tsükli jooksul.

Kui kolb läheneb BDC-le, avaneb väljalaskeklapp mõne ettepoole (punkt b) ja heitgaasid tormavad väljalasketorusse ning rõhk silindris langeb järsult peaaegu atmosfäärirõhuni. Kui kolb liigub TDC-sse, surutakse põlemisgaasid silindrist välja (IV - välja surudes). Kuna mootori väljalasketorustik on teatud hüdraulilise takistusega, jääb rõhk silindris selle protsessi ajal atmosfäärirõhust kõrgemaks. Väljalaskeklapp sulgub pärast TDC-d (punkt P), Seega tekib igas tsüklis olukord, kui korraga on avatud nii sisselaske- kui väljalaskeklapp (räägitakse klapi kattumisest). See võimaldab töösilindrit paremini puhastada põlemisproduktidest, mille tulemuseks on kütuse põlemise efektiivsuse ja täielikkuse suurenemine.

Kahetaktiliste masinate puhul on tsükkel korraldatud erinevalt (joonis 6.3). Tavaliselt on need ülelaadimisega mootorid ja selleks on neil tavaliselt ajami puhur või turboülelaadur 2 , mis pumpab mootori töötamise ajal õhku õhuvastuvõtjasse 8.

Kahetaktilise mootori töösilindril on alati puhastusaknad 9, mille kaudu siseneb vastuvõtja õhk silindrisse, kui kolb, liikudes BDC-sse, hakkab neid üha enam avama.

Esimese kolvilöögi ajal, mida tavaliselt nimetatakse jõutaktiks, põletatakse sissepritsetud kütus mootori silindris ja põlemisproduktid paisuvad. Need protsessid on indikaatorite tabel(Joonis 6.3, A) peegeldub joonega s - I - t. Punktis T väljalaskeklapid avanevad ja ülerõhu mõjul tormavad suitsugaasid väljalaskekanalisse 6, tulemusena

Riis. 6.3.

1 - imitoru; 2 - puhur (või turboülelaadur); 3 - kolb; 4 - väljalaskeklapid; 5 - otsik; 6 - väljalasketrakt; 7 - töötaja

silinder; 8 - õhu vastuvõtja; 9- puhastusaknad

Seejärel langeb rõhk silindris märgatavalt (punkt P). Kui kolb langeb piisavalt alla, et puhastusaknad hakkavad avanema, tormab vastuvõtja suruõhk silindrisse 8 , surudes ülejäänud suitsugaasid silindrist välja. Sel juhul suureneb töömaht jätkuvalt ja rõhk silindris väheneb peaaegu vastuvõtja rõhuni.

Kui kolvi liikumissuund on vastupidine, jätkub silindri puhastamise protsess seni, kuni puhastusavad jäävad vähemalt osaliselt avatuks. Punktis To(Joonis 6.3, b) kolb blokeerib täielikult puhastusaknad ja algab järgmise silindrisse siseneva õhuosa kokkusurumine. Mõni kraad enne TDC-d (punktis Koos") kütuse sissepritse algab läbi düüsi ja seejärel toimuvad eelnevalt kirjeldatud protsessid, mis viivad kütuse süttimiseni ja põlemiseni.

Joonisel fig. 6.4 näitab diagramme, mis selgitavad teist tüüpi kahetaktiliste mootorite konstruktsiooni. Üldiselt on kõigi nende masinate töötsükkel sarnane kirjeldatule ja disainifunktsioonid mõjutavad suuresti ainult kestust

Riis. 6.4.

A- silmuspilu puhumine; 6 - otsevoolu puhumine vastassuunas liikuvate kolbidega; V- väntkambri puhastamine

üksikute protsesside ja sellest tulenevalt ka mootori tehniliste ja majanduslike omaduste kohta.

Kokkuvõtteks tuleb märkida, et kahetaktilised mootorid teoreetiliselt, ceteris paribus, võimaldavad need saada kaks korda suurema võimsuse, kuid tegelikkuses on silindri halvemate puhastustingimuste ja suhteliselt suurte sisekadude tõttu see võit mõnevõrra väiksem.

Kolvirühm

Kolvirühm moodustab silindri töömahu liikuva seina. Just selle “seina” ehk kolvi liikumine on põlenud ja paisuvate gaaside töö näitaja.
Väntmehhanismi kolvirühm sisaldab kolvi, kolvirõngad(kompressioon ja õlikaabits), kolvi tihvt ja selle kinnitusdetailid. Mõnikord kolvirühm vaadeldakse koos silindriga ja neid nimetatakse silinder-kolb rühmaks.

Kolb

Nõuded kolvi konstruktsioonile

Kolb tajub gaasirõhu jõudu ja edastab selle läbi kolvitihvti ühendusvardale. Samal ajal teeb see sirgjoonelist edasi-tagasi liikumist.

Kolvi töötingimused:

• kõrge gaasirõhk ( 3,5…5,5 MPa bensiinile ja 6,0…15,0 MPa diiselmootorite jaoks);
• kokkupuude kuumade gaasidega (kuni 2600˚С);
• liikumine suuna ja kiiruse muutumisega.

Kolvi edasi-tagasi liikumine põhjustab olulisi inertsiaalseid koormusi surnud punktide piirkondades, kus kolb muudab oma liikumissuunda. Inertsiaaljõud sõltuvad kolvi liikumiskiirusest ja selle massist.

Kolb neelab märkimisväärseid jõude: rohkem 40 kN bensiinimootorites ja 20 kN- diiselmootorites. Kuumade gaasidega kokkupuutumisel kuumeneb kolvi keskosa temperatuurini 300…350 ˚С. Kolvi tugev kuumenemine on ohtlik soojuspaisumise tõttu silindrisse kinnikiilumise ja isegi kolvipõhja läbipõlemise tõttu.

Kolvi liikumisega kaasneb suurenenud hõõrdumine ja sellest tulenevalt selle pinna ja silindri (vooderdise) pinna kulumine. Kolvi liikumisel ülemisest surnud kohast alla ja tagasi muutub kolvi pinna survejõud silindri (vooderdise) pinnale nii suuruses kui ka suunas sõltuvalt silindris toimuvast käigust.

Kolb avaldab maksimaalset survet silindri seinale jõutakti ajal, hetkel, kui ühendusvarras hakkab kolvi teljelt kõrvale kalduma. Sel juhul põhjustab kolvi poolt ühendusvardale edastatav gaasisurvejõud reaktsioonijõu kolvi tihvtis, milleks antud juhul on silindriline liigend. See reaktsioon on suunatud kolvi tihvtilt piki ühendusvarda joont ja selle saab lagundada kaheks komponendiks - üks on suunatud piki kolvi telge, teine ​​(külgjõud) on sellega risti ja suunatud silindri pinna suhtes normaalselt.

Just see (külgmine) jõud põhjustab märkimisväärset hõõrdumist kolvi ja silindri (voodri) pindade vahel, mis põhjustab nende kulumist, osade täiendavat kuumenemist ja energiakadude tõttu efektiivsuse vähenemist.

Katsed vähendada hõõrdejõude kolvi ja silindri seinte vahel muudab keeruliseks asjaolu, et silindri ja kolvi vahel on vajalik minimaalne vahe, mis tagab tööõõne täieliku tihendamise, et vältida gaasi, aga ka õli läbimurret. sisenemine silindri tööruumi. Kolvi ja silindri pinna vahelise pilu suurust piirab osade soojuspaisumine. Kui see on tihendusnõuete täitmiseks liiga väike, võib kolb soojuspaisumise tõttu silindrisse kinni kiiluda.

Kolvi liikumissuuna ja silindris toimuvate protsesside (tsüklite) muutumisel muutub looduses kolvi hõõrdejõud silindri seintele - kolb surutakse vastu silindri vastasseina, samal ajal kui üleminekul. surnud punktide tsoonis põrkab kolb silindri vastu järsu suuruse ja koormuse suuna muutumise tõttu.

Mootorite väljatöötamisel peavad disainerid lahendama ülalkirjeldatud silindri-kolvi rühma osade töötingimustega seotud probleemide kompleksi:

• suured termilised koormused, mis põhjustavad väntvõlli osade metallide soojuspaisumist ja korrosiooni;
• kolossaalne rõhk ja inertsiaalsed koormused, mis võivad osi ja nende ühendusi hävitada;
• märkimisväärsed hõõrdejõud, mis põhjustavad täiendavat kuumenemist, kulumist ja energiakadu.

Sellest lähtuvalt esitatakse kolvi konstruktsioonile järgmised nõuded:

• piisav jäikus, et taluda jõukoormusi;
• soojustakistus ja minimaalne temperatuurideformatsioon;
• minimaalne mass inertsiaalkoormuse vähendamiseks, samas kui mitmesilindriliste mootorite kolbide mass peaks olema sama;
• silindri tööõõnsuse kõrge tiheduse tagamine;
• minimaalne hõõrdumine silindri seintel;
• kõrge vastupidavus, kuna kolbide vahetamine nõuab töömahukat remonditööd.

Kolvi disainifunktsioonid

Kaasaegsete automootorite kolvid on keerulise ruumilise kujuga, mille määravad erinevad tegurid ja tingimused, milles see oluline osa töötab. Paljud kolvi kuju elemendid ja tunnused ei ole palja silmaga märgatavad, kuna kõrvalekalded silindrilisusest ja sümmeetriast on minimaalsed, kuid need on olemas.
Vaatame lähemalt, kuidas sisepõlemismootori kolb töötab ja milliste nippideni peavad disainerid ette võtma, et ülaltoodud nõuded oleksid täidetud.

Sisepõlemismootori kolb koosneb ülemisest osast - peast ja alumisest osast - seelikust.

Kolvipea ülemine osa - põhi - tajub otseselt töögaasidest tulenevaid jõude. Bensiinimootorites tehakse kolvikroon tavaliselt tasaseks. Diiselmootorite kolvipead sisaldavad sageli põlemiskambrit.

Kolvipõhi on massiivne ketas, mis on ribide või tugipostide abil ühendatud eostega, millel on avad kolvitihvti jaoks. Kolvi sisepind on tehtud kaare kujul, mis tagab vajaliku jäikuse ja soojuse hajumise.

Kolvi külgpinnale lõigatakse sooned kolvirõngaste jaoks. Kolvirõngaste arv sõltub gaasirõhust ja kolvi keskmisest pöörete arvust (st mootori pöörete arvust) – mida väiksem on kolvi keskmine pöörlemiskiirus, seda rohkem rõngaid on vaja.
Kaasaegsetes mootorites koos väntvõlli kiiruse suurenemisega on kalduvus vähendada kolbide surverõngaste arvu. Selle põhjuseks on vajadus vähendada kolvi massi, et vähendada inertsiaalseid koormusi, samuti hõõrdejõude, mis võtavad olulise osa mootori võimsusest. Samas peetakse gaasi läbimurdmise võimalust suure kiirusega mootori karterisse vähem pakilisemaks probleemiks. Seetõttu võib tänapäevaste sõiduautode ja võidusõiduautode mootoritest leida kujundusi, mille kolvil on üks surverõngas ja kolbidel endil on lühendatud seelik.

Lisaks surverõngastele paigaldatakse kolvile üks või kaks õlikaabitsat rõngast. Õlikaabitsate rõngaste kolvi tehtud soontes on äravooluavad mootoriõli tühjendamiseks kolvi sisemisse õõnsusse, kui rõngas selle silindri (vooderdise) pinnalt eemaldab. Seda õli kasutatakse tavaliselt kolvi krooni ja äärise sisemuse jahutamiseks ning seejärel voolab see õlivanni.

Kolvi krooni kuju sõltub mootori tüübist, segu moodustamise meetodist ja põlemiskambri kujust. Kõige tavalisem lame põhi, kuigi leidub ka kumerat ja nõgusat. Mõnel juhul tehakse kolvi põhja süvendid klapiketaste jaoks, kui kolb asub ülemises surnud punktis (TDC). Nagu eespool mainitud, sisaldavad diiselmootorite kolvipead sageli põlemiskambreid, mille kuju võib varieeruda.

Kolvi alumine osa - seelik - juhib kolvi lineaarsel liikumisel, samal ajal edastab see silindri seinale külgsuunalise jõu, mille suurus sõltub kolvi asendist ja kolvi tööõõnes toimuvatest protsessidest. silinder. Kolvi äärise poolt edastatava külgjõu suurus on oluliselt väiksem põhja poolt gaasipoolselt tajutavast maksimaalsest jõust, seega on seelik tehtud suhteliselt õhukese seinaga.

Teine paigaldatakse sageli diiselmootoritel seeliku alumisse ossa. õli kaabitsa rõngas, mis parandab silindri määrimist ja vähendab tõenäosust, et õli satub silindri tööõõnsusse. Kolvi massi ja hõõrdejõudude vähendamiseks lõigatakse seeliku koormamata osad läbimõõduga maha ja lühendatakse kõrgust. Tavaliselt tehakse seeliku sisse tehnoloogilised ülemused, mille abil reguleeritakse kolvid vastavalt massile.

Kolbide konstruktsioon ja mõõtmed sõltuvad peamiselt mootori pöörlemiskiirusest, samuti gaasirõhu tõusu suurusest ja kiirusest. Niisiis, kiired kolvid bensiinimootorid on tehtud võimalikult kergeks ning diiselkolvid on massiivsema ja jäigema konstruktsiooniga.

Hetkel, mil kolb läbib TDC-d, muutub külgjõu, mis on kolvile mõjuva gaasi survejõu üks komponente, toimesuund. Selle tulemusena liigub kolb ühest silindri seinast teise - kolvi ümberpaigutamine. See põhjustab kolvi löögi silindri seinale, millega kaasneb iseloomulik koputusheli. Selle kahjuliku nähtuse vähendamiseks nihutatakse kolvi tihvtid 2…3 mm maksimaalse külgjõu suunas; sel juhul väheneb oluliselt kolvi külgsuunaline survejõud silindrile. Sellist kolvitihvti nihkumist nimetatakse desakseerimiseks.
Desakseerimiskolvi kasutamine konstruktsioonis eeldab väntvõlli ajami paigaldusreeglite järgimist - kolb tuleb paigaldada rangelt esiosa asukohta tähistavate märkide järgi (tavaliselt nool põhjas).

Volkswageni mootorikonstruktorid kasutasid originaalset lahendust, mis oli mõeldud külgjõudude mõju vähendamiseks. Selliste mootorite kolvipõhi ei ole tehtud silindri telje suhtes täisnurga all, vaid on veidi kaldu. Projekteerijate sõnul võimaldab see optimaalselt jaotada kolvi koormust ja parandada segu moodustumise protsessi silindris sisselaske- ja survetaktidel.

Tööõõne tiheduse vastuoluliste nõuete täitmiseks, mis nõuavad minimaalsete vahekauguste olemasolu kolvi äärise ja silindri vahel, ning vältimaks detaili kinnikiilumist soojuspaisumise tagajärjel, kasutatakse järgmisi konstruktsioonielemente kolvi kujul:

• seeliku jäikuse vähendamine spetsiaalsete pilude tõttu, mis kompenseerivad selle soojuspaisumist ja parandavad kolvi alumise osa jahutamist. Pilud on tehtud äärise sellele küljele, mis on kõige vähem koormatud külgjõududega, mis suruvad kolvi silindri külge;
• seeliku soojuspaisumise sunnitud piiramine sisetükkidega, mis on valmistatud materjalidest, mille soojuspaisumistegur on madalam kui mitteväärismetallil;
• andes kolviäärisele sellise kuju, et koormatuna ja töötemperatuuril võtab see tavalise silindri kuju.

Viimast tingimust ei ole lihtne täita, kuna kolb kuumeneb kogu mahu ulatuses ebaühtlaselt ja sellel on keeruline ruumiline kuju - ülemises osas on selle kuju sümmeetriline, kuid ülaosas ja alumises osas on see sümmeetriline. seelik on asümmeetrilised elemendid. Kõik see põhjustab kolvi üksikute sektsioonide ebavõrdset temperatuurideformatsiooni, kui seda töötamise ajal kuumutatakse.
Nendel põhjustel sisaldab tänapäevaste automootorite kolvikonstruktsioon tavaliselt järgmisi elemente, mis muudavad selle kuju keeruliseks:

• kolvipõhi on seelikuga võrreldes väiksema läbimõõduga ja ristlõikelt kõige lähemal tavalisele ringile.
  Kolvi krooni väiksem ristlõike läbimõõt on seotud selle kõrge töötemperatuuriga ja sellest tulenevalt suurema soojuspaisumisega kui seeliku piirkonnas. Seetõttu kolb kaasaegne mootor pikilõikes on see veidi kooniline või tünnikujuline, põhja poole kitsenenud.
  Alumiiniumisulamist kolbide koonilise äärise ülemise tsooni läbimõõdu vähendamine on 0,0003…0,0005D, Kus D- silindri läbimõõt. Töötemperatuurini kuumutamisel ühtlustub kolvi kuju kogu pikkuses õige silindrini.
• ülemuste piirkonnas on kolvil väiksemad põikimõõtmed, kuna siin on koondunud metallimassid ja soojuspaisumine on suurem. Seetõttu on põhja all olev kolb ovaalse või elliptilise ristlõikega, mis detaili töötemperatuurini kuumutamisel läheneb korrapärase ringi kujule ja kolb oma kujuga tavalisele silindrile.
  Ovaali põhitelg asub tasapinnal, mis on risti kolvitihvti teljega. Ovaalsuse väärtus on vahemikus 0,182 enne 0,8 mm.

Ilmselgelt peavad disainerid kasutama kõiki neid trikke, et anda kolvile töötemperatuurini kuumutamisel õige silindriline kuju, tagades seeläbi minimaalse vahe selle ja silindri vahel.

Enamik tõhus viis Et vältida kolvi kinnikiilumist silindrisse selle soojuspaisumise tõttu minimaalse vahega, on vajalik äärise sundjahutus ja madala soojuspaisumisteguriga metallelementide sisestamine kolvi äärisesse. Kõige sagedamini kasutatakse madala süsinikusisaldusega terasest sisestusi põikiplaatide kujul, mis asetatakse kolvi valamisel ülaosa piirkonda. Mõnel juhul kasutatakse plaatide asemel rõngaid või poolrõngaid, mis valatakse kolviserva ülemisse tsooni.

Alumiiniumkolbide põhja temperatuur ei tohiks ületada 320…350 ˚С. Seetõttu tehakse soojuse eemaldamise suurendamiseks üleminek kolvi põhjast seintele sujuvaks (kaare kujul) ja üsna massiivseks. Tõhusamaks soojuse eemaldamiseks kolvipõhjast kasutatakse sundjahutust kolvipõhja sisepinnale pritsimisega. mootoriõli spetsiaalsest otsikust. Tavaliselt täidab sellise otsiku funktsiooni spetsiaalne kalibreeritud auk, mis on tehtud ühendusvarda ülemisse peasse. Mõnikord paigaldatakse pihusti mootori korpusele silindri põhjas.

Ülemise surverõnga normaalsete termiliste tingimuste tagamiseks asub see põhja servast oluliselt allpool, moodustades nn kuuma- või tuletõkkevöö. Kolvirõngaste soone enim kulunud otsad on sageli tugevdatud spetsiaalsete kulumiskindlast materjalist sisetükkidega.

Kolbide valmistamise materjalina kasutatakse laialdaselt alumiiniumisulameid, mille peamiseks eeliseks on nende väike kaal ja hea soojusjuhtivus. Alumiiniumisulamite puudusteks on madal väsimustugevus, kõrge soojuspaisumistegur, ebapiisav kulumiskindlus ja suhteliselt kõrge hind.

Sulamid sisaldavad lisaks alumiiniumile räni ( 11…25% ) ning naatriumi, lämmastiku, fosfori, nikli, kroomi, magneesiumi ja vase lisandid. Valatud või stantsitud toorikud allutatakse mehaanilisele ja kuumtöötlemisele.

Malmi kasutatakse kolbide materjalina palju harvemini, kuna see metall on palju odavam ja tugevam kui alumiinium. Kuid vaatamata suurele tugevusele ja kulumiskindlusele on malmil suhteliselt suur mass, mis põhjustab märkimisväärsete inertsiaalsete koormuste ilmnemist, eriti kui kolvi liikumise suund muutub. Seetõttu ei kasutata malmi kiirete mootorite kolbide valmistamiseks.

Peamised sisepõlemismootorite tüübid ja aurumootorid neil on üks ühine puudus. See seisneb selles, et edasi-tagasi liikumine nõuab ümberkujundamist pöörlevaks liikumiseks. See omakorda põhjustab erinevat tüüpi mootorites sisalduvate mehhanismide osade madalat jõudlust ja üsna suurt kulumist.

Päris paljud on mõelnud sellise mootori loomisele, milles liikuvad elemendid ainult pöörlevad. Kuid ainult ühel inimesel õnnestus see probleem lahendada. Rotor-kolbmootori leiutajaks sai iseõppinud mehaanik Felix Wankel. Elu jooksul ei saanud see mees mingit eriala ega kõrgharidust. Vaatame lähemalt Wankeli pöörleva kolbmootorit.

Leiutaja lühike elulugu

Felix G. Wankel sündis 1902. aastal 13. augustil Lahri alevikus (Saksamaa). Esimese maailmasõja ajal suri tulevase leiutaja isa. Selle tõttu pidi Wankel gümnaasiumis õppimise pooleli jätma ja asuma tööle kirjastuse raamatumüügipoes müügiassistendina. Tänu sellele tekkis tal lugemissõltuvus. Felix õppis iseseisvalt mootorite tehnilisi andmeid, autotehnikat ja mehaanikat. Teadmisi sai ta raamatutest, mida poes müüdi. Arvatakse, et hiljem rakendatud Wankeli mootoriahel (täpsemalt selle loomise idee) tuli mulle unes. Pole teada, kas see vastab tõele või mitte, kuid võime kindlalt öelda, et leiutajal olid erakordsed võimed, kirg mehaanika vastu ja ainulaadne.

Eelised ja miinused

Pöörleva mootori puhul puudub edasi-tagasi liikumine täielikult. Rõhk tekib nendes kambrites, mis luuakse kolmnurkse rootori kumerate pindade ja korpuse erinevate osade abil. Rootor teeb pöördliigutusi põlemise abil. See võib vähendada vibratsiooni ja suurendada pöörlemiskiirust. Tänu sellest tulenevale suurenenud efektiivsusele on pöörlev mootor palju väiksem kui tavaline samaväärse võimsusega kolbmootor.

Rootormootoril on kõigi komponentide hulgas üks põhikomponent. Seda olulist komponenti nimetatakse kolmnurkseks rootoriks, mis pöörleb staatori sees. Kõik kolm rootori tippu on tänu sellele pöörlemisele pidevas ühenduses korpuse siseseinaga. Selle kontakti abil moodustuvad põlemiskambrid ehk kolm suletud tüüpi gaasiga mahtu. Kui rootor korpuse sees pöörleb, muutub kõigi kolme moodustunud põlemiskambri maht kogu aeg, meenutades tavapärase pumba tegevust. Rootori kõik kolm külgpinda toimivad nagu kolb.

Rootori sees on väike väliste hammastega hammasratas, mis on korpuse külge kinnitatud. Suurema läbimõõduga hammasratas on ühendatud selle fikseeritud käiguga, mis määrab korpuse sees oleva rootori pöörlemisliikumise trajektoori. Suurema hammasratta hambad on sisemised.

Tänu sellele, et rootor on ekstsentriliselt ühendatud väljundvõlliga, toimub võlli pöörlemine samamoodi nagu käepide pööraks väntvõlli. Väljundvõll pöörleb kolm korda iga rootori pöörde kohta.

Rootormootori eeliseks on väike kaal. Kõige elementaarsem pöörlevatest mootoriplokkidest on väikese suuruse ja kaaluga. Samal ajal on sellise mootori juhitavus ja jõudlus parem. Sellel on väiksem kaal tänu sellele, et väntvõlli, kepsu ja kolbe pole lihtsalt vaja.

Rootormootori mõõtmed on palju väiksemad tavaline mootor sobiv võimsus. Tänu väiksemale mootori suurusele on juhitavus palju parem ja auto ise muutub ruumikamaks nii reisijatele kui juhile.

Kõik pöörleva mootori osad teevad pidevaid pöörlemisliigutusi samas suunas. Nende liikumise muutmine toimub samamoodi nagu traditsioonilise mootori kolbides. Pöördmootorid on sisemiselt tasakaalustatud. See toob kaasa vibratsioonitaseme languse. Rootormootori võimsus tundub palju sujuvam ja ühtlasem.

Wankeli mootoril on spetsiaalne kolme servaga kumer rootor, mida võib nimetada selle südameks. See rootor teostab pöörlevaid liigutusi staatori silindrilise pinna sees. Mazda pöörlev mootor on maailma esimene pöörlev mootor, mis töötati välja spetsiaalselt masstootmiseks. See areng algas juba 1963. aastal.

Mis on RPD?

Klassikalises neljataktilises mootoris kasutatakse sama silindrit erinevateks toiminguteks – sissepritse, kompressioon, põlemine ja heitgaas. Rootormootoris viiakse iga protsess läbi eraldi kambrikambris. Mõju ei erine silindri jagamisest iga toimingu jaoks neljaks kambriks.
Kolbmootoris sunnib segu põlemisel tekkiv rõhk kolvid silindrites edasi-tagasi liikuma. Ühendusvardad ja väntvõll muudavad selle tõukeliikumise sõiduki edasiliikumiseks vajalikuks pöörlevaks liikumiseks.
IN pöörlev mootor Pole olemas lineaarset liikumist, mida tuleks muuta pöörlevaks liikumiseks. Ühes kambrisektsioonis tekib rõhk, mis paneb rootori pöörlema, mis vähendab vibratsiooni ja suurendab mootori potentsiaalset pöörlemiskiirust. Tulemuseks on suurem kasutegur ja väiksemad mõõtmed sama võimsusega kui tavalisel kolbmootoril.

Kuidas RPD töötab?

Kolvi funktsiooni RPD-s täidab kolme tipuga rootor, mis muundab gaasi survejõu ekstsentrilise võlli pöörlevaks liikumiseks. Rootori liikumine staatori (väliskorpuse) suhtes on tagatud hammasrataste paariga, millest üks on jäigalt kinnitatud rootori külge ja teine ​​staatori külgkatte külge. Käigukast ise on mootorikorpuse külge kinnitatud. Rootori hammasratas on sellega võrgus ja hammasratas näib selle ümber veerevat.
Võll pöörleb korpusel asuvates laagrites ja sellel on silindriline ekstsentrik, millel rootor pöörleb. Nende hammasrataste koostoime tagab rootori sobiva liikumise korpuse suhtes, mille tulemusena moodustub kolm eraldiseisvat muutuva mahuga kambrit. Käiguarv Käigud on 2:3, seetõttu pöördub rootor ühe ekstsentrivõlli pöörde jaoks 120 kraadi ja rootori täispöörde korral toimub igas kambris täielik neljataktiline tsükkel.

Gaasivahetust reguleerib rootori tipp, kui see läbib sisse- ja väljalaskeava. See disain võimaldab 4-taktilist tsüklit ilma spetsiaalset gaasijaotusmehhanismi kasutamata.

Kambrite tihendus tagatakse radiaalsete ja otste tihendusplaatidega, mis on surutud vastu silindrit tsentrifugaaljõud, gaasisurve ja lintvedrud. Pöördemoment saadakse gaasijõudude mõjul läbi rootori ekstsentrivõllile Segu moodustumine, põletik, määrimine, jahutamine, käivitamine - põhimõtteliselt sama, mis tavalisel kolb-sisepõlemismootoril

Segamise moodustumine

Teoreetiliselt kasutatakse RPD-s mitut tüüpi segude moodustumist: välist ja sisemist, mis põhineb vedelatel, tahkel ja gaaskütustel.
Tahkekütuste puhul väärib märkimist, et need gaasistatakse algselt gaasigeneraatorites, kuna need suurendavad tuha moodustumist silindrites. Seetõttu on gaas- ja vedelkütused praktikas laiemalt levinud.
Segu moodustumise mehhanism Wankeli mootorites sõltub kasutatava kütuse tüübist.
Gaaskütuse kasutamisel segatakse see mootori sisselaskeava juures olevas spetsiaalses sektsioonis õhuga. Põlev segu siseneb silindritesse valmis kujul.

Segu valmistatakse vedelkütusest järgmiselt:

1. Õhk segatakse vedelkütusega enne silindritesse sisenemist, kuhu siseneb põlev segu.
2. Vedelkütus ja õhk sisenevad mootori silindritesse eraldi ning need segunevad silindri sees. Töösegu saadakse nende kokkupuutel jääkgaasidega.

Vastavalt sellele saab kütuse-õhu segu valmistada väljaspool silindreid või nende sees. See viib mootorite eraldamiseni sisemise või välise segu moodustumisega.

Pöörleva kolbmootori tehnilised omadused

toodetakse mudeleid

Pöördkolvi konstruktsiooni efektiivsus

Vaatamata mitmetele puudustele on uuringud näidanud, et Wankeli mootori üldine kasutegur on tänapäevaste standardite järgi üsna kõrge. Selle väärtus on 40–45%. Võrdluseks, kolb-sisepõlemismootorite kasutegur on 25% ja tänapäevaste turbodiislite oma umbes 40%. Kolb-diiselmootorite kõrgeim kasutegur on 50%. Teadlased jätkavad tänapäevani tööd mootori efektiivsuse tõstmiseks vajalike reservide leidmiseks.

Mootori lõplik efektiivsus koosneb kolmest põhiosast:

Selle valdkonna uuringud näitavad, et ainult 75% kütusest põleb täielikult ära. On arvamus, et see probleem lahendatakse gaaside põlemis- ja paisumisprotsesside eraldamisega. On vaja ette näha spetsiaalsete kambrite paigutus optimaalsetes tingimustes. Põlemine peab toimuma suletud mahus, temperatuuri ja rõhu tõustes, paisumine peab toimuma madalatel temperatuuridel.

1. Mehaaniline efektiivsus (iseloomustab tööd, mille tulemusena kujunes tarbijale üle kantud peatelje pöördemoment).

Umbes 10% mootori tööst kulub abikomponentide ja -mehhanismide juhtimisele. Seda defekti saab parandada mootori konstruktsioonis muudatuste tegemisega: kui peamine liikuv tööelement ei puuduta statsionaarset korpust. Konstantne pöördemomendi õlg peab olema kogu põhitööelemendi teekonnal.

1. Soojusefektiivsus (näitaja, mis kajastab kütuse põletamisel tekkiva soojusenergia hulka, mis on muudetud kasulikuks tööks).

Praktikas väljub 65% tekkivast soojusenergiast koos heitgaasidega väliskeskkonda. Mitmed uuringud on näidanud, et on võimalik saavutada soojusliku kasuteguri kasv juhul, kui mootori konstruktsioon võimaldab kütuse põletamist soojusisolatsiooniga kambris, nii et maksimaalne temperatuur saavutatakse algusest peale ja lõpus. temperatuur langeb kuni minimaalsed väärtused aurufaasi sisselülitamisega.

Wankeli pöörlev kolbmootor