Mikä on fysiikan tehokkuuden määritelmä? Sovellus fysiikan eri aloille

        sisältö:

Jokaisella järjestelmällä tai laitteella on erityinen suorituskerroin (COP). Tämä indikaattori kuvaa niiden työn tehokkuutta minkä tahansa tyyppisen energian palauttamisessa tai muuntamisessa. Arvonsa suhteen tehokkuus on mittaamaton määrä, joka esitetään numeerisena arvona alueella 0 - 1 tai prosenttina. Tämä ominaisuus koskee täysin kaikkia tyyppisiä sähkömoottoreita.

Sähkömoottorien hyötysuhdeominaisuudet

Sähkömoottorit kuuluvat laitteiden luokkaan, jotka muuntavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Näiden laitteiden tehokkuus määrää niiden tehokkuuden päätoiminnon suorittamisessa.

Kuinka löytää moottorin tehokkuus? Sähkömoottorin tehokkuuden kaava näyttää tältä: ƞ \u003d P2 / P1.   Tässä kaavassa P1 on syötetty sähköteho ja P2 on moottorin tuottama mekaaninen nettovoima. Sähkötehon (P) arvo määritetään kaavalla P \u003d UI ja mekaanisella - P \u003d A / t työn ja yksikön ajan suhteena.

Tehokkuus on otettava huomioon valittaessa sähkömoottoria. Suuri merkitys on reaktiivisiin virtoihin, vähentyneeseen tehoon, moottorin lämmitykseen ja muihin negatiivisiin tekijöihin liittyvät hyötysuhdehäviöt.

Sähköenergian muuttumiseen mekaaniseksi energiaksi liittyy asteittainen tehon menetyksestä. Tehokkuuden menetys liittyy useimmiten lämmön vapautumiseen, kun sähkömoottoria lämmitetään käytön aikana. Tappioiden syyt voivat olla magneettisia, sähköisiä ja mekaanisia, ja ne johtuvat kitkan vaikutuksesta. Siksi tilanne sopii parhaiten, kun sähköenergiaa kului 1000 ruplaa ja hyödyllistä työtä tehtiin vain 700-800 ruplasta. Siten hyötysuhde on tässä tapauksessa 70-80% ja koko ero muuttuu lämpöenergiaksi, joka lämmittää moottorin.

Sähkömoottorien jäähdyttämiseksi käytetään puhaltimia, jotka johtavat ilmaa erityisten aukkojen läpi. Vakiintuneiden standardien mukaisesti A-luokan moottorit voivat kuumentua jopa 85-90 0 C: seen, B-luokka - jopa 110 0 C: seen. Jos moottorin lämpötila ylittää vahvistetut standardit, tämä osoittaa mahdollisen pian.

Kuormituksesta riippuen sähkömoottorin tehokkuus voi muuttaa arvoa:

• Joutokäynnillä - 0;
• 25%: n kuormalla - 0,83;
• 50%: n kuormalla - 0,87;
• 75%: n kuormalla - 0,88;
• 100% täydellä kuormituksella hyötysuhde on 0,87.

Yksi syy sähkömoottorin tehokkuuden vähentämiseen voi olla virtojen epäsymmetria, kun jokaiselle kolmesta vaiheesta ilmenee erilainen jännite. Esimerkiksi, jos ensimmäisessä vaiheessa on 410 V, toisessa - 402 V, kolmannessa - 288 V, niin keskimääräinen jännitearvo on (410 + 402 + 388) / 3 \u003d 400 V. Jännitteen epäsymmetrialla on arvo: 410 - 388 \u003d 22 volttia. Siksi tehokkuuden menetys tästä syystä on 22/400 x 100 \u003d 5%.

Tehokkuuden lasku ja yleiset häviöt sähkömoottorissa

On monia negatiivisia tekijöitä, joiden vaikutuksesta sähkömoottoreiden kokonaishäviöiden määrä muodostuu. Niiden määrittämiseksi etukäteen on olemassa erityisiä tekniikoita. Voit esimerkiksi määrittää raon, jonka kautta virtaa syötetään osittain verkosta staattoriin ja sitten roottoriin.

Itse käynnistimessä esiintyvät tehohäviöt koostuvat useista komponenteista. Ensinnäkin, nämä ovat staattorin ytimen yhteydessä tapahtuvaa häviämistä ja osittaista magnetointikiertoa. Teräsosilla on vähäinen vaikutus, ja niitä ei käytännössä oteta huomioon. Tämä johtuu staattorin pyörimisnopeudesta, joka ylittää merkittävästi magneettisen vuonopeuden. Tässä tapauksessa roottorin on pyöritettävä tiukasti ilmoitettujen teknisten ominaisuuksien mukaisesti.

Roottorin akselin mekaanisen tehon arvo on pienempi kuin sähkömagneettinen teho. Ero on käämitykseen liittyvien häviöiden lukumäärä. Mekaanisiin häviöihin sisältyy laakereiden ja harjojen kitka sekä ilmaesteen vaikutus pyöriviin osiin.

Asynkronisille moottoreille on tunnusomaista, että staattorissa ja roottorissa esiintyvien hampaiden takia on olemassa lisähäviöitä. Lisäksi moottorin joissakin osissa pyörre näyttää ulkonäöltään. Kaikki nämä tekijät yhdessä vähentävät hyötysuhdetta noin 0,5% yksikön nimellistehosta.

Mahdollisten häviöiden laskemisessa käytetään myös moottorin hyötysuhteen kaavaa, joka mahdollistaa tämän parametrin laskun laskemisen. Ensinnäkin otetaan huomioon kokonaistehohäviöt, jotka liittyvät suoraan moottorin kuormaan. Kuormituksen kasvaessa häviöt kasvavat suhteellisesti ja tehokkuus vähenee.

Induktorimoottorien suunnittelussa kaikki mahdolliset häviöt otetaan huomioon maksimikuormien ollessa kyseessä. Siksi näiden laitteiden hyötysuhdealue on melko laaja ja vaihtelee välillä 80 - 90%. Suuritehoisissa moottoreissa tämä luku voi olla jopa 90-96%.

Mikään suoritetuista toimista ei tapahdu menettämättä - ne ovat aina olemassa. Saatu tulos on aina pienempi kuin ponnistelut, jotka on panostettava sen saavuttamiseen. Tietoja kuinka suuri menetys työn suorittamisessa, ja ilmaisee suoritustekijän (COP).

Mitä tämän lyhenteen takana on piilossa? Itse asiassa se on mekanismin tehokkuuskerroin tai energian järkevän käytön indikaattori. Tehokkuuden arvossa ei ole yksikköä, se ilmaistaan \u200b\u200bprosenttina. Tämä kerroin määritetään suhteessa laitteen hyödylliseen työhön käytetyksi sen toiminnalle. Tehokkuuden laskemiseksi laskentakaava näyttää tältä:

TEHOKKUUS \u003d 100 * (suoritettu hyödyllinen työ / suoritettu työ)

Eri laitteet käyttävät erilaisia \u200b\u200barvoja tämän suhteen laskemiseen. Sähkömoottoreiden tehokkuus näyttää suoritetun hyödyllisen työn ja verkon vastaanottaman sähköenergian suhteelta. Sillä määritetään suoritetun hyödyllisen työn suhteessa käytetyn lämmön määrään.

Tehokkuuden määrittämiseksi on välttämätöntä, että kaikki ovat erilaisia \u200b\u200bja työ tulisi ilmaista samoissa yksiköissä. Sitten on mahdollista verrata mitä tahansa esineitä, esimerkiksi sähkövoimageneraattoreita ja biologisia esineitä, tehokkuuden kannalta.

Kuten jo todettiin, mekanismien toiminnan aikana väistämättömien häviöiden takia hyötysuhde on aina alle 1. Siten lämpöasemien hyötysuhde saavuttaa 90%, polttomoottoreilla hyötysuhde on alle 30%, sähkömuuntajan hyötysuhde on 98%. Tehokkuuden käsitettä voidaan soveltaa sekä mekanismiin kokonaisuutena että sen yksittäisiin solmuihin. Koko mekanismin tehokkuuden (sen tehokkuuden) yleisessä arvioinnissa otetaan huomioon tämän laitteen yksittäisten komponenttien tehokkuuden tulos.

Polttoaineen tehokkaan käytön ongelma ei ilmennyt tänään. Energialähteiden kustannusten jatkuvan nousun myötä mekanismien tehokkuuden lisääminen on muuttumassa puhtaasti teoreettisesta käytännölliseksi. Jos tavanomaisen auton hyötysuhde ei ylitä 30%, heitämme vain 70% auton tankkaamiseen käytetyistä varoistamme.

Polttomoottorin (polttomoottorin) tehokkuuden tarkastelu osoittaa, että häviöitä esiintyy kaikissa sen toiminnan vaiheissa. Joten vain 75% tulevasta polttoaineesta palaa moottorin sylintereissä ja 25% vapautuu ilmakehään. Kaikista palaneista polttoaineista vain 30–35% vapautuneesta lämmöstä käytetään hyödylliseen työhön, loput joko häviää pakokaasujen mukana tai jäävät auton jäähdytysjärjestelmään. Vastaanotetusta tehosta noin 80% käytetään hyödylliseen työhön, loput voimasta käytetään kitkan voittamiseen ja sitä käytetään auton apumekanismeissa.

Jopa niin yksinkertaisella esimerkillä, mekanismin tehokkuuden analysointi antaa sinun määrittää suunnan, johon työ tulisi tehdä häviöiden vähentämiseksi. Joten yksi painopistealueista on polttoaineen täydellisen palamisen varmistaminen. Tämä saavutetaan lisäämällä polttoainetta ja lisäämällä painetta, minkä vuoksi suoraruiskutuksella ja turboahtimella varustetuista moottoreista on tullut niin suosittuja. Moottorista poistettua lämpöä käytetään polttoaineen lämmittämiseen sen höyrystämiseksi paremmin, ja mekaanisia häviöitä vähennetään nykyaikaisten laatujen avulla

Täällä olemme pohtineet sellaista käsitettä kuvattuina, mikä se on ja mihin se vaikuttaa. Sen toiminnan tehokkuutta tarkastellaan polttomoottorin esimerkissä ja määritetään ohjeet ja tapoja lisätä tämän laitteen ominaisuuksia ja siten tehokkuutta.

Tehokkuus (suorituskerroin) on moottorissa käytetyn polttoaineenergian käytön tehokkuusaste, mitä korkeampi se on, sitä enemmän polttoaineen palamisessa syntyvää lämpöenergiaa muutetaan moottorissa pääakselin mekaaniseksi pyörimisenergiaksi. Moottori kuluttaa vähemmän polttoainetta tehoyksikköä kohti.

ARTIKLA N: o 1

  MOOTTORIN TEHOKKUUS - GLOBAALI-IDEIDEN virittäminen,
  Onko moottorien parantamisella näkymiä?

Nykyaikaiset polttomoottorit vuosikymmeniä sitten - ilmansylintereihin tulevien suoran ruiskutus- ja turboahdinjärjestelmien tullessa ne ovat saavuttaneet nykyiset tehokkuus- ja polttoainetehokkuusarvot. Siksi nykyään globaalit yritykset - autojen ja muiden laitteiden valmistajat käyttävät valtavia rahaa ja monien vuosien pyrkimyksiä lisätä tehokkuutta vain 2 - 3% johtuen korkeista kustannuksista ja moottorien suunnittelun huomattavasta monimutkaisuudesta. Ponnistelut ja kustannukset ovat täysin verrattomia tulokseen. Tämän kaiken tulos - kuten kuuluisassa sananlaskussa - "vuori synnytti hiiren".
  Muuten, siksi kaikissa suurimmissa maissa on olemassa koko moottorin viritysala, ts. valtava määrä pieniä yrityksiä, puolikäsityöpajoja ja yksittäisiä asiantuntijoita, joiden tarkoituksena on jollain tavoin nostaa koneiden massamerkkien standardimoottorit suurempaan tehoon, korkeaan vääntömomenttiin jne. alista moottori hienosäätöön, hienostumiseen, pakottamiseen jne. temppuja, jotka on yleisesti määritelty moottorin viritykseksi.

Mutta kaikki nämä moottorien toiminnot ja tekniset toimenpiteet ovat luonteeltaan hyvin tavanomaisia \u200b\u200bja kaikki nämä viritykset - ideat ovat jo ainakin puoli sataa vuotta vanhoja. Muistutan, että moottoriin tulevan ilman turboahtiminen toteutettiin menestyksekkäästi jo viime vuosisadan 20-luvulla, ja sveitsiläinen insinööri Alfred Büchi sai jo vuonna 1905 Yhdysvalloissa ensimmäisen patentin tällaiselle laitteelle. Ja sylintereiden suorat polttoaineen ruiskutusjärjestelmät käytettiin laajasti mäntämoottoreissa. sotilasilmailu jo toisen maailmansodan alkukaudella. eli kaikki nykyaikaiset "edistykselliset" tekniset järjestelmät, joissa on kamppailu moottorien tehokkuuden ja polttoainetehokkuuden parantamiseksi, ovat olleet alle sata vuotta tai jopa enemmän. Kaikilla näillä temppuilla parhaimpien bensiinimoottorien (kipinäsytytteisellä) kokonaistehokkuus ei ylitä 25–30%, ja parhaimpien dieselmoottorien hyötysuhde niiden taloudellisimmissa suurten versioiden (joissa on monia monimutkaisia \u200b\u200blisälaitteita) ei voi ylittää 40: tä monien vuosikymmenien ajan. -45%. Pienillä dieseleillä hyötysuhde on 10 prosenttia alhaisempi.

Tässä artikkelissa yritämme lyhyesti ja yleisesti hahmotella tärkeimmät tehtävät ja määritellä teoreettiset mahdollisuudet luoda polttomoottori, jonka luotettavuus on yli 50%.

* * * Joten - moottorin hyötysuhde, teknisen yliopiston oppikirjojen perusteella, koostuu kahdesta arvosta:   termodynaaminen hyötysuhde ja mekaaninen hyötysuhde .

Ensimmäinen arvo osoittaa, mikä osa moottorissa tuotetusta lämmöstä muuttuu hyödylliseksi työksi ja mikä osa menee turhaan ympäröivään tilaan. Mekaaninen hyötysuhde osoittaa myös, mikä osa moottorin aktiivisesta työstä on hyödytöntä kuluttaa useiden mekaanisten vastuskykyjen voittamiseen ja lisävarusteiden ajamiseen itse moottoriin.

Mutta jostain syystä kaikissa oppikirjoissa polttoainetehokkuuden käsitettä ei ole sisällytetty yleisen tehokkuuden käsitteeseen. Toisin sanoen arvo, joka näyttää kuinka paljon polttoainetta polttaa hyödyllistä ja lopulta muuttuu lämmöksi ja työkaasujen tilavuudeksi ja kuinka paljon polttoainetta ei pala ja menee pakokaasuun polttoainehöyryjen tai sen epätäydellisen palamisen tuotteiden muodossa. Tämä polttoaineen palamaton osa poltetaan polttoaineen nykyaikaisissa "korkean suorituskyvyn" autoissa katalysaattoreissa. eli pakokaasu näiden järjestelmien käytön kautta on riittävän puhdasta, mutta tämä järjestelmä ei lisää polttoainetehokkuutta ja moottorin hyötysuhdetta. Päinvastoin, se vähentää - koska voidakseen "pumputtaa" osan pakokaasuja katalyyttisten pintojen "paksun ristikon" läpi, moottorin on toimittava kiinteänä pumpuna ja viettävä huomattava osa voimastaan \u200b\u200btähän asiaan. Tietysti tehokkuuden laskentakaavoissa tämä luokka on jotenkin läsnä, mutta se ei ole selkeä ja arka. Esimerkiksi sellaisessa muodossa, kuten esimerkiksi yhdessä yleisen lämpötasapainon kaavoista on komponentti “Q n.s. "Epätäydellisen palamisen tuottama lämpö." Mutta kaikki nämä lähestymistavat kärsivät tietystä sumeudesta, joten yritän sanoa kaiken hyvin selvästi ja mahdollisimman systemaattisesti.

Joten moottorin kokonaistehokkuus jakautuu kolmeen pääosaan:

• polttoainetehokkuus;
• lämpöteho;
• mekaaninen tehokkuus;

Näiden arvojen ydin on seuraava:

Polttoainetehokkuus- osoittaa, kuinka paljon polttoainetta poltettiin tehokkaasti moottorissa ja muuttui korkean lämpötilan ja korkean paineen työkaasujen määräksi ja mitä polttoaineen osaa ei koskaan poltettu epätäydellisen palamisen tuotteiden, hiilihiukkasten (savun, noen ja noen muodossa) muodossa, tai jopa käytännöllisesti katsoen puhtaan polttoainehöyryn muodossa, moottori kulki suoraan ja lensi pakoputkeen. Kun seisot vanhan toimivan kotiauton vieressä, etenkin kuorma-autolla, ja haista voimakasta bensiinin hajua - tämä tulos antaa vain tällaisen tehottoman polttoaineiden osittaisen palamisen;
  Lämpöhyötysuhde - näyttää, kuinka paljon polttoaineen palamisesta saatua lämpöä muuttuu hyödylliseksi työksi ja kuinka paljon se hajoaa turhaan ympäröivässä tilassa;
  Mekaaninen hyötysuhde - osoittaa, kuinka paljon mekaanista työtä muutetaan pääakselin vääntömomentiksi ja siirretään kuluttajalle ja mitä käytetään turhaan kitkaan tai kulutetaan tukimekanismien käyttölaitteelle;

Tarkastele lyhyesti kaikkia näitä asentoja:
  Polttoainetehokkuus - Tästä aiheesta ymmärrettävää tietoa ei löytynyt vanhoista Neuvostoliiton polttomoottoreiden teoriaa ja laskentaa koskevista oppikirjoista tai nykyaikaisen Internetin loputtomista resursseista.
  Ymmärrettävä ja merkityksellinen tieto löytyi nykyaikaisten autojen palamattoman polttoaineen katalyyttisten jälkipolttimien laskemista koskevista tiedoista. Loppujen lopuksi heidän on myös laskettava selvästi jälkipolttimiensa suorituskyky tietylle määrälle tulevia hiilivetyjä, jotka ovat palamattomia moottoreissa. Joten näistä tiedoista seuraa, että mäntämoottorit (myös dieselmoottorit) polttavat keskimäärin enintään 75% polttoaineesta, mutta 25% polttoainehöyryistä ja sen epätäydellisen palamisen tuotteista menee pakoputkeen ja tarvitsee jälkipolttimen palveluita (jotta ei myrkytetä ympäristöä) ). eli nykyisissä moottoreissa enintään 75% polttoaineesta palaa ja muuttuu lämmöksi. Kaksitahtimoottoreilla tämä arvo on vielä pienempi.

Lämpöhyötysuhde   - Mäntämoottorien tehokkuus on keskimäärin 35–40%. eli Noin 65% tuotetusta lämmöstä pääsee ilman hyötyä ympäristölle jäähdytysjärjestelmän ja pakokaasujen kautta.

  Mekaaninen hyötysuhde - Keskimäärin 10% moottorin työstä käytetään osien väliseen kitkaan ja apumoottorin mekanismeihin.

Seurauksena on, että pienten kokojen ja kapasiteetin nykyaikaisten mäntämoottorien lämpö- ja mekaanisten häviöiden summan mukaan hyötysuhde on enintään 30%.
  Suurissa moottoreissa, kuten meridieselmoottoreissa tai rautatieveturien ja kuorma-autojen suurissa moottoreissa, energiansäästö on helpompaa, mutta emme puhu niistä.

Mutta - 30%: n hyötysuhteessa ei oteta huomioon palamattoman polttoaineen osuutta, ts. ei ota huomioon moottorin polttoainehöyryn palamisen hyödyllisyyttä. Uskon, että kun otetaan huomioon tämä parametri, mäntäbensiinimoottorien todellisen hyötysuhteen arvo on korkeintaan 20% ja dieselmoottoreiden todellisen hyötysuhteen arvo on hiukan enemmän, noin 5–7%.

Tulos on parempi kuin hiilen höyrykoneilla niiden 7-8%: n hyötysuhde, mutta silti hyvin vähän.
Ajattelkaamme, miksi ilmoitettu ”polttoainetehokkuus” ei sisällynyt tehokkuuden käsitteeseen? Miksi tehokkuuden käsitteessä jätetään selvästi huomiotta polttoaineen osuus, joka ei "osallistu" osuuteensa poltto- ja lämmöntuotantoprosessiin? eli suurin osa nykyaikaisten moottoreiden menetyksistä ei kuulu tehokkuuden käsitteeseen ja ovatko luvut nykyaikaisia \u200b\u200btehokkuusarvoja ottamatta huomioon näitä tappioita selvästi yliarvioituina?

Totuus on termin "suorituskerroin" varsinaisessa merkityksessä. eli tämä on määritelmä hyödyllisen työn osuudesta - ”toiminnasta” ja hyödyttömän työn osuudesta. Jotkut työstä tai energian vapautumisesta ovat hyödyllisiä, ja toiset (esimerkiksi kitkan tai pakokaasun mukana menetetyn lämpöenergian poistamiseksi) ovat hyödytöntä, mutta juuri tämä energia on konkreettista ja otettu huomioon. Palamattomasta polttoaineesta aiheutuvat menetykset eivät kuitenkaan ilmene hyödyttömän lämmön tai kohdistamattoman työn muodossa. Nämä "tasapainon haitat" - tämä ei ole työn menetys tai lämpöhäviö. Tämä on polttoaineen menetystä puhtaimmassa muodossa. eli nämä eivät ole häviöitä jouleissa tai ilmakehissä, mutta grammoina ja litroina. Ja tällaisten häviöiden varalta on mahdotonta soveltaa menetetyn paineen tai menetetyn lämmön, turhien toimien tai tarpeettomasti käytetyn työn luokkaa.

Tästä syystä puhtaasti muodollisen logiikan sääntöjen mukaan YHTEYSKOHDISTUS ei saa ottaa näitä tappioita huomioon. Tätä tarkoitusta varten pitäisi olla erilainen indikaattori ja determinantti, mutta laajassa käytössä ei ole selvää ja ymmärrettävää parametria. Joten saamme tietoisesti leikatun ja liian autuaan indikaattorin nykyaikaisten moottoreiden tehokkuudesta - tehokkuusindikaattorin, joka ottaa huomioon vain osan häviöistä ...

Mutta itse asiassa nykyaikaisten ICE: ien kokonaistehokkuus on huomattavasti alhaisempi kuin 35–40%: n hyötysuhde. Loppujen lopuksi se ottaa huomioon vain hyödyllisen vaikutuksen, turhaan tuhlattua energiaa ja tarpeetonta työtä, joka johtuu polttoaineen palamisesta. Mutta polttoaineen palamatta jääneen osan häviöitä moottoriin tulevan polttoaineen kokonaistasapainosta ei ole täysin määritetty ...

  MAKSUJEN TARKASTAMINEN JA LUETTELO männänjäätelöstä   Yritämme tarkastella ja analysoida lyhyesti kaikkia polttoaineen sisältämiä energiahäviöitä vuorotellen yllä esitetyissä kohdissa. Ja sitten - miettiä tapoja päästä eroon näistä tappioista. eli Yritämme laatia konseptin ja hahmotella täydellisen moottorin yleiset piirteet.

* * *
  Tappioiden ensimmäinen taso - epätäydellinen polttoaineen palaminen moottorin polttokammioissa. Kaikki asiantuntijat tietävät, että nykyaikaisten moottoreiden polttoaine palaa viallisesti ja osa siitä menee pakokaasun pakokaasuihin. Siksi nykyaikaiset jäätelöt myrkyttävät ilmaa hiilivetyjen epätäydellisen palamisen tuotteilla ja “puhtaan pakokaasun” saamiseksi he panivat nykyaikaisten autojen pakoputkeen katalyyttisen jälkipolttimen, joka “polttaa” polttoainetta aktiivisten elementtien pinnoille. Seurauksena polttoaine, jota ei ole lämmitetty sylintereissä, hapetetaan turhaan näissä katalyyteissä. Mutta pakokaasu muuttuu puhtaammaksi. Mutta näiden rodium- ja platinapinnoitteisten katalyyttien hinta on erittäin korkea ja ne toimivat rajoitetun ajan.

  tehtävä   - saat moottorin täydellisesti polttavaa polttoainetta polttokammioistaan \u200b\u200bja muuntaa polttoaineen kemiallisten sidosten energian kokonaan lämmöksi ja suureksi tilavuudeksi yksinkertaisia \u200b\u200bpalamiskaasuja, kuten vesihöyryä ja CO2: ta.

Ensinnäkin tarkastellaan, miksi perinteisissä mäntämoottoreissa polttoaine ei pala kokonaan. Mikä estää täyden palamisprosessin toteuttamisen?

Mäntämoottorien pääongelma tässä aiheesta on hapen puute polttamista varten, samoin kuin palamisprosessin toteuttaminen yhdessä teknisessä syklissä palamiskaasujen laajentuessa. Jälkimmäistä tilannetta voidaan kuvata toisin sanoen - työseoksella ei ole tarpeeksi aikaa asianmukaiseen palamiseen. Nämä edestakaisin liikkuvien moottoreiden "synnytyssairaudet" ovat käytännössä parantumattomia, joten yli 120 vuoden ajan ajatellut tekniikkaa yrittää päästä eroon niistä ei ole löytänyt tapaa tehdä tämä.

Tarkastellaan tätä haittaa yksityiskohtaisesti: joten kun mäntä on yläkuollessa (TDC), pakattu työseos (PCM) syttyy. Palamisprosessi alkaa, joka virtaa jonkin aikaa. Työseoksen arvioitu palaminen modernissa suurnopeusmoottorissa kestää noin millisekunnin - 0,001 sekuntia. Yleensä kaikki 4 mittaa tapahtuvat 0,02–0,04 sekunnissa.

Tiedetään, että korkea lämpötila ja korkea paine ovat toivottavia polttoainehöyryn täydelliselle ja täydelliselle palamiselle. Mutta heti sen jälkeen, kun mäntä on kulkenut TDC: n läpi, se alkaa liikkua alaspäin lisäämällä huomattavasti mäntätilan tilavuutta. eli kun työseoksen (PCM) palamisrintama leviää palamiskammiossa, palaneen PCM: n ensimmäiset osat palavat korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Mutta täällä viimeiset palavat PCM-annokset joutuvat olosuhteissa, joissa paine laskee jyrkästi ja laskee lämpötilaa. Siksi palamisen hyödyllisyys laskee jyrkästi tai jopa lakkaa kokonaan. Tästä syystä jollakin PCM: llä ei ole aikaa palamaan tai se ei pala kokonaan. Siksi osa polttoainehöyrystä menee pakoputkeen ja pakokaasuissa on varmasti polttoaineen hiilivetyjen epätäydellisen palamisen tuotteita. Tuloksena on, että osa polttoaineesta ei pala ja ei muuta energiaa lämmöksi ja sitten moottorin pääakselin pyörimiseksi, vaan vain saastuttaa ja myrkyttää ympäröivää ilmaa.

Tätä haittaa on käytännössä mahdotonta poistaa, koska itse mäntämoottorin perussuunnittelu käsittää kahden eri prosessin yhdistämisen tärkeimmän periaatteen: palaminen ja palamistuotteiden paisuminen yhdessä teknologisessa jaksossa “palaminen - laajeneminen”. Näitä prosesseja on vaikea yhdistää, koska kukin niistä etenee optimaalisesti toisiaan poissulkevissa olosuhteissa, jotka ovat optimaaliset toiselle prosessille.

Itse asiassa pakatun PCM-varauksen poltto tapahtuu parhaiten lukitussa kammiossa, jonka tilavuus on vakio. Termodynamiikassa tämä prosessi määritellään ”isokoriseksi” prosessiksi. eli PCM-varaus palaa kokonaan ja muuntaa lämmöksi ja paineeksi kaiken suljetussa kammiossa olevien hiilivetyjen kemiallisten sidosten energian paineen ja lämpötilan voimakkaasti kasvavissa olosuhteissa.
  Ja paisuntaprosessi tapahtuu parhaiten matalan lämpötilan olosuhteissa (moottorin työelementtien liukuvien ja hankauspintojen voitelun varmistamiseksi), kun päätyökappale (mäntä) on helppo liikuttaa.
  Kuten näet, edestakaisin liikkuvissa moottoreissa molempia näitä ehtoja ei voida täysin noudattaa, siksi yhdistetty ”palamis-laajenemisprosessi” seuraa ”kompromissitilannetta”, kun luodaan olosuhteet, jotka eivät sovellu kullekin prosessille, mutta lopulta ne sallivat silti jotenkin toteuttaa näiden yhteisten prosessien kulku vähintään 50%: n hyötysuhteella. Seurauksena on, että nykyaikaisen mäntämoottorin käyttö on jatkuvien vaikeiden kompromissien ja merkittävien häviöiden tekniikka.

Tällaisen "kompromissi-avioliittoyhdistyksen" seurauksena, jossa molemmille tapauksen osapuolille aiheutuu menetyksiä, saadaan seuraava tulos:
—   palamista tapahtuu   polttokammion jyrkän laajenemisen olosuhteissa ja jopa sylinterin seinämien huomattavasti alhaisessa lämpötilassa. Seurauksena on, että polttoaine ei pala kokonaan ja tehottomasti, ja jopa osa palaneen polttoaineen lämmöstä menetetään, kun jäähdytetyn sylinterin kylmät seinät kuumennetaan. eli palaminen tapahtuu erittäin tehottomissa olosuhteissa.
—   laajeneminen tapahtuu   korkeissa lämpötiloissa yhdistettynä palamisprosessin laajenemiseen. Siksi sylinterin seinät on jäähdytettävä, koska männän ja sylinterin kitkapintojen voitelemiseksi yli 220 ° C: n lämpötilassa öljy menettää “liukasominaisuutensa” ja kitka alkaa “kuivua” ja hiiltynyt öljy sintrataan kiinteiksi hiukkasiksi, jotka alkavat häiritä vielä enemmän tähän prosessiin.

Osa palamisprosessin umpikujasta löydetään järjestämällä "varhainen syttyminen" siten, että PCM: n palamisen pienin mahdollinen osa tapahtuu nopean paisumisen linjalla ja polttokammion tilavuuden suurella lisäyksellä. Mutta tämä on pakotettu ja täynnä muita sivuvaikeuksia. Koska ”aikaisempaan syttymiseen” sisältyy RSm: n syttyminen ja palamiskaasujen työpaineen alkuvaiheen luominen ennen männän saapumista TDC: lle, ts. lopussa "purista" voittaa. Siksi kampikoneiston (CRM) inertian on voitettava tämä palavan PCM: n syntyvä paine ja puristettava kampi-mekanismin pyörimisen inertian tai muiden mäntien työn takia, jotka alkoivat laajentaa palavaa PCM: tä. Tämän kompromissin tuloksena on kampiakselin, männien, kierteiden tankojen ja kampiakselin kuormitusten voimakas lisääntyminen, samoin kuin tehokkuuden lasku. eli moottori on kohtaus monisuuntaisten voimien vastakkainasetteluun.

Toinen vaikea aihe mäntämoottoreille on hapen puute. Totta, se on tyypillistä vain bensiinimoottoreille (moottorit, jotka toimivat pakotetulla kipinäsytytyksellä), dieseleillä (moottorit, jotka toimivat puristussytytyksellä) puuttuu tämä haitta. Mutta vastineeksi dieselmoottorit ovat saaneet vastineeksi monia muita vaikeuksia - paljon painoa, massaa ja vaikuttavia mittoja. Itse asiassa - kukaan ei onnistu luomaan tehokasta dieselmoottoria, jonka mitat ovat hyväksyttäviä alle 1,2 litraa ... Tämä on pienimmän Audi-A2-dieselauton moottori. Ja jättämällä dieselmoottorit pieniksi mittoiksi on surullinen tulos. Joten - Vladimir Tractor Plant D-120: n pienet dieselmoottorit (ne on sijoitettu minitraktoriin), teho 25-30 hv niiden paino on 280-300 kg. eli 10 kg painoa hevosvoimaa kohti. Muilla valmistajilla ympäri maailmaa on samanlainen tilanne.
  Joten polttoaine ei pala kokonaan, kun PCM on “rikas”, ts. siinä on paljon polttoainehöyryjä ja vähän ilmaa (happea). Tällaisella PCM: llä ei ole mahdollisuutta palaa kokonaan, happi ei yksinkertaisesti riitä hiilivetypolttoaineiden hapettumiseen. Tulos - polttoainehöyryt, joita ei palata tästä syystä, menevät pakokaasuihin. Mutta sitten tällainen PCM palaa nopeasti, vaikka se on huonompi. Tämä tarkoittaa, että suurin osa polttoainehöyrystä palaa edelleen ja antaa halutun paineen ja lämpötilan.

Voit mennä toiseen suuntaan - tehdä ”huonoa sekoitusta”, ts PCM: ssä on paljon ilmaa (happea) ja vähän polttoainehöyryjä. Seurauksena on, että ihannetapauksessa tällainen PCM voi polttaa kokonaan - kaikki polttoainehöyryt palavat 100% täydellä teholla. Mutta sellaisella PCM: llä on suuri haittapuoli - se palaa paljon hitaammin kuin “rikas seos” ja todellisen mäntämoottorin olosuhteissa, joissa palaminen tapahtuu tilavuuden nopean nousun linjassa, sellaisella PCM: llä ei yksinkertaisesti ole aikaa täysin palamaan. Koska merkittävä osa tällaisen PCM: n palamisesta putoaa pienen nopeuden vuoksi olosuhteisiin, joissa palamiskammion tilavuus kasvaa voimakkaasti ja lämpötila laskee. Bottom line - PCM ei jälleen pala kokonaan edes "vähärasvaisen seoksen" versiossa, ja merkittävä osa siitä menee polttamatta pakokaasuihin.

Ja taas, mäntämoottorin tämän toimintatavan polttoainetaloudellisuus on erittäin alhainen.
Kaasuttimen moottoreiden ohjausmenetelmällä, ”kvantitatiivisella menetelmällä”, on myös pieni rooli RSm-palamisprosessin aikaansaamisessa happea. Moottorin hidastamiseksi ja sen "vetovoiman" vähentämiseksi kuljettaja peittää kaasun, rajoittaen siten ilman pääsyä kaasuttimeen. Seurauksena on jälleen ilman puute polttoaineen polttamiselle ja jälleen huono polttoainetehokkuus ... Injektorimoottoreilla ei ole osittain tällaista haittaa, mutta mäntämoottorin jäljellä olevat ongelmat niissä ilmenevät "kokonaan".

  On tarpeen erottaa kaksi erittäin ristiriitaista työteknologista prosessia - "palaminen - korkean paineen ja lämpötilan työkaasujen muodostuminen" ja "korkean paineen ja lämpötilan työkaasujen laajeneminen". Sitten molemmat prosessit voidaan käynnistää erikoistuneissa kameroissa ja laitteissa, joiden parametrit ovat optimaaliset. eli palaminen tapahtuu "isokorisena" - lukitussa tilassa, paineen kasvaessa ja lämpötilan noustessa. Ja laajeneminen on mahdollista alhaisissa lämpötiloissa.

Periaatteessa eri maiden keksijät ja insinöörit ovat jo pitkään ilmaisseet ajatuksen tällaisen ”suuren erottelun” tekemisestä. Esimerkiksi saksalaisen yrityksen DIRO Konstruktions GmbH & Co. kehittäminen KG ”, mäntämoottorissa, jossa on erillinen palamiskammio. Mutta täällä on tarjolla teoreettisesti kaunis ja teknisesti tehokas järjestelmä metallin toteuttamiseksi, toistaiseksi kukaan ei ole onnistunut. Sama saksalainen yritys DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG ”aloitti patenttiensa saamisen kehitykseen noin 15 vuotta sitten, mutta hän ei ole koskaan kuullut todellisista menestyksistä todellisen moottorin luomisessa.

Joten on välttämätöntä varmistaa pitkä prosessi RSm-varauksen polttamiseksi lukitussa tilassa - ”isokorinen prosessi”. Näissä olosuhteissa on mahdollista polttaa tarkoituksellisesti "huono seos" suurella kerroin ylimääräisellä ilmalla, kun polttoainehöyry palaa kokonaan, jolloin saadaan suurin mahdollinen määrä lämpöä ja palamiskaasuja, kun taas minimaalisesti myrkylliset palamistuotteet menevät pakokaasuihin. Mutta tämä voidaan tehdä vain tarjoamalla riittävän pitkä "huonon" RSm-varauksen palamisaika lukitussa tilavuudessa kasvavan paineen ja merkittävän lämpötilan kanssa. Mitä on käytännössä mahdotonta tarjota mäntämoottorissa.

* * *
Tappioiden toinen taso   - ”Moottorin hankkiman polttoaineen” palamisesta saatu merkittävä lämpöhäviö.
Bensiinimoottorin lämpötasapaino on yhteenveto seuraavasti:
1) - lämpö muuttuu hyödylliseksi työksi: 35%;
  2) - pakokaasujen kanssa menetetty lämpö: 35%;
  3) - jäähdytysjärjestelmän kautta häviöistä aiheutuva lämpö: 30%;

tehtävä   - hanki moottori, jolla on vähän lämpöhäviötä ympäristöön. Ihannetapauksessa voit asettaa tehtävän luoda moottori, jonka lämpötehokkuus on 80%. Mutta vaikka tämä indikaattori on mahdollista saavuttaa 65–70 prosenttia nykyisen 35 prosentin sijasta, se on valtava harppaus eteenpäin. eli saman tehoinen moottori, jolla on tällainen tehokkuus, alkaa kuluttaa kaksi kertaa vähemmän polttoainetta kuin ennen.

Analyysi tämän päivän haitoista:   Mieti ensin - miksi perinteisissä mäntämoottoreissa niin suuri lämpöhäviö "sivussa"? Mikä johtaa niin surulliseen tilanteeseen?

  Ensimmäinen luokka lämpöhäviöitä   - lämpöhäviöt poistamalla jäähdytysjärjestelmällä varustettujen sylinterien seinät. Lämpötehokkuuden arvon lisäämiseksi moottoria ei yleensä pitäisi jäähdyttää ollenkaan. Tästä lähtien moottorin osien lämpötila nousee heti - ja tämä hiiltä öljyä (joka muodostaa kalvon, joka helpottaa liukumista kitkapinnoille), ja mäntä pysähtyy helposti liikkumasta sylinterissä ja moottori jumittuu pian. Täällä törmäämme taas ristiriitaisiin kahden prosessin - palamisen ja laajentamisen - yhdistämisestä yhdessä vaiheessa. Lämpötila palamisen puhkeamisen aikana RSm: n alkuperäisessä syttymisjaksossa saavuttaa 3000 ° C. Ja öljyn enimmäislämpötila on 200 - 220 astetta, kun se edelleen voitele ja säästää kitkalta. Kun tämä lämpötilakynnys ylitetään, öljy alkaa “palaa” ja hiiltä. Korkean hyötysuhteen varmistamiseksi ei ole järkevää moottorin jäähdyttäminen, vaan päätykappaleen - männän, liikkumismahdollisuuden varmistaminen - välttämättä ... jäähdytysjärjestelmä, joka antaa männän liikkua sylinterissä vähentää dramaattisesti moottorin lämpötehokkuutta. Tämä on tietoinen ja välttämätön tehokkuuden vähentäminen.

Toinen luokka lämpöhäviöitä- lämpöhäviöt pakokaasujen kanssa. Pakokaasujen lämpötila eri kokojen ja moottoreiden sylinterien ulostulossa on välillä 800 - 1100 ° C. Siksi suurilla nopeuksilla toimivassa moottorissa pakokaasuventtiilit alkavat joskus lämmetä purppuran hehkuksi ... Tämä tarkoittaa vain yhtä asiaa - polttoaineen palamisen energia, joka on muuttunut palamiskaasujen sisäiseksi energiaksi niiden korkean lämpötilan muodossa, häviää peruuttamattomasti ja täysin hyödytöntä. Juuri tämän "lämpöhäviökanavan" kautta nykyaikaiset ICE: t menettävät noin 35% polttoaineen palamisenergiasta. Ja on erittäin vaikeaa muuttaa tätä energiaa hyödylliseksi työksi, ja suurin mahdollinen tehtävä oli asettaa turbiini pakoputkeen, joka kääntää turboahdinkompressorin. Tämä saavuttaa sylintereihin tulevan ilmanpaineen nousun. Ja tämä lisää hiukan tehokkuutta. Mutta - on ymmärrettävä, että turbiini "ei vangitse" kohotettua lämpötilaa, vaan sylinteristä poistuvien kaasujen ylipainetta. eli tämä on hiukan eri aihe ja erilainen säästö.

Siten käy ilmi, että mäntämoottori "käsittelee" huonosti paitsi lämpötilaa, myös työkaasujen korkeaa painetta. Itse asiassa työkaasut, joiden ylipaine on 8-10 ilmakehää, menevät pakokaasuihin. Tämä on paljon, sinun on vain muistettava, että ensimmäisten 1800-luvun alun höyrykoneiden työpaine oli 3 tai 3,5 ilmakehää ja ne toimivat menestyksellisesti hiilikaivoksissa ja metallurgialaitoksissa, samoin kuin ensimmäisten höyryveturien moottorit.

Tässä koko asia piilee samanlaisissa puristumistilavuuden ja laajenemistilavuuden geometrisissa mitoissa. Ne ovat samat mäntämoottorissa, eikä siihen voida tehdä mitään. Ihannetapauksessa näiden määrien tulisi olla erilaisia. Atkinson-syklityyppinen temppu, kun mäntämoottorissa puristustilavuus on pienempi kuin laajennustilavuus, ovat tehottomia, koska ne vähentävät voimakkaasti moottorin vääntömomenttia.

Paisuntakammion tilavuuden lisääminen sallii kuitenkin vain koko ylipaineen muuttamisen hyödylliseksi työksi, mutta polttoaineen kuumien palavien kaasujen korotettua lämpötilaa ei voida käyttää tällä menetelmällä. Ainoa asia, joka tuli insinöörien mieleen, oli ruiskuttaa vettä sylintereihin, jotta lämpö muuttuisi työksi. Teoriassa: vesi, joka muuttuu korkeapainehöyryksi, lisää dramaattisesti syntyvän höyry-kaasuseoksen paineita ja alentaa samalla sen lämpötilaa huomattavasti. Mutta mäntämoottorissa yli 80 vuotta pyrkimyksiä tähän suuntaan ei luotu mitään tehokasta ja toimivia. Polttomoottorin mäntäkaavio osoittautui erittäin vihamieliseksi tähän ajatukseen, eikä se antanut mahdollisuutta integroida höyrykierrosta tai höyryfaasia moottorin toimintajaksoon.

On sanottava, että melkein 200 vuotta sitten S. Carnotin muotoileman termodynamiikan peruslain mukaan suurimmalla mahdollisella hyötysuhteella toimivassa lämpömoottorissa on oltava työkaasujen maksimilämpötila työjakson alussa ja työkaasujen minimilämpötila jakson lopussa.
  Mutta edestakaisessa polttomoottorissa jäähdytysjärjestelmä estää kaasujen enimmäislämpötilan syklin ensimmäisessä vaiheessa, ja kaasujen minimaalisesti liian korkea lämpötila syklin lopussa estyy kyvyttömyydellä integroida höyrykomponentti moottorin piiriin. Tämän seurauksena käytämme tänään moottoreita, joiden lämpötehokkuus on noin 35%, ei paljon parempi kuin 60 tai 70 vuotta sitten ...

  Tapa päästä eroon tästä haitasta:   on välttämätöntä luoda moottorisuunnitelma, joka sallii polttoaineen palamisen lämpöeristetyssä polttokammiossa (maksimi lämpötilan saavuttamiseksi työjakson alussa), ja mahdollistaa myös höyryvaiheen sisällyttämisen kuumien palamiskaasujen toiminnan viimeiseen vaiheeseen (minimilämpötilan saavuttamiseksi työjakson lopussa). Tällainen moottorisuunnittelu ei myöskään edellytä eristettyä ja tilaa vievää jäähdytysjärjestelmää, joka “heittää” lämpöä ulkoiseen ympäristöön.

Samanaikaisesti - moottori ei tarvitse tilaa vievää ja raskasta pakoputkea, joka perinteisissä edestakaisin liikkuvissa moottoreissa vaimentaa karjua pakokaasuista, jotka lentävät ulos "laukauksilla" ylipaineella 8-10 ilmakehää. Ehdotetussa mallissa pakokaasujen ylipaine on minimaalinen.

* * *
Tappioiden kolmas taso - huomattava voiman menetys kitkavoimien, edestakaisin liikkuvien massojen hitausvoimien voittamiseksi, samoin kuin lisämekanismien voiman menetys. Nämä häviöt määritellään mekaanisiksi häviöiksi. Ne riippuvat moottorin kinemaattisesta kaaviosta. Mutta itsessään mekaanisten häviöiden lisäksi kinemaattinen kaavio ja sen rakenne vaikuttavat myös toiseen suorituskyvyn avainindikaattoriin, joka ei liity suoraan tehokkuuteen: tämä on vääntömomentin tila ja suuruus.

Tehtävänä on saada moottori, jolla on minimaaliset mekaaniset häviöt. Sen lisäksi, että sillä on jatkuvasti toimiva vääntömomentti itse moottorin pienikokoisena. Suuri ja vakaa vääntömomentti antaa sinun tehdä ilman sellaista tilaa vievää ja monimutkaista ajoneuvojärjestelmää kuin vaihdelaatikko. Esimerkki on kuljetus sähkömoottoreilla ja höyrykoneilla.

Analyysi tämän päivän haitoista:   tavanomaisessa männän (tron) moottorissa yhdystangon (tämän reaktion poikittainen komponentti suhteessa sylinterin akseliin) reaktio työkaasujen paineeseen puristaa männän jatkuvasti sylinterin yhdelle puolelle, sitten toiselle. Tämä moottorin toimintajärjestelmä vaatii voimakkaasti hankaavien pintojen jatkuvaa voitelua ja näiden kitkavoimien voittamisen kustannuksia. Lisäksi, kun kampiakseli pyörii, vääntömomenttia luovan hartian projektio männän liikevektoriin muuttuu jatkuvasti nollasta maksimiin ja takaisin jokaiseen työiskuun. Tällainen jatkuvasti äkillisesti sykkivä vääntömomentti ei sovellu toimilaitteiden käyttämiseen. Ja vain mäntämoottorien korkeilla kierroksilla vääntövoima kasvaa huomattavasti. Mutta suurin osa kuluttajista ei tarvitse suuria kierroksia (noin 3-4 tuhatta minuutissa). Siksi on tarpeen valmistaa monimutkainen ja vaivalloinen vaihdelaatikko, joka on olennainen osa autoja, moottoripyöriä jne.
  & nbsp Lisäksi mekaaninen hyötysuhde vähenee huomattavasti, koska moottorin teho valitaan sen lisämekanismien - jäähdytyspumpun, jäähdytyspuhaltimen, nokka-akselien ja kaasunjakeluventtiilien, sähkögeneraattorin - jne. valintaa varten. , sitä suurempia nämä tappiot ovat. Lisäksi huomattavat tehohäviöt voivat aiheuttaa tarpeettoman aikaisemman syttymisen, kun moottori pakotetaan toisen vaiheen "puristuksen" lopussa puristamaan palamistuotteita alkaessaan laajentua.

Tapa päästä eroon tästä haitasta: on välttämätöntä luoda moottorisuunnitelma, jossa työkaasujen paine ei paina pääasiassa liikkuvaa työkappaletta paikallaan olevaan kappaleeseen. Tässä tapauksessa moottori on erotettava sellaisella rakenteella, joka sallii vakion vääntömomentin varren aikaansaamisen moottorin päätyökappaleen koko liikkumisreitin varrella. Lisäksi tällaisella reitillä työkaasujen paineen tulisi olla mahdollisimman pitkä, ihannetapauksessa pyrkiä 100%: iin. Muistutan teille, että nelitahtimoottoreissa, joissa moottori on täynnä 2 akselin kierrosta, mäntäpaine vaikuttaa vain puoli kierrosta, ja jopa silloin tämän paineen välitysmoodissa epävakaalla vääntömomenttivarrella.

Verdict:

Joten muotoilemme ehdot, jotka tieteellinen lähestymistapa asettaa korkean hyötysuhteen moottorin luomiseksi:
1) Moottorin "palamisen" ja "laajentamisen" tärkeimmät teknologiset prosessit olisi erotettava toisistaan \u200b\u200bja jaettava toisiinsa eri teknologiakammioiden toteuttamista varten. Tässä tapauksessa palamisen tulisi tapahtua lukitussa kammiossa lämpötilan nousun ja paineen kasvaessa.
  2) Palamisprosessin on tapahduttava riittävän ajan ja ilman olosuhteissa. Tämä antaa 100%: n polttaa työseoksen.
  3) Paisuntakammion tilavuuden tulisi olla huomattavasti suurempi kuin puristuskammio, vähintään 50%. Tämä on tarpeen työkaasupaineen täydelliseksi kääntämiseksi päätyökappaleessa tehdyssä työssä.
  4) Pakokaasujen korkean lämpötilan siirtämiseksi päätyökappaleeseen on luotava mekanismi. Tätä varten on vain yksi todellinen mahdollisuus - vedenjakelu palamiskaasujen korkean lämpötilan muuttamiseksi syntyvän höyryn paineeksi.
  5) Työkappale ja koko moottorin kinematiikka on järjestettävä siten, että työkappale vastaanottaa työkaasujen paineen mahdollisimman pitkään moottorin syklin ajan, ja olkapää, joka muuntaa tämän paineen voiman, on aina mahdollista.

Tutkittuaan huolellisesti näitä fysiikan ja mekaniikan teoreettisten lähestymistapojen vaatimuksia korkean hyötysuhteen moottorin luomisesta, osoittautuu, että mäntämoottorin luominen sellaisiin tehtäviin on täysin mahdotonta. Mäntämoottori ei täytä mitään näistä vaatimuksista. Seuraava johtopäätös seuraa tästä tosiasiasta - on tarpeen etsiä tehokkaampi vaihtoehto mäntämuotoisille moottorisuunnitelmille. Ja lähinnä tarvittavia vaatimuksia on pyörivä moottoripiiri.

Täydellisen pyörivän moottorin konseptia käsittelevässä työssäni eteni vain yrityksestä ottaa huomioon moottorin käsitteellistä mallia luotaessa tarve toteuttaa kaikki edellä mainitut teoreettiset lähtökohdat. Toivon onnistuneeni tähän.

  ARTIKLA Nro 2-1

  PALAUTTAMISEN ASETTAMINEN:
  KAIKKI ON MITÄÄN HYVIN

Olemme kaikki tottuneet siihen, että taloudellisella ja tehokkaalla moottorilla on oltava korkea puristussuhde. Siksi urheiluautoissa moottoreilla on aina korkea puristussuhde, ja moottorin viritykseen (tehostamiseen) standardimassasarjojen moottoreiden tehon lisäämiseksi sisältyy ensisijaisesti niiden puristussuhteen lisääminen.
  Siksi ajatus vakiintui laajalle levinneeseen mielipiteeseen, että mitä korkeampi moottorin puristussuhde, sitä parempi, koska tämä johtaa moottorin tehon lisääntymiseen ja sen tehokkuuden lisääntymiseen. Mutta - valitettavasti tämä kanta on vain osittain totta, tai pikemminkin se on totta enintään 50 prosenttia.
  Teknologian historia kertoo meille, että kun ensimmäinen Lenoir ICE ilmestyi 1860-luvulla (joka toimi ilman kompressiota), se vain tuskin ylitti höyrykoneiden tehokkuutta ja kun (15 vuoden kuluttua) Oton 4-tahtinen ICE ilmestyi toimimaan kompressoimalla, tällaisen mallin hyötysuhde ylitti heti kaikki olemassa olevat tuolloiset moottorit tehokkuuden suhteen.
  Mutta pakkaus ei ole niin yksinkertainen ja suoraviivainen prosessi. Lisäksi ei ole järkevää saavuttaa erittäin korkeita puristussuhteita, ja se on teknisesti erittäin vaikeaa.
  Ensinnäkin: mitä suurempi puristussuhde, sitä suurempi männän isku sylinterissä. Näin ollen - lineaarisempi männänopeus suurilla nopeuksilla. Siksi - mitä suurempi hitaus vaihtuvat kuormitukset vaikuttavat kampimekanismin kaikkiin osiin. Samanaikaisesti myös sylinterin painetasot nousevat. Siksi moottorissa, jolla on korkea puristussuhde ja pitkä isku, kaikkien moottorin elementtien ja osien on oltava lisääntyneellä lujuudella, ts. paksu ja raskas. Siksi dieselmoottorit eivät ole pieniä ja kevyitä. Siksi moottoripyörille, perämoottoreille, kevyille ilma-aluksille jne. Ei ole luotu pieniä dieselmoottoreita. Siksi voimakkaasti viritetyillä "puristettuilla" vakioautomoottoreilla on niin pieni moottorin käyttöikä.
Toiseksi: mitä suurempi puristussuhde, sitä suurempi räjähdysriski kaikista siitä seuraavista tuhoisista seurauksista. Tankkaaminen heikkolaatuisella bensiinillä voi yksinkertaisesti tuhota tällaisen moottorin. Räjähdyksestä - lue erityinen ARTIKLA. eli tiettyyn puristusasteeseen on käytettävä enemmän ja kalliimpaa ja erityistä bensiiniä tai erityisiä lisäaineita. 50- ja 60-luvuilla moottorirakennuksen päälinja, etenkin Yhdysvalloissa, oli puristusasteen lisääntyminen, joka seitsemänkymmenenluvun alkupuolella amerikkalaisissa moottoreissa oli usein 11-13: 1. Tämä kuitenkin vaati asianmukaista korkea oktaanista bensiiniä, jota noina vuosina voitiin saada vain lisäämällä myrkyllistä tetraetyylijohtoa. Ympäristöstandardien käyttöönotto useimmissa maissa seitsemänkymmenenluvun alkupuolella johti kasvun pysäyttämiseen ja jopa sarjamoottoreiden puristussuhteen laskuun.
  Suurimpia mahdollisia puristussuhteita ei kuitenkaan ole mitään syytä saavuttaa. Tosiasia, että moottorin lämpötehokkuus kasvaa puristussuhteen kasvaessa, mutta ei lineaarisesti, mutta asteittaisen hidastuessa. Jos puristussuhteen lisääntyessä 5: stä 10: een se kasvaa 1,265 kertaa, niin 10: stä 20: een - vain 1,157 kertaa. eli saavutettuaan tietyn puristusasteen kynnyksen, sen lisäkorotuksella ei ole merkitystä, koska hyöty on minimaalinen ja kasvavat vaikeudet ovat valtavat.

* * * Jos analysoit huolellisesti erityyppisten moottorien toimintamahdollisuuksia ja etsit tapoja lisätä niiden tehokkuutta, voit löytää muitakin mahdollisuuksia kuin jatkuvasti kasvattaa puristusastetta. Ja ne ovat paljon tehokkaampia ja laadukkaampia kuin suuri puristussuhteen nousu.
  Aluksi selvitetään, mikä antaa korkean pakkaussuhteen. Ja hän antaa seuraavan:
  - antaa korkean iskunpituuden, koska mäntämoottorissa puristusiskun pituus on yhtä suuri kuin jatkepituus;
  - voimakas paine työseoksen varauksessa, jossa tapahtuu happea ja polttoainemolekyylejä. Tästä lähtien palamisprosessi valmistellaan paremmin ja
  menee nopeammin.

Ensimmäisessä asennossa voit antaa tällaisia \u200b\u200bkommentteja: todellakin dieselmoottorien tehokkuus johtuu suurelta osin siitä, että moottorilla on pitkä työtahti. eli Laajennusiskun pituuden lisäys vaikuttaa huomattavasti vakaammin moottorin hyötysuhteen ja taloudellisuuden kasvuun kuin puristusiskun pituuden lisääntyminen. Tämä tekee mahdolliseksi poistaa enemmän hyötyä työkaasujen paineesta - kaasut toimivat männän suuremman liikkeen aikaansaamiseksi. Ja jos "bensiinimoottorissa" männän halkaisija on suunnilleen yhtä suuri kuin iskunpituus, vastaavilla "puristussuhteilla" ja "laajenemissuhteilla", jotka on sidottu männän iskunpituuteen, niin dieselmoottoreissa tämä parametri on huomattavasti suurempi. Klassisissa hitaissa dieselmoottoreissa männän isku on 15–30% pidempi kuin männän halkaisija. Meridieleissä tämä ero on yleensä huono. Esimerkiksi valtava 14-sylinterinen dieselmoottori suomalaisen Wartsila-yhtiön valmistamalle supertankkerille, tilavuus 25 480 litraa ja kapasiteetti 108 920 hv. nopeudella 102 rpm, sylinterin halkaisija on 960 mm, männän iskun ollessa 2500 mm.

Samalla muistan, että sellaiset meridieselmoottorit toimivat raakaöljyllä, joka kestää erittäin korkean puristussuhteen niin suurella männäniskulla.

Mutta puristussuhteen kasvulla on epämiellyttävät puolensa - se vaatii kalliiden korkeaoktaanisten bensiiniluokkien käytön, moottorin painon lisäyksen sekä huomattavat moottorin tehon kulutukset voimakkaan puristuksen prosessiin.
  Yritetään selvittää, onko mahdollista saavuttaa läheinen ja vielä suurempi vaikutus tehon lisäämisessä ja moottorin hyötysuhteen parantamisessa muilla tavoilla, ts. lisäämättä tarpeettomasti puristusastetta lisäämällä sellaiselle prosessille ominaista negatiivista. Osoittautuu, että tällainen polku on mahdollista. eli kaikki kaksi pakkauksen asteen lisäämisen positiivista puolta voidaan saavuttaa muilla tavoilla ja ilman luontaisia \u200b\u200bvaikeuksia puristusasteen nostamiseksi.

Ensimmäisen kannan arvostelu - pitkä iskunpituus. Kannattavuuden kannalta tärkeintä on pitkä isku, jotta kaikki työkaasut siirtävät paineen mäntään maksimissaan. Ja mäntämoottorissa isku on yhtä suuri kuin puristusiskun pituus. Tässä jotenkin vahvistettiin mielipide, että tärkein asia on puristusaste, ei laajenemisaste. Vaikka mäntämoottorissa - nämä arvot ovat samat. Siksi niiden erottamiseen ei ole paljon järkeä.

Mutta ihannetapauksessa on parempi tehdä nämä iskunpituudet erilaisiksi. Koska puristuskurssin lisääntyminen johtaa epämiellyttävien seurausten joukkoon, tee siitä kohtalainen. Mutta laajentumiskurssi, joka vastaa suurimmasta tehokkuudesta ja vaikuttavuudesta, tehdä niin suureksi kuin mahdollista. Mutta mäntämoottorissa sitä on melkein mahdotonta tehdä (tai se on erittäin vaikeaa ja vaikeaa tehdä, esimerkiksi Kushul-moottori). Mutta on olemassa paljon pyöriviä moottoripiirejä, joiden avulla voit ratkaista tämän ongelman helposti. eli moottorin kyky saada kohtalainen puristusaste ja samalla huomattava iskunpituus.

Toinen asema - polttoaineen palamisprosessin aktivointi ja korkea hyötysuhde. Sen nopea ja täyteys. Tämä on tärkeä edellytys moottorin laadulle ja tehokkuudelle. Mutta osoittautuu, että puristussuhde (korkean paineen varmistaminen) ei ole ainoa eikä edes paras tapa saavuttaa tällainen tulos.

Sallin tässä itselleni lainauksen akateemisesta kirjasta moottoriteoriasta Neuvostoliiton ajan yliopistoille: “Automoottorit”, toim. M. Hovakha. Moskova, "Engineering", 1967
  Kuten yllä olevasta tarjouksesta voidaan nähdä, palamisen laatu ja nopeus riippuvat enemmän palamisen lämpötilasta ja vähemmässä määrin paineesta. eli jos on mahdollista varmistaa erittäin korkea polttoväliaineen lämpötila, niin palamisen täysi arvo on suurin, ja erittäin korkean paineen tarve ennen palamisprosessia (puristusasteessa) katoaa.

Kaikista edellä kuvatuista teoreettisista lähestymistavoista voidaan tehdä yksi johtopäätös - tehokkaalla moottorilla, jolla on korkea hyötysuhde, pystytään tekemään ilman suurta puristusastetta kaikilla siihen liittyvillä vaikeuksilla. Tätä varten moottorin paisuntaasteen tulisi olla huomattavasti korkeampi kuin puristusaste ja tuoreen työseoksen varauksen tulisi palaa erittäin kuumennetussa palamiskammiossa. Lisäksi palamisprosessissa paineen ja lämpötilan tulisi nousta, koska niiden luonnollinen lisäys johtuu palamisprosessin energiasta. eli palamiskammion on oltava ilmatiiviisti suljettu eikä sen tilavuus saa muuttua palamisprosessin aikana. Tämän seurauksena: palotilan tilavuus ei saa nousta nopeasti - vastaavalla paineen ja lämpötilan pudotuksella (kuten mäntämoottorissa tapahtuu).
Muuten, polttoaineseoksen palamisen aikana paine lukitussa palotilassa, jonka tilavuus on vakio, nousee, toisin sanoen polttoaineen ”toisen sarjan” (yli 60% varausmassasta) palavat osat palavat erittäin korkealla puristussuhteella (paine noin 100 atm). jonka paine syntyy polttamalla polttoaineen ensimmäinen osa. Tässä on huomattava, että paine puristusiskun lopussa edes dieseleille (nämä nykyiset tehokkuuden uudelleenkäsittelyt) on enintään 45-50 atm.
  Mutta molemmat edellä mainituista olosuhteista männänvaihtimoottorissa, joissa on kampikoneisto, on mahdotonta täyttää. Siksi mäntämoottorit toimivat korkeilla puristussuhteilla, kaikista niistä seuraavilla vaikeuksilla, eivätkä pysty ylittämään 40-prosenttista hyötysuhdetta lähes 100 vuoden ajan.

  Tämän artikkelin TULOS on seuraava.   - Erittäin tehokkaalla, erittäin hyötysuhteisella suuritehoisella moottorilla voi olla maltillinen puristussuhde, jos sen laajenemisisku on huomattavasti suurempi kuin puristusisku. Ja työseoksen palaminen tapahtuu kammiossa, joka on lukittu palamisen ajaksi ja jota ei ole jäähdytetty (isohorinen adiabaattinen prosessi) lämpötilan ja paineen kasvaessa itse palamisprosessin energiasta.
  Tällaista mallia on mahdotonta luoda edestakaisen moottorin idean puitteissa, mutta pyörivien moottorien ideoiden alalla on täysin mahdollista luoda tällaisia \u200b\u200bmalleja. Mitä tämän tekstin ja tämän sivuston kirjoittaja tekee.

  ARTIKLA nro 2-2

  PALAUTTAMINEN KOMPRESSIOINTI-2: N AIKASSA:
  KATSO HISTORIAA

26.01.13g.

Artikkelin ensimmäisessä osassa osoitin, että männän moottorin paineasteen jatkuva nousu kampi-mekanismilla on ainoa tapa lisätä moottorin tehokkuutta hiukan, sillä sen ominaisuuksilla on selvät rajat. Kun puristussuhteet lähestyy 16: ta, työseos bensiinihöyryillä, joiden oktaaniarvo on jopa 100, alkaa palaa räjähdystilassa, ja moottorin osat ja runko muuttuvat erittäin tilaa vieviksi ja paksuseinäisiksi (kuten dieselmoottorissa) kestämään korkeita paineita ja suuria inertiaalikuormituksia. Mutta valtavat räjähdyspolttovoimat, jopa niin suuret ja massiiviset osat tuhoavat hyvin nopeasti.

Mutta on myös muita tapoja lisätä moottorin tehokkuutta - tämä on:
  A) - työseoksen palamislämpötilan nousu (lämpötila palamiskammiossa) bensiinihöyryjen täydellisen ja nopean palamisen aikaansaamiseksi. Tässä tapauksessa maksimaalinen määrä lämpöä vapautuu ja työkappale painostaa enemmän mäntää - ts. tehdä hienoa työtä.
Mäntämoottorit, joissa on kammen mekanismi ja yhdistetty “palamis-laajenemisprosessi” (3. sykli), eivät voi seurata tätä polkua, koska öljy (voitele kinemaattisen parin “mäntä-sylinteri” seinät) 220 asteen lämpötilassa alkaa jo hilautua ja lopettaa voitelun. Siksi moottorin sylinteri ja mäntä on jäähdytettävä, ja tämä johtaa moottorin lämpötehokkuuden laskuun jyrkästi.
  B) - työkappaleen laajenemistilavuuden (asteen) lisääntyminen (laajennusiskun pituus) työkappaleen kaasujen täydelliseksi laajentamiseksi. Tämä hyödyntää heidän ylimääräistä painetta täysimääräisesti. Nykyaikaisissa mäntämoottoreissa kaasut, joiden paine on 5 - 8 ilmakehää, kuluu loppuun, mikä on merkittävä menetys. Ja tämä huolimatta siitä, että mäntämoottorin keskimääräinen efektiivinen paine on vain 10 ilmakehää. Tämän paineen ”vaste” -arvon nousun estä mäntämoottorin pieni iskunpituus kampilaitteella (kampimekanismi).
  Jos lisäät moottorin työnesteen kaasujen paisuntaastetta, sen tehokkuus kasvaa merkittävästi ilman tarvetta lisätä puristusastetta.

Ensimmäinen historian polttomoottori on Lenoir-moottori. 1860

Joten, tämän artikkelin aihe: Tehokkuuden lisäämiseksi on mahdollista ja tarpeen lisätä työkappaleen (työkaasut) laajenemisastetta lisäämättä puristusastetta. Tämän pitäisi johtaa moottorin hyötysuhteen huomattavaan nousuun. Perustetaan tämä mahdollisuus tässä artikkelissa.

On oltava optimaalinen: puristussuhde voi olla melko pieni - noin 3 kertaa, tämä vastaa puristetun työseoksen varauksen painetta 4 ilmakehässä, mutta laajenemissuhteen (iskun linjan pituuden) tulisi ylittää tämä pieni puristussuhde noin 6-8 aikaa.
  Tällainen kysymyksen toteamus voi vaikuttaa oudolta ja kohtuuttomalta kaikille perinteisten moottorisuunnittelijoiden tuntejille, joita käytetään mäntämoottoreiden korkeisiin puristussuhteisiin. Mutta juuri sellainen paradoksaalinen tilanne todellisuudessa, että tutkitaan huolellisesti polttomoottoreiden malleja, jotka on luotu ja työskennelty tällaisten moottorien ilmestymisen kynnyksellä, ts. ensimmäisen ICE: n perustamisen aikakaudella.

Joten ensimmäistä väärää käsitystä, joka vahvistaa müüttia tarpeesta luoda korkea paineaste moottoriin, perustellaan sillä, että ensimmäiset polttomoottorit, jotka on luotu 150 vuotta sitten, eivät puristaneet työseosta ennakolta ennen sen sytyttämistä, ja sen tehokkuus oli siis erittäin kurja - melkein melkein sama kuin primitiiviset höyrykoneet.
  Itse asiassa Jean Lenoirin (patentti 1859) suunnittelemassa ensimmäisessä toimivassa polttomoottorissa ei ollut alustavaa puristusta työseoksesta, ja se toimi 4%: n hyötysuhteella. Vain 4% on kuin tuollaisia \u200b\u200bsurkeita ja tilaa vieviä höyrykoneita.
  Mutta Nikolaus Otto, vuonna 1877 luotu nelitahtimoottorin ensimmäinen näyte, joka toimi työseoksen alustavalla puristamisella, osoitti hyötysuhdetta 22 prosenttia käytön aikana, mikä oli tuolloin ilmiömäinen saavutus. Samanaikaisesti puristussuhde ja laajenemissuhde (kuten kaikilla nykyisillä mäntä-ICE: issä KShM: n kanssa) olivat keskenään yhtä suuret.
  Näiden tietojen perusteella:
- Lenoir-moottorin hyötysuhde ilman puristusta on 4%;
  - Otto-moottorin hyötysuhde puristuksella - 22%;
  tehdään yksinkertaisia \u200b\u200bja selkeitä johtopäätöksiä - moottori, joka toimii työseoksen alustavalla puristuksella, toimii periaatteessa tehokkaammassa tilassa, ja - mitä suurempi puristussuhde, sitä parempi. Tämä johtopäätös viimeisen 140 vuoden aikana on saanut tavanomaisen totuuden luonteen, ja viimeisen 100 vuoden aikana moottorin rakentaminen on ollut tiellä puristussuhteen arvon kasvattamiseen, joka nykyään on jo saavuttanut raja-arvonsa.

MUTTA näiden tietojen esittämisessä on yksi iso MUTTA ...
  Osoittautuu, että sama Nikolaus Otto, ennen kuin hän loi kuuluisan 4-tahtiisen kompressionsa moottorinsa vuonna 1877, vähän aikaisemmin - vuonna 1864 hän loi, tuotti ja myi menestyksekkäästi satoja hänen toista keksintöään - ilmakehän polttomoottoria, joka toimii ilman alustavaa puristamista. Tämän moottorin hyötysuhde oli 15% ... Tällainen korkea hyötysuhde ei sovi teoriaan, jonka mukaan työseoksen vahva alustava puristus on ehdottoman välttämätöntä moottorin hyötysuhteen merkittävien indikaattorien saavuttamiseksi.
  Jotkut aiheesta olivat väärässä, jotkut eivät riittäneet ymmärtämään erittäin tärkeitä tosiasioita, ja päätin tutkia tätä tilannetta. Ja tässä ovat päätelmät, joihin jouduin tekemään:
  - ehdottoman kauhea - niukka - Lenoir-moottorin tehokkuus saavutettiin, koska siinä oli ehdottomasti liian pienet laajennuksettyökaasut;
  - Ja ilman pakkausta toimivassa Otto-ilmanlaadussa käytetyllä moottorilla oli erittäin arvokas hyötysuhde 15% siitä, mikä sillä oli erittäin suuri laajennusastetyökaasut;
Totta, tällä Otto-moottorilla oli erittäin huono vääntömomentti ja pääakselin erittäin epätasainen pyörimismuoto, minkä vuoksi se korvattiin myöhemmin nopeasti nelitahtimoottoreilla. Mutta tehokkuuden arvossa hän oli erittäin kunnollinen.

  Katsotaanpa tarkkaan Lenoir-moottorin työkappaleiden mittoja ja tekemään karkeita laskelmia. Männän halkaisija on 120 mm ja männän isku 100 mm. Tuolloin moottorin kuvauksissa säilyi tieto, että noin puolet “paisuntajohdon” pituudesta oli varattu kaasun ja ilman imulle. Sitten syöttöventtiili suljettiin ja sähköinen kynttilä antoi kipinän. eli alle puolet iskunpituudesta pysyi paisuntaprosessissa tai pikemminkin yhdistetyssä palamis-paisumisprosessissa ... Kipinä sytytti kaasun ja ilman seoksen, tapahtui salama, sylinterissä olevien kaasujen lämpötila ja paine nousivat voimakkaasti ja työpaine pakotti männän edelleen. Männän työkaasupaineen suurin piikki oli 5 ilmakehää. Mutta meidän on ymmärrettävä, että työseos sytytettiin jatkuvasti kasvavan painehäviön olosuhteissa - mäntä jatkoi liikkumistaan, muodostaen tyhjiön ilmanpaineen alapuolelle ... Tällaisissa olosuhteissa vain erittäin “rikas” seos, joka oli tyydyttynyt kaasulla, voitiin syttyä. Vastaavasti palaminen tässä tilassa oli erittäin epätäydellinen, ja jopa palamistuotteet tuskin pystyivät laajentumaan kokonaan, koska työtahdin pituus oli erittäin pieni. eli mäntälle, jonka halkaisija on 120 mm. iskunpituus oli alle 50 mm. Voidaan turvallisesti olettaa, että pakokaasuihin meni erittäin korkeapaineisia kaasuja ja jopa sellaisia, jotka olivat ylikyllästetty palamattomalla kevyellä kaasulla. Siksi tällaisten parametrien moottorin teho oli vain 0,5 hevosvoimaa akselin pyörimisnopeudella 120 - 140 rpm.Joten - tarkastelemme Lenoir-moottoria. Tämä moottori työskenteli 2-jaksossa. Alun perin iskulinjassa mäntä imi valokaasua ja ilmaa (työseos). Sitten syöttöventtiili suljettiin. Sähkökynttilä antoi kipinän - ja työseos välähti, ja lisääntyneen paineen kuuma kaasu työnsi mäntää edelleen. Sitten, käänteissuunnassa, mäntä työnsi palamistuotteet sylinteristä ja sitten kaikki toistettiin uudelleen.
  eli yhdessä työjaksossa - “laajennuslinjalla” - KOLME työprosessia yhdistettiin:
  - työseoksen saanti
  - työseoksen palaminen
  - työkappaleen laajennus

YHTEENVETO- Lenoir-moottorilla oli niin alhainen hyötysuhde ja niin pieni teho, lähinnä erittäin lyhyen iskunpituuden (kun työkaasut eivät vain pysty toimimaan) ja erittäin tehottomien työprosessien järjestämisen aikana, kun erittäin ”rikas” työseos sytytettiin ilmakehän huomattavasti alhaisemmassa paineessa. tilavuuden aktiivisen laajenemisen olosuhteissa. eli tämä moottori olisi nimettävä moottoriksi, joka toimii Working Mixin alustavan laajennuksen (masennuksen) kanssa ....

SEURAAVA - harkitse toisen moottorin toimintaa, joka toimi ilman työseoksen alustavaa puristamista, mutta jonka hyötysuhde oli 15%. Tämä on 1864 ilmakehän Otto-moottori. Se oli hyvin epätavallinen moottori. Kinematiikan mukaan se näytti jotain täysin rumaa eikä sopivaa työhön, mutta "kömpelöllä" kinemaattisella kaaviolla se toimi erittäin rationaalisen työprosessien järjestämissuunnitelman mukaisesti ja sen vuoksi sen tehokkuus oli 15%.
  Tämän moottorin sylinteri asennettiin pystysuoraan ja moottorin mäntä liikkui ylös ja alas. Samanaikaisesti tässä moottorissa ei ollut kampiakselia, ja mäntä oli ylöspäin suunnattu erittäin pitkä vaihdeteline, joka hammastensa kanssa kiinnittyi vaihdelaitteeseen ja pyöritti sitä.

Otto-ilmakehän moottorinäyte 1864goda. Mäntä, jolla on pitkä hammaspyörä, joka antaa kuvan kuvan iskun pituudesta, on esitetty kuvan oikealla puolella. Samaan aikaan, kun työseos räjähti männän alla ja mäntä nousi välittömästi, vaihde pyörii tyhjäkäynnillä, koska erityinen mekanismi irrotti sen koneen vauhtipyörästä. Sitten, kun mäntä ja tanko saavuttivat äärimmäisen korkean pisteen, ja mäntässä olevien työkaasujen paine lakkasi toimimasta, mäntä ja kisko alkoivat laskea painonsa alla. Tällä hetkellä vaihde liittyi vauhtipyörän akseliin ja työtahti alkoi. Siten moottori toimi häiriöimpulsseilla ja sillä oli erittäin huono vääntömomentti. Moottorilla oli myös alhainen teho, koska voiman aiheutti vain männän ja telineen paino (ts. Toiminut painovoima) sekä ilmakehän paine, kun tyhjiö syntyi jäähdytyskaasujen ja nostetun männän sylinteriin avulla. Siksi moottoria kutsuttiin ilmakehän, koska siinä, painovoiman ohella, myös ilmakehän paine toimi.

Mutta sitten - tässä moottorin suunnittelussa prosessit organisoitiin erittäin menestyksekkäästi.
  Mieti, kuinka tämän moottorin työprosessit organisoitiin ja käytettiin.
Aluksi erityinen mekanismi nosti männän 1/10 sylinterin korkeudesta, minkä seurauksena männän alle muodostui harvinainen tila ja ilman ja kaasun seos imeytyi sinne. Seuraavaksi mäntä pysähtyi. Sitten seos sytytettiin avoimella liekillä erityisen putken läpi. Palavan kaasun räjähdyksen aikana männän alla oleva paine nousi 4 atm: iin. Tämä toiminta heitti männän ylös, kaasun tilavuus sylinterissä kasvoi ja alla oleva paine laski, koska männän sisäisellä tilavuudella ei ollut yhteyttä ilmakehään ja se oli tuolloin hermeettisesti suljettu. Kun heittää mäntää räjähdyksellä, erityinen mekanismi irrotti kiskon akselista. Männän ollessa ensin kaasupaine, ja sitten hitaus nousi, kunnes sen alle muodostui merkittävä alipaine. Tässä tapauksessa työtahti osoittautui maksimipituudeksi ja jatkui, kunnes mäntähissi kulutti kaiken palaneen polttoaineen energian (ylimääräisen työkappaleen paineen muodossa). Huomaa, että moottorin valokuva osoittaa, että iskunpituus (sylinterin korkeus) on monta kertaa suurempi - 6-8 kertaa männän halkaisija. Niin kauan hänen työhalvaus oli. Nykyaikaisissa mäntämoottoreissa männän halkaisija on suunnilleen yhtä suuri kuin isku. Vain dieseleissä - nämä modernit talouden mestarit - isku on noin 20-30 prosenttia enemmän kuin sylinterin halkaisija. Ja täällä - yli 6 tai jopa 8 kertaa ....
  Lisäksi mäntä kaatui alas ja männän isku alkoi oman painonsa kuormituksen alaisena ja ilmakehän paineen vaikutuksesta. Sen jälkeen kun sylinteriin paineistetun kaasun paine männän polulla alaspäin oli saavuttanut ilmakehän paine, pakoventtiili avattiin ja mäntä syrjäytti pakokaasut massallaan. Koko tämän ajan pitkä vaihdeteline pyöritti hammaspyörää, joka oli kytketty akselilla vauhtipyörällä. Näin moottorin teho tuotettiin. Sen jälkeen kun mäntä palasi liikeradan alapäähän, kaikki toistui uudelleen - erikoismekanismi nosti sitä vähitellen ja työseoksen tuore osa imettiin sisään.

On toinenkin ominaisuus - joka lisäsi huomattavasti tehokkuutta. Tätä ominaisuutta ei löytynyt Lenoir-moottorista eikä nykyaikaisista 2-tahti- ja 4-tahtimoottoreista. Tällaisessa epätavallisessa moottorin suunnittelussa johtuen kuumennetun työkappaleen erittäin täydellisestä laajenemisesta tämän moottorin hyötysuhde oli huomattavasti suurempi kuin Lenoir-moottorin hyötysuhde, ja siksi oli 15%. Lisäksi työseoksen syttyminen ilmakehän Otto-moottorissa tapahtui ilmakehän paineessa, kun taas Lenoir-moottorissa tämä prosessi tapahtui kasvavan tyhjiön olosuhteissa, ts. painevoimien kasvavan laskun olosuhteissa, kun paine osoittautui huomattavasti alle ilmakehän.
  On myös tarpeen sanoa, että tämän moottorin lähellä olevan periaatteellisen piirin mukaan kopra - dieselvasarat toimivat nykyään. Totta, polttoaineen syöttö ja sytytys on järjestetty eri tavalla, mutta työkappaleen liikkeen yleinen kaaviokuva on sama.

Ilmakehän Otto-moottorissa työseoksen syttymishetkellä mäntä pysyi paikallaan ja polttoaineen ensimmäisten osien palamisen aikana palamistilavuuteen muodostui kasvava paine, ts. toisessa, kolmannessa ja seuraavissa vaiheissa palaneet polttoaineosat - ne palaivat kasvavassa paineessa, ts. Työseoksen puristus tapahtui salaman paineen nousun ja palamisen varauksen ensimmäisten osien lämmön vapautumisen vuoksi. Samanaikaisesti palavan kaasun päälle puristuvan järjestelmän - männän, pitkän kiskon ja ilmakehän paineen - inertsi loi voimakkaan vastustuksen ylöspäin suuntautuvan liikkeen ensimmäiselle impulssille, mikä johti paineen huomattavaan nousuun palavan kaasun väliaineessa. eli ilmakehän paineessa olevassa Otto-moottorissa työseoksen palaminen tapahtui olosuhteissa, joissa palavan kaasun varauksen osan päätilavuus, joka ei ollut alkanut palaa, voimakkaasti puristuksessa. Vaikka mäntä ei ollut alustavaa puristamista. Juuri tällä varsinaisella puristuksella työseoksen varauksen palamisen aikana merkittävä määrä suurimmasta osasta polttoainehöyryä (yhdessä pitkän iskun kanssa) oli merkittävä rooli 1864-mallin ilmakehän Otto-moottorissa.

Mutta nykyaikaiset mäntämoottorit, kuten Lenoir-moottori 150 vuotta sitten, pakotetaan palamaan käyttöseoksen uudelle varaukselle voimakkaasti kasvavan tilavuuden olosuhteissa, kun mäntä (ja kiertotangon ja kampiakselin liikuttama sitä on voimakkaasti) epätoivoisesti poistuu sylinterin pohjasta ja kasvattaa “palamiskammion” tilavuutta. . Vertailun vuoksi mäntänopeus on nykyaikaisissa moottoreissa 10-20 metriä sekunnissa, ja liekin etuosan etenemisnopeus polttoainehöyryn voimakkaasti puristetulla varauksella on 20-35 metriä sekunnissa. Mutta nykyaikaisissa moottoreissa tämän epämiellyttävän tilanteen poistamiseksi voit yrittää asettaa työseoksen varauksen “aikaisin” - ts. kunnes liikkuva mäntä saavuttaa ylimmän kuolleen keskipisteen (TDC) edellisen mitan loppuviivalla tai lähellä tätä pistettä olevassa paikassa. Mutta Lenoir-moottorissa tämä oli mahdotonta, koska sen jälkeen kun mäntä saavutti TDC: n, tuoreen osan palavaa kaasua ja ilmaa absorboi prosessi ja sen syttyminen on mahdollista vain olosuhteissa, joissa “palamiskammion” tilavuus kasvaa voimakkaasti ja paine laskee jyrkästi työseoksen tuoreessa osassa ilmakehän alapuolelle. Siksi Lenoir-moottorilla oli niin alhainen hyötysuhde.

Voidaan olettaa, että jos ilmakehän Otto-moottorissa olisi kipinäsytytys (kuten aikaisemmassa Lenoir-moottorissa), sen hyötysuhde voisi olla melko lähellä 20%. Tosiasia on, että kun työseoksen varaus syttyi sylinterissä avoimella liekillä erityisen putken läpi puhkeamisen aikana, osa palavasta varauksesta pääsi ilmakehään tämän putken läpi ja nämä olivat huomattavia tappioita ... Jos tällaiset häviöt voitaisiin eliminoida, tämän moottorin hyötysuhde olisi selvästi korkeampi. .
  Mutta Otolla ei ollut tietoa sähkötekniikan alalta (kuten Lenoir), joten hän asensi ilmakehän moottorilleen tällaisen primitiivisen ja tehokkuutta vähentävän sytytysjärjestelmän.

  Tämän artikkelin päätelmät ovat seuraavat:

1)   - Vakiintunut mielipide mahdollisuudesta saavuttaa erittäin korkea moottorin hyötysuhde lähinnä suurimman mahdollisen asteen takia esipuristuksen   Toimiva sekoitus   voimassa vain mäntämoottorimalleissa , jossa mäntä, joka liikkuu nopeasti sylinterin "pohjasta" kohti kampiakselia (kampiakselin pakotetun käytön takia), laajentaa "palamiskammion" tilavuutta suurella nopeudella ja vähentää sytytetyn (ja myös palavan) työseoksen painetta. Lenoir-mäntämoottorissa, joka toimi ilman työseoksen alustavaa puristamista, tämä mäntämoottorien haittapuoli oli erityisen ilmeinen. Mikä johti sen erittäin heikkoon tehokkuuteen.
  Kaikentyyppisissä nykyaikaisissa mäntämoottoreissa tämän rakentavan "yleisen" haitan poistamiseksi työprosessien organisoinnissa käytetään erittäin suurta alustavaa puristusta tarkalleen, jotta työseoksen uusi varaus palaisi riittävän korkeissa paineissa ja lämpötiloissa (huolimatta palamiskammion tilavuuden nopea nousu ja vastaava painehäviö tässä kammiossa), mikä on avain työseoksen varauksen täydelliseen palamiseen ja työskentelyn luomiseen o Korkea paine ja korkea lämpötila.
2)   - tekniikan historiassa on olemassa muiden kinemaattisten kaavioiden moottorisuunnitelmia ja erilainen tapa organisoida työprosessit, missä jopa ilman alustavaa voimakasta puristamista työseoksen tuoreesta panoksesta voidaan saavuttaa hyvät hyötysuhdearvot jopa hyvin primitiivisella suunnittelulla. Esimerkki on 1864 ilmakehän Otto-moottori, jonka hyötysuhde on 15%.
3) - on mahdollista luoda erittäin tehokas polttomoottori, jossa prosessit, joissa työseoksen tuore panos poltetaan ja korkeiden parametrien mukainen työkappale luodaan, puristamalla palamisvaraus luonnollisesti johtuen itse palamisvoimista   polttokammiossa, jonka tilavuus on vakio. Lisäksi esikompressioprosessi korkeisiin arvoihin (20-30 ilmakehää), joka on tyypillistä nykyaikaisille mäntämoottoreille, vaatii huomattavan määrän moottorin energiaa ja massiivisten, isojen ja raskaiden osien käyttöä.
  Samanaikaisesti laajentumistilavuuden (pitkä isku) suuri parametri, joka on huomattavasti suurempi kuin puristumistilavuus, antaa tärkeimmän panoksen korkean hyötysuhteen saavuttamiseen.

TÄYSIN SEKÄ moottori, joka ei vaadi arvokkaan työseoksen tuoreen panoksen kallista ja vaivalloista pakkaamista, tämän artikkelin kirjoittaja luo parhaillaan. Tässä moottorissa suoritetaan alustava puristus alhaisiin arvoihin, ja työseoksen varauksen pääkompressointi vakiona olevan tilavuuden palamiskammiossa tapahtuu itse palamisen ensimmäisen vaiheen voimien takia. Ihannetapauksessa tämä olisi räjähdyspoltto: salama - räjähdys. Lisäksi korkeapaine työntekijä laajenee kykynsä loppuun suurella laajennussektorilla.

Mekanismiin syötetty energia käyttövoimien työn muodossa A ds   . ja hetket tasaisen liikkeen kiertosyklille vietetään hyödylliseen työhön A ps   . , samoin kuin työn loppuun saattaminen A Ftrliittyy kinematiikkaparien kitkavoimien ja väliaineen vastusvoimien voittamiseen.

Harkitse tasaista liikettä. Kineettisen energian lisäys on nolla, ts.

Tässä tapauksessa hitaus- ja painovoimien työ on nolla A Ri \u003d 0, A \u003d 0. Sitten vakaan liikkeen kannalta liikkeellepanevien voimien työ on

A d.s. \u003d A ps + A Ftr.

Siksi tasaisen liikkeen koko syklin ajan kaikkien käyttövoimien työ on yhtä suuri kuin tuotantoresistenssin ja ei-tuotannollisen vastusvoimien (kitkavoimien) työn summa.

Mekaaninen hyötysuhde η (tehokkuus)   - tuotantoresistenssivoimien toiminnan suhde kaikkien ajovoimien työhön tasaisen liikkeen aikana:

η = . (3.61)

Kuten kaavasta (3.61) voidaan nähdä, hyötysuhde osoittaa, kuinka suuri osa koneelle tuodusta mekaanisesta energiasta on hyödyllistä töihin, joita varten kone on suunniteltu.

Muiden kuin tuotannon vastusvoimien työn ja käyttövoimien työn välistä suhdetta kutsutaan tappiosuhde :

ψ = . (3.62)

Mekaaninen häviökerroin osoittaa, mikä osa koneelle syötetystä mekaanisesta energiasta lopulta muuttuu lämmöksi ja häviää tarpeettomasti ympäröivässä tilassa.

Siksi tehokkuuden ja häviökerroimen välillä on suhde

η \u003d 1- ψ.

Tästä kaavasta seuraa, että missään mekanismissa ei-tuotannollisen vastusvoimien työ ei voi olla nolla, joten hyötysuhde on aina pienempi kuin yhtenäisyys () η <1 ). Samasta kaavasta seuraa, että hyötysuhde voi olla nolla, jos A dv.s \u003d A Ftr. Liike, jolla A dv.s \u003d A Ftr kutsutaan naimaton . Tehokkuus ei voi olla pienempi kuin nolla, koska tätä varten se on välttämätöntä A ds<А Fтр . Ilmiö, jossa mekanismi on levossa ja samalla tila A dv.s täyttyy<А Fтр, называется itsejarruttava ilmiö   mekanismi. Mekanismi, jolle η \u003d 1 kutsutaan ikuinen liike kone .

Siten tehokkuus on sisällä

0 £ η < 1 .

Harkitse tehokkuuden määritelmää erilaisille yhdistämismekanismeille.

3.2.2.1. Tehokkuuden määrittäminen sarjayhteydessä

Olkoon n peräkkäin kytkettyä mekanismia (kuva 3.16).

A d.s. 1 A 1 2 A 2 3 A 3 A n-1 n A n

Kuva 3.16 - sarja sarjaan kytketyistä mekanismeista

Ensimmäistä mekanismia ohjaavat työtä tekevät käyttövoimat. A ds. Koska kunkin edellisen mekanismin hyödyllinen työ, joka käytetään tuotannon vastuskykyyn, on kunkin seuraavan mekanismin käyttövoimien työ, ensimmäisen mekanismin tehokkuus on yhtä suuri kuin:

η 1 \u003d A 1 /A ds ..

Toisen mekanismin tehokkuus on:

η 2 \u003d A 2 /A 1 .

Ja lopuksi, n: nnen mekanismin tehokkuus on:

η n \u003d A n /A n-1

Yleinen tehokkuus on:

η 1 n \u003d A n /A d.s.

Kokonaistehokkuuden arvo voidaan saada kertomalla kunkin yksittäisen mekanismin tehokkuus, toisin sanoen:

η 1 n \u003d η 1 η 2 η 3 ... η n= .

siksi, yleinen mekaaninen suorituskerroin peräkkäin   kytketyt mekanismit ovat yhtä suuret työ   yksittäisten mekanismien mekaaninen tehokkuus, jotka muodostavat yhden yhteisen järjestelmän:

η 1 n \u003d η 1 η 2 η 3 ... η n .(3.63)

3.2.2.2 Tehokkuuden määrittäminen sekayhteyksissä

Käytännössä mekanismien yhdistelmä on monimutkaisempaa. Useammin sarjayhteys yhdistetään rinnakkaiseen. Tällaista yhdistettä kutsutaan sekoitetuksi. Mieti esimerkki monimutkaisesta yhteydestä (kuva 3.17).

Energiavirta mekanismista 2 jakaantuu kahteen suuntaan. Kolmesta механизма-mekanismista energianvuot jakautuvat puolestaan \u200b\u200bkahteen suuntaan. Tuotantovastuksen voimien kokonaistyö on yhtä suuri kuin:

A ps \u003d A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢¢ n.

Koko järjestelmän kokonaistehokkuus on:

η \u003d A ps /A dv.s \u003d(A ¢ n + A ¢ ¢ n + A ¢ ¢¢ n)/A ds . (3.64)

Kokonaistehokkuuden määrittämiseksi on tarpeen eristää energiavirrat, joissa mekanismit on kytketty sarjaan, ja laskea kunkin virtauksen hyötysuhde. Kuvio 3.17 näyttää kiinteän energian viivan I-I, katkoviivan II-II ja katkoviivalla III-III olevan kolme energiavirtaa yhteisestä lähteestä.

A d.s. A 1 A ¢ 2 A ¢ 3 ... A ¢ n-1 A ¢ n

II A ¢¢ 2 II

A ¢¢ 3 4 ¢¢ A ¢¢ 4 A ¢¢ n-1 n ¢¢ A ¢¢ n

Suorituskykykerroin on ominaisuus laitteen tai koneen suorituskyvylle. Tehokkuus määritellään järjestelmän ulostulossa olevan hyödyllisen energian suhteena järjestelmään syötetyn energian kokonaismäärään. Tehokkuusarvo on mitaton ja määritetään usein prosentteina.

Kaava 1 - Tehokkuus

jonnekin   hyödyllinen työ

—Q   käytettyjen töiden kokonaismäärä

Kaikkien järjestelmien, jotka tekevät mitä tahansa työtä, tulisi saada energiaa ulkopuolelta, joiden avulla työ tehdään. Otetaan esimerkiksi jännitemuuntaja. Tuloon syötetään 220 voltin tulojännite, 12 volttia poistetaan ulostulosta esimerkiksi hehkulampun syöttämiseksi. Joten muuntaja muuntaa syöttöenergian vaadittuun arvoon, jolla lamppu toimii.

Mutta kaikki verkosta otettu energia ei kulje lampulle, koska muuntajassa on häviöitä. Esimerkiksi magneettisen energian menetys muuntajan ytimessä. Tai käämityksen aktiivisen vastuksen menetykset. Missä sähköenergia menee lämpöä tavoittamatta kuluttajaa. Tämä lämpöenergia tässä järjestelmässä on hyödytöntä.

Koska tehonhäviöitä ei voida välttää missään järjestelmässä, hyötysuhde on aina alle yhtenäisyyden.

Tehokkuutta voidaan pitää kuin koko järjestelmää, joka koostuu monista erillisistä osista. Ja tehokkuuden määrittämiseksi jokaiselle osalle erikseen niin kokonaishyötysuhde on yhtä suuri kuin kaikkien sen elementtien hyötysuhteen tulos.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tehokkuus määrää laitteen täydellisyyden tason energian siirron tai muutoksen merkityksessä. Se puhuu myös siitä, kuinka paljon järjestelmään syötetty energia kulutetaan hyödylliseen työhön.