Mechanická alternativa. Tepelný motor založený na novém termodynamickém principu přeplňování Comprex

Vliv teploty na motor s vnitřním spalováním

Většina tepelné energie je odebrána z motoru do chladicího systému a odváděna spolu s výfukovými plyny. Odvod tepla do chladicího systému je nezbytný, aby se zabránilo spálení pístních kroužků, spálení sedel ventilů, zadření a zadření pístu, prasknutí hlavy válců, detonace atd. Čerpadla. V vzduchem chlazené výkon spotřebovaný na pohon ventilátoru je vyšší kvůli potřebě překonat vysoký aerodynamický odpor vytvářený žebrováním hlav a válců.

Aby se snížily ztráty, je důležité zjistit, kolik tepla je třeba odvádět do chladicího systému motoru a jak lze toto množství snížit. G. Ricardo věnoval této problematice velkou pozornost již v počáteční fázi vývoje stavby motoru. Na experimentálním jednoválcovém motoru se samostatnými chladicími systémy pro hlavu válců a pro válec byly provedeny experimenty pro měření množství tepla odváděného do těchto systémů. Bylo také měřeno množství tepla odebraného chlazením během jednotlivých fází pracovního cyklu.

Doba spalování je velmi krátká, ale během této doby se tlak plynu výrazně zvyšuje a teplota dosahuje 2300-2500 ° C. Během spalování ve válci dochází k intenzivním procesům pohybu plynu, což přispívá k přenosu tepla na stěny válce. Teplo ušetřené v této fázi pracovního cyklu lze během následujícího expanzního zdvihu přeměnit na užitečnou práci. Při spalování se ztrácí asi 6% tepelné energie obsažené v palivu v důsledku přenosu tepla na stěny spalovací komory a válce.

Během expanzního zdvihu je asi 7% tepelné energie paliva přeneseno na stěny válce. Při rozpínání se píst pohybuje z TDC do BDC a postupně uvolňuje zvětšující se povrch stěn válce. Avšak jen asi 20% ušetřeného tepla i při dlouhém expanzním kurzu lze přeměnit na užitečnou práci.

Asi polovina tepla odváděného do chladicího systému připadá na výfukový cyklus. Výfukové plyny opouštějí válec vysokou rychlostí a jsou horké. Část jejich tepla se odvádí do chladicího systému přes výfukový ventil a výfukový port hlavy válců. Přímo za ventilem mění tok plynu směr téměř o 90 °, přičemž se objevují víry, které zesilují přenos tepla do stěn výstupního kanálu.

Výfukové plyny musí být z hlavy válců odstraněny nejkratší cestou, protože jejich teplo do něj přenášené výrazně zatěžuje chladicí systém a pro jeho odstraňování do okolni vzduch vyžaduje použití zlomku efektivního výkonu motoru. Během období uvolňování plynu je do chladicího systému odváděno asi 15% tepla obsaženého v palivu. Tepelná bilance benzínového motoru je uvedena v tabulce. osm.

Tabulka 8. Tepelná bilance benzínového motoru

	Podíl na zůstatku%
		32
ve spalovací fázi	6
v průběhu expanze	7
během vydání	15
Všeobecné	28	28
		40
Celkový		100

Dieselový motor má různé podmínky odvodu tepla. Díky vyššímu kompresnímu poměru je teplota plynů opouštějících válec mnohem nižší. Z tohoto důvodu je množství tepla odebraného během výfukového zdvihu menší a v některých případech činí asi 25% celkového tepla dodaného chladicímu systému.

Tlak a teplota plynů během spalování v dieselovém motoru je vyšší než v benzínovém motoru. Spolu s vysokými rychlostmi otáčení plynů ve válci přispívají tyto faktory ke zvýšení množství tepla přenášeného na stěny spalovací komory. Během spalování je tato hodnota asi 9%a během expanze - 6%. Během zdvihu výfuku je 9% energie obsažené v palivu odebráno do chladicího systému. Tepelná bilance vznětového motoru je uvedena v tabulce. devět.

Tabulka 9. Tepelná bilance nafty

Součásti tepelné bilance	Podíl na zůstatku%
Teplo se proměnilo v užitečnou práci		45
Teplo odebrané do chladicího systému:
ve spalovací fázi	8
v průběhu expanze	6
během vydání	9
Všeobecné	23	23
Teplo generované třením pístu		2
Teplo rozptylované výfukovými plyny a zářením		30
Celkový		100

Teplo generované třením pístu o stěny válce v benzínovém motoru je asi 1,5% a v dieselovém motoru je to asi 2% z jeho celkového množství. Toto teplo se také přenáší do chladicího systému. Je třeba poznamenat, že uvedené příklady představují výsledky měření provedených na výzkumu jednoválcových motorů a necharakterizují automobilové motory, ale slouží pouze k prokázání rozdílů v tepelných bilancích benzínového motoru a naftového motoru.

TEPLO VYBITÉ DO SYSTÉMU CHLAZENÍ

Chladicí systém odebírá asi 33% tepelné energie obsažené v použitém palivu. Již na úsvitu vývoje spalovacích motorů začalo hledání způsobů, jak alespoň část tepla odebraného do chladicí soustavy přeměnit na efektivní výkon motoru. V té době byl široce a efektivně používán parní stroj s tepelně izolovaným válcem, a proto se přirozeně pokusili použít tento způsob tepelné izolace na spalovací motor. Experimenty v tomto směru prováděli prominentní specialisté, jako například R. Diesel. V průběhu experimentů se však objevily značné problémy.

V klikovém mechanismu používaném ve spalovacích motorech tlak plynů na píst a síla setrvačnosti translačně se pohybujících hmot tlačí píst na stěnu válce, což při vysokých otáčkách pístu vyžaduje dobré mazání tohoto třecího páru . V tomto případě by teplota oleje neměla překročit přípustné limity, což zase omezuje teplotu stěny válce. U moderních motorových olejů by teplota stěny válce neměla být vyšší než 220 ° C, zatímco teplota plynů ve válci během spalování a expanze je řádově vyšší a z tohoto důvodu musí být válec chlazen.

Další problém souvisí s udržováním normální teploty výstupního ventilu. Pevnost oceli klesá při vysokých teplotách. Použitím speciálních ocelí jako materiálu výfukového ventilu lze jeho maximální povolenou teplotu zvýšit na 900 ° C.

Teplota plynů ve válci během spalování dosahuje 2500-2800 ° C. Pokud by teplo přenesené na stěny spalovací komory a válce nebylo odstraněno, pak by jejich teplota překročila přípustné hodnoty pro materiály, ze kterých jsou tyto části vyrobeny. Hodně závisí na rychlosti plynu poblíž zdi. Je prakticky nemožné určit tuto rychlost ve spalovací komoře, protože se mění během celého pracovního cyklu. Podobně je obtížné určit teplotní rozdíl mezi stěnou válce a vzduchem. Při sání a na začátku stlačování je vzduch chladnější než stěny válce a spalovací komora, a proto se teplo přenáší ze stěny do vzduchu. Počínaje od určité polohy pístu během kompresního zdvihu stoupá teplota vzduchu nad teploty stěny a tepelný tok mění směr, to znamená, že teplo se přenáší ze vzduchu na stěny válce. Výpočet přenosu tepla za takových podmínek je problém velké složitosti.

Prudké změny teploty plynů ve spalovací komoře ovlivňují také teplotu stěn, která kolísá během jednoho cyklu na povrchu stěn a v hloubce menší než 1,5-2 mm, a hlouběji se nastavuje v určité průměrná hodnota. Při výpočtu přenosu tepla je to tato průměrná hodnota teploty, kterou je třeba vzít pro vnější povrch stěny válce, ze kterého se teplo přenáší do chladicí kapaliny.

Povrch spalovací komory zahrnuje nejen nuceně chlazené části, ale také korunu pístu a ventilové kotouče. Přenos tepla na stěny spalovací komory je inhibován vrstvou uhlíkových usazenin a na stěny válce - olejovým filmem. Hlavy ventilů musí být ploché, aby poskytovaly minimální povrchovou plochu pro horké plyny. Po otevření je sací ventil ochlazován vstupním proudem náplně, zatímco výfukový ventil je během provozu výfukovými plyny velmi horký. Dřík tohoto ventilu je chráněn před horkými plyny dlouhým vedením, které téměř dosáhne na ventilový kotouč.

Jak již bylo uvedeno, maximální teplota výfukového ventilu je omezena tepelným odporem materiálu, ze kterého je vyroben. Teplo z ventilu je odváděno hlavně přes jeho sedlo do chlazené hlavy válců a částečně přes vedení, které je také potřeba chladit. U výfukových ventilů pracujících v extrémních teplotních podmínkách je dřík dutý a částečně naplněný sodíkem. Když je ventil zahřátý, sodík je v kapalném stavu, a protože nevyplňuje celou dutinu tyče, při pohybu ventilu se v něm intenzivně pohybuje, čímž odvádí teplo z ventilového kotouče do jeho vedení a poté do chladicí médium.

Disk výfukového ventilu má nejmenší teplotní rozdíl s plyny ve spalovací komoře, a proto se do něj při spalování přenáší relativně málo tepla. Při otevření výfukového ventilu je však přenos tepla z proudu výfukových plynů na ventilový kotouč velmi vysoký, což určuje jeho teplotu.

ADIABATOVÉ MOTORY

V adiabatickém motoru není válec a jeho hlava chlazeno, takže nedochází k tepelným ztrátám v důsledku chlazení. Ke stlačování a expanzi ve válci dochází bez výměny tepla se stěnami, tj. Adiabaticky, podobně jako v Carnotově cyklu. Praktická implementace takového motoru je spojena s následujícími obtížemi.

Aby tepelné toky mezi plyny a stěnami válce chyběly, je nutné, aby se teploty stěny v každém časovém okamžiku rovnaly teplotě plynu. Tak rychlá změna teploty stěny během cyklu je prakticky nemožná. Cyklus blízký adiabatu by bylo možné realizovat, pokud je teplota stěn během cyklu zajištěna v rozmezí 700-1200 ° C. Přitom materiál stěn musí při takové teplotě zůstat funkční a navíc je nutná tepelná izolace stěn, aby se z nich odstranil odvod tepla.

Takovou průměrnou teplotu stěn válce je možné zajistit pouze v její horní části, která není v kontaktu s hlavou pístu a jejími kroužky, a proto nevyžaduje mazání. V tomto případě však není možné zajistit, aby se horké plyny neplavily přes mazanou část stěn válce, když se píst pohybuje směrem k BDC. Současně lze předpokládat vytvoření válce a pístu, které nepotřebují mazání.

Další potíže jsou spojeny s ventily. Vstupní ventil je částečně chlazen nasávaným vzduchem. K tomuto chlazení dochází v důsledku zvýšení teploty vzduchu a v konečném důsledku vede ke ztrátě části účinného výkonu a účinnosti motoru. Přenos tepla do ventilu během spalování lze výrazně omezit tepelnou izolací ventilového kotouče.

Teplotní podmínky výfukového ventilu jsou mnohem obtížnější. Horké plyny opouštějící válec mají vysokou rychlost při přechodu ventilového kotouče do dříku a silně zahřívají ventil. Proto, aby se dosáhlo účinku adiabatičnosti, je nutná tepelná izolace nejen pro ventilový kotouč, ale také pro jeho dřík, jehož odvod tepla se provádí chlazením jeho sedla a vedení. Kromě toho musí být celý výfukový kanál v hlavě válců tepelně izolován, aby se teplo výfukových plynů opouštějících válec nepřenášelo jeho stěnami do hlavy.

Jak již bylo zmíněno, během kompresního zdvihu se ze stěn horkého válce nejprve ohřívá relativně studený vzduch. Dále během procesu komprese teplota vzduchu stoupá, směr tepelného toku se mění a teplo ze zahřátých plynů se přenáší na stěny válce. Na konci adiabatické komprese je dosaženo více ve srovnání s kompresí v konvenční motor hodnotu teploty plynu, ale spotřebuje více energie.

Při ochlazování stlačeného vzduchu se vynakládá méně energie, protože ke stlačení menšího objemu vzduchu v důsledku chlazení je zapotřebí méně práce. Chlazení válce během komprese tedy zlepšuje mechanickou účinnost motoru. V průběhu expanze je naopak vhodné na začátku tohoto zdvihu izolovat válec nebo dodávat teplo náplni. Tyto dvě podmínky se navzájem vylučují a není možné je současně implementovat.

Chlazení stlačeným vzduchem lze v přeplňovaných spalovacích motorech dosáhnout dodáním vzduchu poté, co byl stlačen v kompresoru, do chladiče mezichladiče.

Dodávka tepla do vzduchu ze stěn válce na začátku expanze je v omezené míře možná. Teploty stěn spalovací komory adiabatického motoru

velmi vysoká, což způsobí zahřátí vzduchu vstupujícího do válce. Poměr plnění, a tedy výkon takového motoru, bude nižší než u motoru s nuceným chlazením. Tuto nevýhodu lze odstranit pomocí turbodmychadla, které využívá energii výfukových plynů; část této energie lze přenést přímo do klikový hřídel motor prostřednictvím výkonové turbíny (turbo složený motor).

Horké stěny spalovací komory adiabatického motoru na nich zajišťují vznícení paliva, což předurčuje použití pracovního postupu pro naftu v takovém motoru.

Při dokonalé tepelné izolaci spalovací komory a válce by se teplota stěny zvyšovala až do dosažení průměrné teploty cyklu v hloubce asi 1,5 mm od povrchu, tj. bude 800-1200 ° C Takové teplotní podmínky kladou vysoké požadavky na materiály válce a části, které tvoří spalovací komoru, které musí být žáruvzdorné a mít tepelně izolační vlastnosti.

Válec motoru, jak bylo uvedeno, musí být namazán. Běžné oleje se používají až do teploty 220 ° C, nad kterou hrozí spálení a ztráta pružnosti pístních kroužků. Pokud je hlava válce vyrobena ze slitiny hliníku, pevnost takové hlavy se rychle snižuje již při teplotě 250-300 ° C. Přípustná teplota pro ohřev výfukového ventilu je 900-1000 ° C. Tyto hodnoty maximálních přípustných teplot je třeba řídit při vytváření adiabatického motoru.

Největšího úspěchu ve vývoji adiabatických motorů dosáhla společnost Cummins (USA). Schéma adiabatického motoru vyvinutého touto společností je znázorněno na obr. 75 pro tepelně izolovaný výfukový port válce, pístu a hlavy válce. Teplota výfukových plynů v tepelně izolovaném výfukovém potrubí je 816 ° C. Turbína spojená s výfukovým potrubím je s klikovým hřídelem spojena prostřednictvím dvoustupňové převodovky vybavené torzním tlumičem vibrací.

Prototyp adiabatického motoru byl založen na šestiválcovém vznětovém motoru NH. Schematický průřez tohoto motoru je znázorněn na obr. 76 a jeho parametry jsou uvedeny níže:

Počet válců ............................................... 6
Průměr válce, mm ... 139,7
Zdvih pístu, mm ........................................... ... 152,4
Frekvence otáčení, min-1 .................................. 1900
Maximální tlak ve válci, MPa ..... 13
Typ maziva ............................... Olej
Průměrný efektivní tlak, MPa ............... 1.3
Poměr vzduch / palivo 27 ... 1
Teplota vstupního vzduchu, ° С ................ 60

Očekávané výsledky

Výkon, kW ............................................. 373
Frekvence otáčení, min-1 ............................. 1900
Emise NOx + CHx ..................................... 6,7
Specifická spotřeba paliva, g / (kW h) ... ... 170
Životnost, h ............................................. 250

V konstrukci motoru jsou široce používány sklokeramické materiály s vysokou tepelnou odolností. Dosud však nebylo možné zajistit vysokou kvalitu a dlouhou životnost dílů vyrobených z těchto materiálů.

Velká pozornost byla věnována vytvoření kompozitního pístu zobrazeného na obr. 77. Keramická hlava pístu 1 připojen k jeho základně 2 speciální šroub 3 s podložkou 4 . Maximální teplota uprostřed hlavy dosahuje 930 ° C. Od základny je hlava tepelně izolována balíčkem tenkých ocelových rozpěr 6 s vysoce nerovným a drsným povrchem. Každá vrstva obalu má díky malé kontaktní ploše vysoký tepelný odpor. Tepelná roztažnost šroubu je kompenzována pomocí talířových pružin 5.

DEMONTÁŽ TEPLA DO VZDUCHU A JEHO REGULACE

Odvod tepla chladicím systémem způsobuje nejen ztrátu tepelné energie, kterou by bylo možné realizovat za provozu, ale také přímé ztráty části efektivního výkonu motoru v důsledku pohonu ventilátoru a vodního čerpadla. Odvod tepla z chlazeného povrchu S do vzdušného prostředí závisí na teplotním rozdílu mezi tímto povrchem a vzduchem t, jakož i na součiniteli přestupu tepla chladicí plochy do vzduchu. Tento faktor se výrazně nemění bez ohledu na to, zda je chladicí plocha tvořena žebry chladiče kapalinového chladicího systému nebo žebry částí vzduchem chlazeného motoru. Nejprve zvažme motory s kapalinovým chladicím systémem.

Množství chladicího vzduchu je menší, čím více tepla se odebere na jednotku jeho objemu, to znamená, čím více se chladicí vzduch zahřeje. To vyžaduje rovnoměrné rozložení vzduchu po celé chladicí ploše a maximální teplotní rozdíl mezi ní a vzduchem. V chladiči kapalinového chladicího systému jsou vytvořeny podmínky, za kterých má ochlazený povrch téměř rovnoměrné teplotní pole a teplota chladicího vzduchu se při pohybu radiátorem postupně zvyšuje a na výstupu z něj dosahuje maximální hodnoty. Teplotní rozdíl mezi vzduchem a ochlazovaným povrchem se postupně zmenšuje. Na první pohled se zdá, že je vhodnější hluboký chladič, protože vzduch se v něm více zahřívá, ale na tento problém je třeba pohlížet z energetického hlediska.

Součinitel prostupu tepla povrchem a je komplexní závislostí na řadě faktorů, největší vliv na jeho hodnotu však má průtok vzduchu v blízkosti chladicího povrchu. Vztah mezi nimi může být reprezentován poměrem ~ 0,6-0,7.

Se zvýšením rychlosti vzduchu o 10%se odvod tepla zvýší pouze o 7%. Průtok vzduchu je úměrný jeho průtoku radiátorem. Pokud se konstrukce chladiče nezmění, pak by se pro zvýšení množství odebraného tepla o 7%měla zvýšit rychlost ventilátoru o 10%, protože množství vzduchu dodávaného ventilátorem na něm přímo závisí. Tlak vzduchu při konstantní ploše průřezu ventilátoru závisí na druhém stupni jeho rychlosti otáčení a hnací výkon ventilátoru je úměrný jeho třetímu stupni. Když se tedy rychlost ventilátoru zvýší o 10%, výkon pohonu se zvýší o 33%, což má negativní důsledky, projevující se zhoršením mechanické účinnosti motoru.

Závislost množství chladicího vzduchu na množství odváděného tepla, jakož i na zvýšení tlaku vzduchu a výkonu pohonu ventilátoru je znázorněna na obr. 78. Z hlediska snižování nákladů na energii je tento nomogram velmi užitečný. Pokud se přední plocha chladiče zvětší o 7%, pak se plocha průtokové plochy a chladicí plocha chladiče proporcionálně zvětší, a proto množství chladicího vzduchu postačuje ke zvýšení o 7 %, aby se odstranilo o 7% více tepla, tj. jako v příkladu popsaném výše. Současně se výkon ventilátoru zvýší pouze o 22,5% namísto 33%. Pokud vzduch proudí ventilátorem PROTI z zvýšení o 20% (tečka a šipky 1 na obr. 78), pak množství úběru a tepla Q, úměrné PROTIz0,3 , se zvýší o 11,5%. Změna proudu vzduchu zvýšením otáček ventilátoru o stejných 20%vede ke zvýšení tlaku vzduchu o 44%a výkonu pohonu ventilátoru o 72,8%. Chcete -li zvýšit odvod tepla o 20% stejným způsobem, zvyšte průtok vzduchu o 35,5% (tečky a tečkované šipky 2 na obr. 78), což znamená zvýšení tlaku vzduchu o 84%a výkonu ventilátoru - téměř 2,5krát (o 149%). Proto je výhodnější zvětšit přední povrch chladiče, než zvýšit jeho otáčky se stejným chladičem a ventilátorem.

Pokud je radiátor rozdělen na dvě stejné části podél své hloubky, pak teplotní rozdíl v přední části t1 bude víc než vzadu t2 , a proto bude přední část chladiče více chlazena vzduchem. Dva radiátory získané rozdělením jednoho na dvě části do hloubky budou mít menší odpor vůči proudu chladicího vzduchu. Příliš hluboký radiátor je proto nevýhodný pro použití.

Radiátor by měl být vyroben z materiálu s dobrou tepelnou vodivostí a jeho odolnost vůči proudění vzduchu a kapaliny by měla být malá. Hmotnost chladiče a objem kapaliny v něm by měla být také malá, protože je to důležité pro rychlé zahřátí motoru a začlenění topného systému do auta. Pro moderní osobní vozy s nízkým předním koncem jsou vyžadovány nízké radiátory.

Aby se minimalizovaly náklady na energii, je důležité dosáhnout vysoké účinnosti ventilátoru, k čemuž se používá potrubí pro vedení vzduchu, které má malou mezeru podél vnějšího průměru oběžného kola ventilátoru. Oběžné kolo ventilátoru je často vyrobeno z plastu, což zaručuje přesný tvar profilu lopatky, jejich hladký povrch a nízkou hlučnost. Při vysokých rychlostech otáčení se tyto lopatky deformují, čímž se snižuje průtok vzduchu, což je velmi vhodné.

Vysoká teplota chladiče zvyšuje jeho účinnost. V současné době se proto používají uzavřené radiátory, jejichž přetlak zvyšuje teplotu varu chladicí kapaliny a následně i teplotu celé matrice chladiče, která může být menší a lehčí.

Pro vzduchem chlazený motor platí stejné zákony jako pro kapalinou chlazený motor. Rozdíl je v tom, že žebra vzduchem chlazených částí motoru mají vyšší teplotu než matice chladiče, takže k odstranění stejného množství tepla během chlazení vzduchem je zapotřebí méně chladicího vzduchu. Tato výhoda má velký význam při provozu vozidel v horkém podnebí. Stůl 10 ukazuje provozní režimy kapalinou a vzduchem chlazených motorů, když se okolní teplota změní z 0 na 50 ° C. U kapalinou chlazeného motoru je stupeň chlazení snížen o 45,5%, zatímco u vzduchem chlazeného motoru za stejných podmínek je to pouze 27,8%. Pro kapalinou chlazený motor to znamená objemnější a energeticky náročnější chladicí systém. U vzduchem chlazeného motoru stačí mírná úprava ventilátoru.

Tabulka 10. Účinnost chlazení motoru kapalinovým a vzduchovým chladicím systémem v závislosti na vnější teplotě

Typ chlazení, ° С	Kapalný	Vzduch
Teplota chladicího povrchu	110	180
	0	0
Teplotní rozdíl	110	180
Teplota chladicího vzduchu	50	50
Teplotní rozdíl	60	130
Zhoršení režimu při teplotě 50 ° С ve srovnání s 0 ° С,%	45,5	27,5

Řízení chlazení má za následek velké úspory energie. Chlazení lze nastavit tak, aby bylo uspokojivé při maximálním zatížení motoru a maximální teplotě okolí. Při nižších okolních teplotách a při částečném zatížení motoru je však toto chlazení přirozeně nadměrné a chlazení se musí znovu upravit, aby se snížilo opotřebení a mechanická účinnost motoru. U kapalinou chlazených motorů se to obvykle provádí škrcením toku kapaliny chladičem. V tomto případě se spotřeba energie ventilátoru nemění a z energetického hlediska taková regulace nepřináší žádný užitek. Například pro chlazení motoru o výkonu 50 kW na teplotu 30 ° C se spotřebuje 2,5 kW a při teplotě 0 ° C a zatížení motoru 50% jeho plného výkonu by bylo zapotřebí pouze 0,23 kW. Za předpokladu, že požadované množství chladicího vzduchu je úměrné teplotnímu rozdílu mezi povrchem chladiče a vzduchem, při 50% zatížení motoru postačuje k ochlazení motoru také poloviční průtok vzduchu regulovaný otáčkami ventilátoru. Úspora energie a následně i spotřeby paliva při takové regulaci může být poměrně značná.

Zvláštní pozornost je proto v současné době věnována regulaci chlazení. Nejpohodlnější regulací je změna rychlosti ventilátoru, ale pro její implementaci je nutné mít variabilní pohon.

Vypnutí pohonu ventilátoru má stejný účel jako změna jeho rychlosti. K tomu je vhodné použít elektromagnetickou spojku, která se zapíná termostatem, v závislosti na teplotě kapaliny (nebo hlavy válců). Pokud je spojka zapnuta termostatem, regulace se provádí nejen v závislosti na okolní teplotě, ale také na zatížení motoru, což je velmi účinné.

Vypnutí ventilátoru pomocí viskózní spojka vyráběno několika způsoby. Jako příklad zvažte viskózní spojku od společnosti Holset (USA).

Nejjednodušší metoda využívá omezení přenášeného točivého momentu. Protože točivý moment potřebný k otáčení ventilátoru se zvyšuje se zvyšujícími se otáčkami, zvyšuje se i prokluz viskózní spojky a při určité hodnotě příkonu ventilátoru se jeho otáčky již nezvyšují (obr. 79). Otáčky ventilátoru s neregulovaným pohonem klínového řemene od klikového hřídele motoru se zvyšují úměrně s otáčkami motoru (křivka B), zatímco v případě pohonu ventilátoru viskózní spojkou se jeho frekvence zvyšuje pouze na hodnotu hproti = 2500 min-1 (rotační křivka ALE neregulovaný pohon, zvyšuje se úměrně třetímu ). Výkon spotřebovaný ventilátorem na úrovni otáček a v režimu maximálního výkonu je 8,8 kW. U ventilátoru poháněného viskózní spojkou se otáčení zvyšuje, jak bylo poznamenáno, až na 2500 min-1, a požadovaná frekvence v režimu výkonu ventilátoru je 2 kW. Protože ve viskózní spojce při 50% skluzu se další 1 kW rozptýlí do tepla, celková úspora energie na pohonu ventilátoru snižuje spotřebu paliva. Taková regulace chlazení 5,8 kW, i když to lze považovat za uspokojivé, spotřeba vzduchu se nezvyšuje přímo úměrně s frekvencí, protože otáčky motoru a rychlost pohybu zůstávají růstem hlavy rychlosti, v navíc se zvýšením vzduchu, který pomáhá chladit motor.

Jiný typ viskózní spojky společnosti „Holset“ zajišťuje kromě teploty okolí také regulaci tepelného režimu motoru (obr. 80). Tato spojka se liší od dříve uvažované v tom, že objem tekutiny v ní, přenášející točivý moment, závisí na vnější teplotě. Pouzdro spojky je rozděleno přepážkou 5 (viz obr. 81) na komoru hnacího kotouče 1 a komora 2 rezervního objemu, propojená ventilem 3. Ventil je řízen bimetalovým termostatem 4 v závislosti na teplotě vzduchu. Naběračka 6, přitlačená na disk pružinou, slouží k vypouštění kapaliny z disku a zrychlení jejího přetékání z diskové komory do objemu 2. Část kapaliny je neustále v komoře hnacího disku a je schopna přenášet malý točivý moment na ventilátor. Například při teplotě vzduchu 40 ° C jsou maximální otáčky ventilátoru 1300 min-1 a spotřeba energie nepřesahuje 0,7 kW. Když se motor zahřeje, bimetalový termostat otevře ventil a část kapaliny vstoupí do komory hnacího kotouče. Jak se zvětšuje průtoková plocha ventilu, zvyšuje se množství kapaliny vstupující do diskové komory a když je ventil zcela otevřen, je jeho hladina v obou polovinách stejná. Změna přenášeného točivého momentu a otáček ventilátoru je znázorněna křivkami A 2 (viz obr. 80).

V tomto případě je maximální rychlost veptilátoru 3200 min-1 a spotřeba energie se zvyšuje na 3,8 kW. Maximální otevření ventilu odpovídá okolní teplotě 65 ° C. Popsaná regulace chlazení motoru může snížit spotřebu paliva v osobních automobilech o 1 l / 100 km.

Výkonné motory mají ještě důmyslnější systémy řízení chlazení. U dieselových motorů Tatra je ventilátor poháněn kapalinovou spojkou, jejíž objem oleje je řízen termostatem v závislosti na teplotě výfukových plynů a okolního vzduchu. Odečty teplotního senzoru ve výfukovém potrubí závisí hlavně na zatížení motoru a v menší míře na jeho otáčkách. Zpoždění tohoto senzoru je velmi malé, takže regulace chlazení s ním je dokonalejší.

Řízení chlazení otáčkami ventilátoru je v každém typu spalovacího motoru relativně snadné; tím se snižuje celkový hluk generovaný vozidlem.

Když je motor umístěn před vozidlem, mechanický pohon ventilátoru působí určité potíže, a proto se častěji používá elektrický pohon ventilátoru. V tomto případě je regulace chlazení výrazně zjednodušena. Ventilátor s elektrickým pohonem by neměl mít velkou spotřebu energie, proto obvykle využívají efekt chlazení vysokorychlostním tlakem vzduchu, když se auto pohybuje, protože se zvýšením zatížení motoru rychlost auto, a proto roste vysokorychlostní tlak vzduchu, který kolem něj proudí. Elektrický pohon ventilátoru funguje pouze krátkodobě při překonávání dlouhých stoupání nebo při vysokých okolních teplotách. Průtok chladicího vzduchu ventilátorem je regulován zapnutím elektromotoru pomocí termostatu,

Pokud je chladič umístěn daleko od motoru, například v autobusu se zadním motorem, je ventilátor obvykle hydrostaticky poháněn. Hydraulické čerpadlo poháněné motorem autobusu dodává olej pod tlakem pomocí hydraulického pístového motoru s výkyvným talířem. Takový pohon je složitější a jeho použití je vhodné u vysoce výkonných motorů.

AVYUŽITÍ TEPLA VYKONÁVANÉHO VÝFUKOVÝMI PLYNY

Výfukové plyny z motoru obsahují značné množství tepelné energie. Lze jej použít například k ohřevu auta. Ohřívání vzduchu výfukovými plyny ve výměníku tepla plyn-vzduch topného systému je nebezpečné kvůli možnosti vyhoření nebo úniku jeho potrubí. K přenosu tepla se proto používá olej nebo jiná nemrznoucí kapalina ohřívaná výfukovými plyny.

Ještě účelnější je použít výfukové plyny k pohonu chladicího ventilátoru. Při vysokém zatížení motoru mají výfukové plyny nejvyšší teplotu a motor potřebuje intenzivní chlazení. Proto je použití turbíny na výfukové plyny k pohonu ventilátoru chladicího systému velmi vhodné a v současné době začíná nalézat uplatnění. Takový pohon dokáže automaticky regulovat chlazení, i když je dost drahý.

Ejekční chlazení lze z hlediska nákladů považovat za přijatelnější. Výfukové plyny jsou odsávány z ejektorového chladicího vzduchu, který se s nimi mísí a vypouští do atmosféry. Takové zařízení je levné a spolehlivé, protože nemá žádné pohyblivé části. Příklad ejekčního chladicího systému je znázorněn na obr. 82.

Ejekční chlazení bylo úspěšně použito v závodních automobilech Tatra a v některých specializovaných vozidlech. Nevýhodou systému je vysoká hladina hluku, protože výfukové plyny musí být přiváděny přímo do ejektoru a umístění tlumiče za ním způsobuje potíže.

Hlavním způsobem využití energie výfukových plynů je jejich expanze v turbíně, která se nejčastěji používá k pohonu odstředivého kompresoru pro posílení motoru.Může být také použit pro jiné účely, například pro výše uvedený pohon ventilátorů; v turbo složených motorech je přímo spojen s klikovým hřídelem motoru.

V motorech, které používají jako palivo vodík, lze teplo z výfukových plynů a teplo odváděné do chladicího systému použít k ohřevu hydridů, čímž se extrahuje vodík v nich obsažený. Při této metodě se toto teplo akumuluje v hydridech a s novým plněním hydridových nádrží vodíkem může být použito k různým účelům pro ohřev vody, vytápění budov atd.

Energie výfukových plynů je částečně využita ke zlepšení posílení motoru pomocí výsledných výkyvů jejich tlaku ve výfukovém potrubí. Použití kolísání tlaku spočívá v tom, že po otevření ventilu vzniká v potrubí tlaková rázová vlna, která rychlostí zvuku prochází na otevřený konec potrubí, odráží se od něj a vrací se do ventilu ve formě vlna vzácnosti. Během otevřeného stavu ventilu může vlna projít potrubím několikrát. V tomto případě je důležité, aby do fáze zavírání výfukového ventilu přišla vakuová vlna, která pomáhá vyčistit válec od výfukových plynů a vyčistit jej čerstvým vzduchem. Každá větev potrubí vytváří překážky v cestě tlakových vln, proto jsou pro jednotlivé potrubí z každého válce vytvořeny nejpříznivější podmínky pro použití kolísání tlaku, které mají stejné délky od hlavy válců po integraci do společného potrubí .

Rychlost zvuku nezávisí na otáčkách motoru, proto se v celém jeho rozsahu střídají příznivé i nepříznivé provozní podmínky z hlediska plnění a čištění válců. Na křivkách výkonu motoru Ne a jeho průměrném efektivním tlaku pe se to projevuje formou „hrbů“, což je jasně vidět na obr. 83, který ukazuje vnější rychlostní charakteristiku motoru závodního vozu Porsche. Kolísání tlaku se používá také v sacím potrubí: příchod tlakové vlny k sacímu ventilu, zejména ve fázi jeho uzavření, přispívá k čištění a čištění spalovací komory.

Pokud je ke společnému výfukovému potrubí připojeno několik válců motoru, pak by jejich počet neměl být větší než tři a střídání práce by mělo být rovnoměrné, aby výstup výfukových plynů z jednoho válce neblokoval a neovlivňoval proces výfuku z jiný. U řadového čtyřválcového motoru jsou dva vnější válce obvykle spojeny do jedné společné větve a dva střední válce do druhé. V řadovém šestiválcovém motoru jsou tyto větve tvořeny třemi předními a třemi zadními válci. Každá z větví má nezávislý vstup do tlumiče, nebo v určité vzdálenosti od něj jsou větve kombinovány a jejich společný vstup do tlumiče je organizován.

TURBOCHARGING MOTOR

Turbodmychadlo využívá energii z výfukových plynů v turbíně, která pohání odstředivý kompresor a dodává vzduch do motoru. Velká hmotnost vzduchu vstupujícího do motoru pod tlakem z kompresoru pomáhá zvýšit specifický výkon motoru a snížit jeho specifickou spotřebu paliva. Dvoustupňová komprese vzduchu a expanze výfukových plynů, prováděné v přeplňovaném motoru, zajišťují vysokou účinnost indikátoru motoru.

Pokud je k přeplňování použit mechanicky poháněný kompresor, pak se díky přísunu více vzduchu zvyšuje pouze výkon motoru. Pokud je expanzní zdvih udržován pouze ve válcích motoru, výfukové plyny jej nechávají pod vysokým tlakem, a pokud nebudou v budoucnu použity, způsobí to zvýšení měrné spotřeby paliva.

Stupeň zvýšení závisí na účelu motoru. Při vyšších plnicích tlacích se vzduch v kompresoru velmi zahřívá a je třeba jej ochladit na vstupu do motoru. V současné době se turbodmychadlo používá hlavně ve vznětových motorech, jejichž zvýšení výkonu o 25-30% nevyžaduje velký posilovač podle plnicího tlaku a chlazení motoru nezpůsobuje žádné potíže. Tento způsob zvýšení výkonu vznětového motoru se používá nejčastěji.

Zvýšení množství vzduchu vstupujícího do motoru umožňuje provozovat chudé směsi, což snižuje výkon CO a CHx. Protože je výkon vznětových motorů regulován přívodem paliva a přiváděný vzduch není škrcen, používají se při částečném zatížení velmi chudé směsi, což přispívá ke snížení specifické spotřeby paliva. Chudé zapalování v přeplňovaných vznětových motorech je jednoduché, protože k němu dochází při vysokých teplotách vzduchu. Vyčištění spalovací komory přiváděným vzduchem u vznětových motorů je přípustné, protože na rozdíl od benzínového motoru nenesou palivo do výfukového potrubí.

U přeplňovaného vznětového motoru je kompresní poměr obvykle mírně snížen, aby se omezil maximální tlak ve válcích. Vyšší tlaky vzduchu a teploty na konci kompresního zdvihu snižují zpoždění zapalování a tuhost motoru se snižuje.

U vznětových motorů s turbodmychadlem existují určité problémy, když je nutné rychle zvýšit výkon motoru. Když stisknete ovládací pedál, zvýšení přívodu vzduchu v důsledku setrvačnosti turbodmychadla zaostává za zvýšením dodávky paliva, proto motor nejprve běží na bohatou směs se zvýšeným kouřem a až po určité době složení směsi dosahuje požadované hodnoty. Délka této periody závisí na momentu setrvačnosti rotoru turbodmychadla. Pokus o snížení setrvačnosti rotoru na minimum zmenšením průměru oběžných kol turbíny a kompresoru s sebou nese potřebu zvýšit rychlost otáčení turbodmychadla na 100 000 min. Taková turbodmychadla jsou malá a lehká, příklad jednoho z nich je uveden na obr. 84. Získat vysoké otáčky používá se turbodmychadlo, dostředivé turbíny. Přenos tepla z pláště turbíny do skříně kompresoru by měl být minimalizován, takže oba pláště jsou navzájem dobře izolovány. V závislosti na počtu válců a schématu připojení jejich výfukových potrubí mají turbíny jeden nebo dva vstupy pro výfukové plyny. Přeplňovaný vznětový motor díky využití energie výfukových plynů umožňuje dosáhnout velmi nízké specifické spotřeby paliva. Připomeňme, že tepelné bilance spalovacích motorů jsou uvedeny v tabulce. 1 a 2.

U osobních automobilů je nevýhodou dieselového motoru jeho velká hmotnost. Proto jsou nové dieselové motory vytvářené pro osobní automobily založeny hlavně na vysokorychlostních benzínových motorech, protože použití vysokých otáček umožňuje snížit hmotnost dieselového motoru na přijatelnou hodnotu.

Spotřeba paliva naftového motoru, zejména při jízdě ve městě s částečným zatížením, je znatelně nižší. Další vývoj těchto naftových motorů je spojen s přeplňováním turbodmychadlem, při kterém se snižuje obsah škodlivých složek obsahujících uhlík ve výfukových plynech a jeho provoz se stává měkčím. Nárůst NOx v důsledku vyšších spalovacích teplot lze snížit recirkulací výfukových plynů. Náklady na naftový motor jsou vyšší než náklady na benzínový motor, pokud je však nedostatek oleje, jeho použití je výnosnější, protože může být vyrobeno z oleje! Bylo uloveno více nafty než benzínu s vysokým oktanovým číslem

Přeplňování benzínových motorů má některé zvláštnosti Teplota výfukových plynů benzínových motorů je vyšší, to klade vyšší požadavky na materiál lopatek turbíny, není to však faktor omezující použití přeplňování. Je nutné regulovat digestoř, což je zvláště důležité při vysokých frekvencích spojování, když kompresor dodává velké množství vzduchu. Na rozdíl od naftového motoru, kde je výkon řízen snížením dodávky paliva, podobná metoda není použitelná u benzínového motoru, protože složení směsi by bylo v těchto režimech tak špatné, že by nebylo zaručeno zapálení. Proto musí být omezen přívod vzduchu při maximální rychlosti turbodmychadla. Existuje několik způsobů, jak to provést. Nejčastěji se používá obtok výfukových plynů speciálním kanálem kolem turbíny, čímž se sníží rychlost otáčení turbodmychadla a množství vzduchu do něj přiváděného. Schéma takové regulace je znázorněno na obr. 85.

Výfukové plyny z motoru vstupují do výfukového potrubí 10, a pak přes turbínu 11 v tlumiči výfuku 12. Při maximálním zatížení a vysokých otáčkách motoru tlak v sacím otvoru 7, přenášený přes port 15, otevírá obtokový ventil 13, kterými jsou vedeny výfukové plyny 14 jděte přímo k tlumiči a obejděte turbínu. Do turbíny proudí méně výfukových plynů a vzduch je dodáván kompresorem 4 do vstupu 6 klesá 6-8krát. (Konstrukce ventilu EGR je znázorněna na obrázku 86.)

Uvažovaný způsob regulace přívodu vzduchu má tu nevýhodu, že ke snížení výkonu motoru při uvolnění pedálu ovládání motoru nedochází okamžitě a navíc trvá déle, než klesnou otáčky turbíny. Po opětovném sešlápnutí pedálu je požadovaného výkonu dosaženo se zpožděním, otáčky turbodmychadla se pomalu zvyšují i ​​po uzavření obtoku. Takové zpoždění je nežádoucí v hustém provozu, kdy je nutné rychle zabrzdit a poté rychle zrychlit auto. Proto se používá jiný způsob ovládání, jmenovitě, navíc používají obtok vzduchu skrz obtokový kanál kompresoru. 4.

Vzduch vstupuje do motoru vzduchovým filtrem 1, regulátorem složení směsi 2 firma „Bosch“ (Německo) typu „K-Jetronic“, která ovládá vstřikovače paliva 9 (viz kap. 13), dále do sacího potrubí 5 a poté kompresoru 4 čerpáno do vstupů a potrubí 6 -Pět. Když rychle uvolníte ovládací pedál, kompresor se stále otáčí a snižuje tlak v kanálu 6 obtokový ventil 5 vakuum v sacím potrubí 8 otevírá a stlačuje vzduch z potrubí 6 stejným ventilem 5 je opět přemostěn do potrubí 3 před kompresorem. Vyrovnávání tlaku probíhá velmi rychle a rychlost turbodmychadla nijak výrazně neklesá. Při příštím sešlápnutí pedálu obtokový ventil 5 rychle se zavírá a kompresor dodává stlačený vzduch do motoru s mírným zpožděním. Tato metoda umožňuje motoru dosáhnout plného výkonu během zlomku sekundy po stisknutí nožního ovladače.

Dobrým příkladem přeplňovaného benzínového motoru je Porsche 911 (FRG). Zpočátku se jednalo o atmosférický šestiválcový vzduchem chlazený motor o zdvihovém objemu 2000 cm3, který měl výkon 96 kW. V přeplňované verzi byl jeho pracovní objem zvýšen na 3000 cm3 a výkon byl zvýšen na 220 kW, přičemž byly splněny požadavky na hladinu hluku a přítomnost škodlivých látek ve výfukových plynech. Přitom se nezvětšovaly rozměry motoru. Při vývoji motoru 911 byly použity velké zkušenosti získané při výrobě 12válcového závodního motoru modelu 917, který již v roce 1978 vyvinul výkon 810 kW při rychlosti 7800 min-1 a plnicí tlak 140 kPa. Motor byl vybaven dvěma turbodmychadly, jeho maximální točivý moment byl 1 100 Nm a jeho hmotnost byla 285 kg. V režimu nominálního výkonu motoru byl přívod vzduchu potrubními kompresory při rychlosti otáčení 90 000 min-1 0,55 kg / s při teplotě vzduchu 150-160 ° C. Při maximálním výkonu motoru teplota výfukových plynů dosáhla 1000-1100 ° C. Zrychlení závodního vozu z klidu na 100 km / h s tímto motorem trvalo 2,3 sekundy. Při vytváření tohoto závodního motoru byl vyvinut dokonalý řídicí systém přeplňování, který umožňoval dosáhnout dobrých dynamických vlastností vozu. Stejné schéma ovládání bylo aplikováno na motor Porsche 911.

Při plném plynu maximální plnicí tlak v obtokovém ventilu motoru Porsche 911 13 (viz obr. 85) je omezena na 80 kPa. Tento tlak je dosahován již při otáčkách 3000 ot / min, v rozsahu otáček motoru 3000-5500 ot / min je plnící tlak konstantní a teplota vzduchu za kompresorem je 125 ° C. Při maximálním výkonu motoru dosahuje rychlost proplachu 22% průtoku výfukových plynů. Pojistný ventil instalovaný v sacím otvoru je nastaven na tlak 110-140 kPa a v případě poruchy obtokového ventilu výfukových plynů přeruší dodávku paliva, čímž omezí nekontrolované zvýšení výkonu motoru. Při maximálním výkonu motoru je přívod vzduchu z kompresoru 0,24 kg / s. Kompresní poměr, rovný e = 8,5 v atmosférickém motoru, byl snížen na 6,5 ​​se zavedením přeplňování. Kromě toho byly použity sodíkem chlazené výfukové ventily, bylo změněno časování ventilů a vylepšen chladicí systém. Při maximálním výkonu motoru jsou otáčky turbodmychadla 90 000 ot / min, zatímco výkon turbíny dosahuje 26 kW. Automobily určené na export do USA musí splňovat požadavky na obsah škodlivých látek ve výfukových plynech, a proto jsou vozy Porsche 911 dodávané do USA navíc vybaveny dvěma tepelnými reaktory, systémem pro přívod sekundárního vzduchu a výfukových plynů pro jejich spalování, stejně jako systém recirkulace výfukových plynů. Výkon motoru Porsche 911 je snížen na 195 kW.

V některých jiných systémech řízení turbodmychadla, například systém ARSšvédská společnost SAAB, elektronika se používá k regulaci plnicího tlaku. Plnicí tlak je omezen ventilem, který reguluje průtok výfukových plynů přes odpadní bránu kolem turbíny. Ventil se otevře, když v sacím potrubí dojde k podtlaku, jehož hodnota je regulována škrcením proudu vzduchu mezi sacím potrubím a vstupem do kompresoru.

Škrticí ventil, který reguluje podtlak v obtokovém ventilu, je elektricky řízen elektronickým zařízením podle signálů ze snímačů plnicího tlaku, klepání a rychlosti. Senzor klepání je citlivý piezoelektrický prvek instalovaný v bloku válců a detekuje výskyt klepání. Signál z tohoto senzoru omezuje podtlak v řídicí komoře obtokového ventilu.

Takový řídicí systém přeplňování umožňuje poskytovat dobré dynamické vlastnosti vozu, které jsou nezbytné například pro rychlé předjíždění v hustém provozu. Za tímto účelem lze motor rychle nastavit na maximální plnicí tlak, protože klepání v relativně studeném motoru s částečným zatížením se nevyskytuje okamžitě. Po několika sekundách, kdy teploty stoupnou a začne se objevovat klepání, řídicí zařízení sníží plnící tlak na signál ze snímače klepání.

Výhodou této regulace je, že umožňuje v motoru používat beze změn paliva s různými oktanovými čísly. Při použití paliva s oktanovým číslem 91 může motor SAAB s takovým řídicím systémem pracovat dlouhodobě s plnicím tlakem až 70 kPa. Kompresní poměr tohoto motoru, ve kterém je použito zařízení pro vstřikování benzínu Bosch K-Jetronic, je e = 8,5. Pokroky ve snižování spotřeby paliva osobních automobilů pomocí turbodmychadel přispěly k jeho použití v konstrukci motocyklů. Zde bychom měli zmínit japonskou firmu „Honda“, která jako první použila přeplňování ve dvouválcovém kapalinou chlazeném motoru modelu „SH 500 ”pro zvýšení výkonu a snížení spotřeby paliva. Použití turbodmychadel v motorech s malým zdvihovým objemem má řadu obtíží spojených s potřebou dosáhnout stejných plnících tlaků jako u vysoce výkonných motorů, ale při nízkých rychlostech proudění vzduchu. Plnicí tlak závisí především na obvodové rychlosti kola kompresoru a průměr tohoto kola je určen požadovaným přívodem vzduchu. Je proto nutné, aby turbodmychadlo mělo velmi vysoké otáčky s malými průměry oběžných kol. Průměr kola kompresoru ve výše zmíněném motoru Honda o objemu 500 cm3 je 48,3 mm a při plnícím tlaku 0,13 MPa se rotor turbodmychadla otáčí frekvencí 180 000 min-1. Maximální přípustná rychlost tohoto turbodmychadla je 240 000 min-1.

Když se plnicí tlak zvýší nad 0,13 MPa, otevře se obtokový ventil výfukových plynů (obr. 87), který je řízen plnicím tlakem v komoře, a část výfukových plynů, obcházejících turbínu, je poslána do výfukového potrubí, které omezuje další zvyšování otáček kompresoru. Obtokový ventil se otevírá při otáčkách motoru asi 6500 min-1 a s jeho dalším zvýšením se již plnící tlak nezvyšuje.

Množství paliva vstřikovaného injektorem potřebné k získání požadovaného složení směsi je určeno výše uvedeným výpočetním zařízením zadní kolo motocykl, který také zpracovává informace ze snímačů teploty přiváděného vzduchu a chladicí kapaliny, snímače polohy škrticí klapky, snímačů tlaku vzduchu a snímače otáček motoru.

Hlavní výhodou přeplňovaného motoru je, že snižuje spotřebu paliva a současně zvyšuje výkon motoru. Motocykl „Honda SH Přirozeně aspirovaný 500 “spotřebuje 4,8 l / 100 km, zatímco stejný přeplňovaný CX 500 7X spotřebuje pouze 4,28 l / 100 km. Hmotnost motocyklu Honda SH 500 g ”je 248 kg, což je o více než 50 kg vyšší než hmotnost motocyklů podobné třídy se zdvihovým objemem motoru 500–550 cm3 (například motocykl„ Kawasaki KZ 550 ”má hmotnost 190 kg). Současně jsou však dynamické kvality a maximální rychlost motocyklu „Honda CX 500 7“ stejné jako u motocyklů s dvojnásobným zdvihovým objemem. Současně byl vylepšen brzdový systém v souvislosti se zvýšením rychlostních vlastností tohoto motocyklu. Motor Honda CX 500 G je navržen pro ještě vyšší rychlosti a jeho maximální otáčky jsou 9000 ot / min.

Snížení průměrné spotřeby paliva je také dosaženo skutečností, že když se motocykl pohybuje průměrnou provozní rychlostí, je tlak v sacím potrubí stejný jako atmosférický nebo dokonce o něco nižší než to znamená, že použití posilovače je velmi bezvýznamné. Pouze při plném otevření škrticí klapky a následně zvýšení množství a teploty výfukových plynů se zvýší otáčky turbodmychadla a plnicí tlak, a tím se zvýší výkon motoru. Určité zpoždění ve zvýšení výkonu motoru s prudkým otevřením škrticí klapky nastává a je spojeno s časem potřebným k akceleraci turbodmychadla.

Obecný diagram elektrárny motocyklu „Honda CX 500 T " přeplňovaný je znázorněn na obr. 87. Velké výkyvy tlaku vzduchu v sacím potrubí dvouválcového motoru s nerovnoměrným pořadím činnosti válců jsou tlumeny komorou a tlumicím přijímačem. Při spouštění motoru ventily zabraňují zpětnému toku vzduchu způsobenému velkým časováním ventilů. Systém kapalinového chlazení eliminuje přívod horkého vzduchu k nohám řidiče, ke kterému dochází při vzduchovém chlazení. Chladič chladicí soustavy je vháněn elektricky poháněným ventilátorem. Krátké výfukové potrubí k turbíně snižuje energetické ztráty výfukových plynů a pomáhá snižovat spotřebu paliva. Maximální rychlost motocyklu je 177 km / h.

TYP Dmychadla "COMPREX"

Velmi zajímavou metodou posílení Comprexu, vyvinutou společností Brown & Boveri, Švýcarsko, je použít tlak výfukových plynů působící přímo na proudění vzduchu do motoru. Výsledný výkon motoru je stejný jako v případě použití turbodmychadla, ale turbíny a odstředivého kompresoru, jejichž výroba a vyvážení vyžadují speciální materiály a vysoce přesné vybavení chybí.

Schéma systému natlakování typu "Comprex" je znázorněno na obr. 88. Hlavní částí je lopatkový rotor, který se otáčí v pouzdře s frekvencí otáčení třikrát vyšší než klikový hřídel motoru. Rotor je uložen ve skříni na valivých ložiskách a je poháněn klínovým řemenem nebo ozubeným řemenem. Pohon kompresoru typu „Comprex“ nespotřebovává více než 2% výkonu motoru. Jednotka „Comprex“ není kompresorem v plném slova smyslu, protože její rotor má pouze kanály rovnoběžné s osou otáčení. V těchto kanálech je vzduch vstupující do motoru stlačován tlakem výfukových plynů. Koncové vůle rotoru zaručují distribuci výfukových plynů a vzduchu kanály rotoru. Na vnějším obrysu rotoru jsou umístěny radiální desky, které mají s vnitřním povrchem pouzdra malé mezery, díky čemuž jsou vytvořeny kanály, které jsou na obou stranách uzavřeny koncovými víčky.

V pravém krytu jsou okna a pro přívod výfukových plynů z motoru do skříně jednotky a G - pro odvod výfukových plynů z pouzdra do výfukového potrubí a poté do atmosféry V levém krytu jsou okna b pro přívod stlačeného vzduchu do motoru a oken d pro přívod čerstvého vzduchu do skříně ze sacího potrubí E. Pohyb kanálů během otáčení rotoru způsobuje, že se střídavě připojují k výfukovému a sacímu potrubí motoru.

Při otevírání okna ale vzniká tlaková rázová vlna, která se pohybuje rychlostí zvuku na druhý konec výfukového potrubí a současně směruje výfukové plyny do kanálu rotoru, aniž by je mísila se vzduchem. Když tato tlaková vlna dosáhne na druhý konec výfukového potrubí, otevře se okno b a vzduch stlačený výfukovými plyny v kanálu rotoru bude vytlačen z něj do potrubí v k motoru. Avšak ještě předtím, než se výfukové plyny v tomto kanálu rotoru přiblíží k jeho levému konci, se okno zavře jako první. ale a pak okno b a tento kanál rotoru s výfukovými plyny pod tlakem bude na obou stranách uzavřen koncovými stěnami pouzdra.

Při dalším otáčení rotoru se tento kanál s výfukovými plyny dostane do okna G ve výfukovém potrubí, drát a výfukové plyny vyjdou z kanálu do něj. Když se kanál pohybuje za okny G odcházející výfukové plyny jsou vypouštěny okny dčerstvý vzduch, který vyplňuje celý kanál a fouká a ochlazuje rotor. Procházení okny G a d, Kanál rotoru, naplněný čerstvým vzduchem, je na obou stranách opět uzavřen koncovými stěnami skříně a je tak připraven pro další cyklus. Popsaný cyklus je ve srovnání s tím, co se děje ve skutečnosti, velmi zjednodušený a probíhá pouze v úzkém rozsahu otáček motoru. To je důvod, proč se tato metoda přeplňování, známá již 40 let, v automobilech nepoužívá. Za posledních 10 let se díky práci společnosti Brown & Bover výrazně zlepšilo přeplňování Comprex, zejména byla v koncovém krytu zavedena přídavná komora, která zajišťuje spolehlivý přívod vzduchu v širokém rozsahu otáček motoru, včetně při nízkých rychlostech.

Kompresní přetlakování bylo testováno na vozidla s pohonem všech čtyř kol běžecké schopnosti rakouské společnosti „Steyer-Daimler-Pooh“, na které byly nainstalovány naftové motory „Opel Record 2,3D“ a „Mercedes-Benz 200D“.

Výhodou metody Comprex ve srovnání s přeplňováním turbodmychadlem je, že po sešlápnutí ovládacího pedálu nedochází ke zpoždění ve zvýšení plnicího tlaku. Účinnost systému přeplňování je dána energií výfukových plynů, která závisí na jejich teplotě. Pokud je například při plném výkonu motoru teplota výfukových plynů 400 ° C, pak v zimě dosažení několika minut trvá. Významná výhoda metody „Comprex“ je také v získání velkého točivého momentu motoru v nízkých otáčkách, což umožňuje použití převodovky s menším počtem kroků.

Rychlé nastavení výkonu motoru při sešlápnutí ovládacího pedálu je zvláště žádoucí závodní auta Italská firma Ferrari testuje na svých závodních vozech metodu přetlakování Comprex, protože přeplňování turbodmychadlem vyžaduje dříve popsaný komplexní regulační systém, který zajistí rychlou reakci motoru na polohu pedálu při zatáčení závodního vozu.

Při testování systému přetlakování Comprex na šestiválcových motorech závodních vozů Ferrari F1 došlo k velmi rychlé reakci motoru na pohyb ovládacího pedálu

K dosažení maximálního plnicího tlaku u těchto motorů se používá chlazení plnicího vzduchu. Rotorem jednotky Comprex prochází více vzduchu, než vyžaduje motor, protože část vzduchu se používá k chlazení posilovací jednotky. To je velmi výhodné pro závodní motory, které pracují téměř s plné výdaje vzduch přes chladič mezichladiče. Za těchto podmínek bude motor s jednotkou „Comprex“ v době dosažení nejlepší teploty plná síla.

Použití kompresorové jednotky Comprex místo turbodmychadla snižuje hluk motoru, protože pracuje při nižších otáčkách. V raných fázích vývoje byla rychlost rotoru příčinou hluku stejné frekvence jako u turbodmychadla. Tato nevýhoda byla odstraněna nerovnoměrným stoupáním kanálů po obvodu rotoru.

Při použití systému „Comprex“ je recirkulace výfukových plynů výrazně zjednodušena, což se používá ke snížení obsahu v nich NOx. Recirkulace se obvykle provádí odebráním části výfukových plynů z výfukového potrubí, jejich dávkováním, chlazením a přiváděním do sacího potrubí motoru. V systému „Comprex“ může být toto schéma mnohem jednodušší, protože mísení výfukových plynů s proudem čerstvého vzduchu a jejich chlazení probíhá přímo v rotorových kanálech.

ZPŮSOBY ZVÝŠENÍ MECHANICKÉ ÚČINNOSTI VNITŘNÍHO SPALOVACÍHO MOTORU

Mechanická účinnost odráží vztah mezi uvedeným a účinným výkonem motoru. Rozdíl v těchto hodnotách je způsoben ztrátami spojenými s přenosem plynných sil z koruny pístu na setrvačník a s pohonem pomocného zařízení motoru. Všechny tyto ztráty je třeba znát přesně, když je úkolem zlepšit palivovou účinnost motoru.

Většina ztrát je způsobena třením ve válci, méně třením v dobře namazaných ložiskách a pohonném zařízení nezbytném pro provoz motoru. Ztráty způsobené vstupem vzduchu do motoru (čerpací ztráty) jsou velmi důležité, protože se zvyšují úměrně druhé mocnině otáček motoru.

Ztráty výkonu potřebné k pohonu zařízení zajišťujících provoz motoru zahrnují energii pro pohon mechanismu distribuce plynu, olejových, vodních a palivových čerpadel a chladicího ventilátoru. Při vzduchovém chlazení je ventilátor přívodu vzduchu nedílnou součástí motoru, když se testuje na lavičce, zatímco kapalinou chlazené motory často během testů nemají ventilátor a chladič a voda z vnějšího chladicího okruhu se používá pro chlazení. Pokud není zohledněna spotřeba energie ventilátoru kapalinou chlazeného motoru, pak to dává znatelné nadhodnocení jeho ekonomických a výkonových indikátorů ve srovnání se vzduchem chlazeným motorem.

Další ztráty na pohonu zařízení jsou spojeny s generátorem, pneumatickým kompresorem, hydraulickými čerpadly nezbytnými pro osvětlení, zajištění provozu přístrojů, brzdového systému a řízení automobilu. Při testování motoru na brzdovém stojanu by mělo být přesně stanoveno, co je považováno za doplňkové vybavení a jak jej zatížit, protože to je nezbytné pro objektivní srovnání charakteristik. různé motory... To platí zejména pro olejový chladicí systém, který je za jízdy chlazen foukáním olejové vany vzduchem, který při zkouškách na brzdovém stojanu chyběl. Při testování motoru bez ventilátoru na lavičce nejsou reprodukovány podmínky pro proudění vzduchu potrubím, což způsobuje zvýšení teplot v sacím potrubí a vede ke snížení plnícího faktoru a výkonu motoru.

Umístění vzduchového filtru a hodnota odporu výfukového potrubí musí odpovídat podmínkám motoru běžícího ve vozidle. Tyto důležité vlastnosti je třeba vzít v úvahu při porovnávání charakteristik různých motorů nebo jednoho motoru určeného pro použití v různých podmínkách, například v osobním automobilu, nákladním vozidle, traktoru nebo při řízení stacionárního generátoru, kompresoru atd.

S poklesem zatížení motoru se jeho mechanická účinnost zhoršuje, protože absolutní hodnota většiny ztrát nezávisí na zatížení. Názorným příkladem je provoz motoru bez zátěže, to znamená při volnoběhu, kdy je mechanická účinnost nulová a celý uvedený výkon motoru je vynakládán na překonání jeho ztrát. Když je motor zatížen 50% nebo méně, měrná spotřeba paliva ve srovnání s plným zatížením se výrazně zvyšuje, a proto je zcela neekonomické používat motor s vyšším než požadovaným výkonem pro pohon.

Mechanická účinnost motoru závisí na typu použitého oleje. Aplikace v zimní čas oleje s vyšší viskozitou vedou ke zvýšení spotřeby paliva. Výkon motoru ve vysokých nadmořských výškách klesá v důsledku poklesu atmosférického tlaku, jeho ztráty se však prakticky nemění, v důsledku čehož se specifická spotřeba paliva zvyšuje stejným způsobem, jako k němu dochází při částečném zatížení motoru.

ZTRÁTA FRICTION VE SKUPINĚ VÁLCŮ A LOŽISKÁCH

Největší ztráty v motoru jsou způsobeny třením pístu ve válci. Podmínky mazání stěn válce nejsou ani zdaleka uspokojivé. Olejová vrstva na stěně válce s pístem v BDC je vystavena horkým výfukovým plynům. Aby se snížila spotřeba oleje, stírací kroužek oleje odstraní jeho část ze stěny válce, když se píst přesune do BDC, ale mezi obrubou pístu a válcem zůstává vrstva maziva.

První kompresní kroužek způsobuje největší tření. Když se píst pohybuje do TDC, tento prstenec spočívá na spodním povrchu drážky pístu pístu a tlak vznikající při stlačování a poté spalování pracovní směsi jej tlačí na stěnu válce. Protože režim mazání pístního kroužku je vzhledem k suchému tření a vysoké teplotě nejméně příznivý, jsou zde ztráty třením nejvyšší. Režim mazání pro druhý kompresní prstenec je příznivější, ale tření zůstává značné. Počet pístních kroužků tedy také ovlivňuje velikost ztráty třením ve skupině válec-píst.

Dalším nepříznivým faktorem je přitlačování pístu v blízkosti TDC na stěnu válce tlakem plynu a setrvačnými silami vratných hmot. Vysoká rychlost automobilové motory setrvačné síly jsou větší než plynové síly. Ložiska ojnice proto mají největší zatížení při TDC výfukového zdvihu, kdy je ojnice natažena setrvačnými silami působícími na její horní a dolní hlavy.

Síla působící podél ojnice se rozloží na síly směřující podél osy válce a kolmé k jeho stěně.

Valivá ložiska v motoru je výhodné použít, když na ně působí velké síly. Je vhodné například umístit "vahadla ventilů na jehlová ložiska. Valivá ložiska se v minulosti používala také jako ložiska pístních čepů v ojnici, zejména u vysoce výkonných dvoudobých motorů. Píst a ložisko pístního čepu dvoudobého motoru je ve většině případů zatíženo pouze jedním směrem, proto se v kluzném ložisku nemůže vytvořit požadovaný olejový film.Pro dobré mazání kluzného ložiska v horní hlavě ojnice podél celého délka jeho pouzdra, v tomto případě jsou vytvořeny příčné mazací drážky, umístěné v takové vzdálenosti od sebe, že by se na tomto místě mohl při houpání vytvořit olejový film ...

K dosažení nízkých ztrát třením ve skupině válec-píst je nutné mít písty s malou hmotností, malým počtem pístních kroužků a ochrannou vrstvou na plášti pístu, která chrání píst před odíráním a zadíráním.

ZTRÁTY BĚHEM VÝMĚNY PLYNU

K naplnění válce vzduchem je nutné vytvořit tlakový rozdíl mezi válcem a vnějším prostředím. Vakuum ve válci na sání působící v opačném směru než pohyb pístu a brzdící otáčení klikového hřídele závisí na časování ventilů, průměru sacího potrubí a tvaru sacího kanálu, což je nutné například pro vytvoření rotace vzduchu ve válci. Motor v této části cyklu funguje jako vzduchové čerpadlo a na jeho pohon se spotřebuje část uvedeného výkonu motoru.

Pro dobré naplnění válce je nutné, aby tlakové ztráty, úměrné druhé mocnině otáček motoru, při plnění byly nejmenší. Ztráty třením ve skupině válec-píst mají podobnou povahu závislosti na rychlosti otáčení, a protože tento typ ztrát převládá mimo jiné, celkové ztráty také závisí na druhém stupni otáček motoru. Mechanická účinnost proto klesá s rostoucí rychlostí otáčení a specifická spotřeba paliva se zhoršuje.

Při maximálním výkonu motoru je mechanická účinnost typicky 0,75 a jak se otáčky motoru dále zvyšují, efektivní výkon rychle klesá. Při maximálních otáčkách motoru a částečném zatížení je efektivní účinnost minimální.

Ztráty během výměny plynu zahrnují také náklady na energii související s pročištěním klikové skříně klikového hřídele. Největší ztráty mají jednoválcové čtyřtaktní motory, při kterých je při každém zdvihu pístu nasáván vzduch do klikové skříně a je z ní opět vytlačován. Velký objem vzduchu čerpaného skrz klikovou skříň má také dvouválcové motory s uspořádáním válců ve tvaru písmene V. Tento typ ztráty lze snížit instalací zpětného ventilu, který v podtlakové skříni vytváří vakuum. Vakuum v klikové skříni také snižuje ztráty oleje v důsledku netěsností. U víceválcových motorů, ve kterých se jeden píst pohybuje dolů a druhý nahoru, se objem plynu v klikové skříni nemění, ale sousední sekce válců mezi sebou musí dobře komunikovat.

ZTRÁTY NA POHONU POMOCNÉHO ZAŘÍZENÍ MOTORU

Význam ztrát pohonu zařízení je často podceňován, přestože mají velký vliv na mechanickou účinnost motoru. Ztráty na pohonu mechanismu distribuce plynu byly dobře studovány. Práce vynaložená na otevření ventilu se částečně obnoví, když jej ventilová pružina zavře a uvede do pohybu vačková hřídel... Ztráty pro pohon distribuce plynu jsou relativně malé a jejich snížením je možné dosáhnout pouze malé úspory nákladů na energii pro pohony. Vačkový hřídel je někdy uložen na valivých ložiscích, ale používá se pouze v motorech závodních automobilů.

Větší pozornost by měla být věnována olejovému čerpadlu. Pokud jsou rozměry čerpadla a průtok oleje skrz něj nadhodnoceny, pak je většina oleje vypouštěna přes redukční ventil pod vysokým tlakem, existují značné ztráty pro pohon olejového čerpadla. Současně je nutné mít v mazacím systému rezervy, aby byl zajištěn dostatečný tlak pro mazání kluzných ložisek, včetně opotřebovaných. V tomto případě vede nízká dodávka oleje čerpadlem ke snížení tlaku při nízkých otáčkách motoru a při delším provozu při plném zatížení. Za těchto podmínek musí být redukční ventil uzavřen a k mazání musí být použit celý přívod oleje. Za jízdy palivové čerpadlo a rozdělovač zapalování spotřebovává málo energie. Také alternátor spotřebovává málo energie. Významná část efektivního výkonu, konkrétně 5–10%, se vynakládá na pohon ventilátoru a čerpadla chladicího systému, které jsou zapotřebí k odvádění tepla z motoru. O tom se již diskutovalo. Jak je vidět, existuje několik způsobů, jak zlepšit mechanickou účinnost motoru.

Malé množství energie lze ušetřit pohonem palivového čerpadla a otevřením vstřikovačů. V poněkud větší míře je to možné u vznětových motorů.

ZTRÁTY NA POHONU DALŠÍHO ZAŘÍZENÍ VOZIDLA

Vůz je také obvykle vybaven zařízením, které spotřebovává část účinného výkonu motoru, a tím snižuje jeho zbytek při řízení automobilu. V osobním automobilu se takové zařízení používá v omezeném počtu, zejména různé zesilovače používané k usnadnění ovládání vozidla, například řízení, ovladač spojky, ovladač brzdy. Klimatizační systém automobilu také vyžaduje určité množství energie, zejména pro klimatizační jednotku. Energie je také potřebná pro různé hydraulické pohony např. přesunutí sedadel, otevírání oken, střechy atd.

V kamionu je množství přídavného vybavení mnohem větší. Obvykle se používá brzdový systém využívající samostatný zdroj energie, sklápěcí korby, samonakládací zařízení, zařízení pro zvedání rezervních kol atd. speciální účel takové mechanismy se používají ještě více. Tyto případy spotřeby energie je třeba vzít v úvahu také v celkové spotřebě paliva.

Nejdůležitějším z těchto zařízení je kompresor pro vytváření konstantního tlaku vzduchu v pneumatickém brzdovém systému.Kompresor pracuje neustále, plní vzduchový přijímač, část vzduchu, ze kterého se bez dalšího použití redukčním ventilem uvolňuje do atmosféry. Pro hydraulické systémy vysoký tlak porce volitelná výbava, jsou charakterizovány hlavně ztrátami v redukčních ventilech. Obvykle používají ventil, který po dosažení pracovního tlaku v akumulátoru vypne jeho další napájení. pracovní tekutina a ovládá obtokové potrubí mezi čerpadlem a nádrží.

SROVNÁNÍ MECHANICKÝCH ZTRÁT V benzínových a naftových motorech

Srovnávací údaje o mechanických ztrátách měřených za stejných provozních podmínek benzínového motoru s kompresním poměrem e = 6 a naftového motoru s kompresním poměrem e = 16 (tabulka 11, A).

U benzínového motoru navíc v tabulce. 11, B také porovnává mechanické ztráty při plném a částečném zatížení.

Tabulka 11.A. Průměrný tlak různých typů mechanických ztrát v benzínových a naftových motorech ( 1600 min-1), MPa

Ztrátový typ	typ motoru
	Benzín = 6	Diesel = 16
	0,025	0,025
Pohon čerpadel na vodu, olej a palivo	0,0072	0,0108
Pohon rozvodového mechanismu	0,0108	0,0108
Ztráty v hlavních a mosazných ložiscích	0,029	0,043
	0,057	0,09
Mechanické ztráty celkem	0,129	0,18
Průměrný efektivní tlak	0,933	0,846
Mechanická účinnost,%	87,8	82,5

Tabulka 11.B. Průměrný tlak různých typů mechanických ztrát v benzínovém motoru (1600 min-1, e = 6) při různých zatíženích, MPa

Ztrátový typ
	100 %	30 %
Čerpací ztráty (ztráty při výměně plynu)	0,025	0,043
Pohon rozvodového mechanismu a pomocného zařízení	0,0179	0,0179
Ztráty v klikovém mechanismu	0,0287	0,0251
Ztráty ve skupině válec-píst	0,0574	0,05
Mechanické ztráty celkem	0,129	0,136
Průměrný efektivní tlak	0,933	0,280
Mechanická účinnost,%	87,8	67,3

Celkové ztráty, jak je vidět z tabulky. 11 jsou relativně malé, protože byly měřeny při nízkých otáčkách (1600 ot / min). Se zvýšením rychlosti otáčení se ztráty zvyšují v důsledku působení setrvačných sil translačně se pohybujících hmot, které se zvyšují úměrně k druhé síle rychlosti otáčení a relativní rychlosti v ložisku, protože viskózní tření je také úměrné druhé mocnině rychlosti. Zajímavé je také srovnání diagramů indikátorů ve válcích obou uvažovaných motorů (obr. 89). Tlak ve válci vznětového motoru je o něco vyšší než u zážehového motoru a jeho trvání je delší. Plyny tedy přitlačují prstence ke stěně válce s větší silou a po delší dobu, proto je ztráta třením ve skupině válec-píst u vznětového motoru větší. Zvýšené rozměry ve srovnání s benzínovým motorem, zejména průměr ložisek v dieselovém motoru, také přispívají ke zvýšení mechanických ztrát.

Tření ložiska je způsobeno smykovým napětím v olejovém filmu. Lineárně závisí na velikosti třecích ploch a je úměrná druhé mocnině smykové rychlosti. Tření je významně ovlivněno viskozitou oleje a v menší míře také tloušťkou olejového filmu v ložiscích. Tlak plynu ve válci nemá téměř žádný vliv na ztráty ložisek.

Vliv průměru válce a pístu na účinnost motoru

Dříve šlo o snížení na minimální tepelné ztráty ke zvýšení účinnosti indikátoru motoru a šlo především o snížení poměru povrchu spalovací komory k jejímu objemu. Objem spalovací komory je do určité míry ukazatelem množství přiváděného tepla. Kalorická hodnota přiváděné vsázky v benzínovém motoru je dána poměrem vzduchu k palivu, blízkým stechiometrickému. Do vznětového motoru je přiváděn čistý vzduch a dodávka paliva je omezena stupněm neúplnosti spalování, při kterém se ve výfukových plynech objevuje kouř. Vztah mezi množstvím tepla a objemem spalovací komory je proto zcela zřejmé

Koule má nejmenší poměr povrchu k objemu. Teplo je povrchem odváděno do okolního prostoru, takže hmota ve tvaru koule je ochlazována na nejmenší stupeň. Tyto zjevné vztahy jsou brány v úvahu při návrhu spalovací komory, je však třeba mít na paměti geometrickou podobnost částí motoru různých velikostí. Jak víte, objem koule je 4 / 3lR3 a její povrch je 4lR2, a proto objem s rostoucím průměrem roste rychleji než povrch, a proto koule s větším průměrem bude mít menší povrch k -poměr hlasitosti. Pokud povrchy koule různých průměrů mají stejné teplotní poklesy a stejné součinitele přenosu tepla a, velká koule se ochladí pomaleji.

Motory jsou si geometricky podobné, pokud mají stejný design, ale liší se velikostí. Pokud má první motor průměr válce, například rovný jednomu, a druhý motor má je ve 2 krát více, pak budou všechny lineární rozměry druhého motoru 2krát, povrchy - 4krát a objemy - 8krát větší než u prvního motoru. Není však možné dosáhnout úplné geometrické podobnosti, protože rozměry například zapalovacích svíček a vstřikovačů paliva jsou stejné pro motory s různými velikostmi vrtání válců.

Z geometrické podobnosti lze usoudit, že větší válec má také přijatelnější poměr povrchu k objemu, a proto budou jeho tepelné ztráty při ochlazování povrchu za stejných podmínek menší.

Při určování výkonu je však třeba vzít v úvahu některé omezující faktory. Výkon motoru závisí nejen na velikosti, tj. Objemu válců motoru, ale také na rychlosti jeho otáčení a průměrném účinném tlaku. Otáčky motoru jsou omezeny maximální průměrnou rychlostí pístu, hmotností a konstrukční dokonalostí klikového mechanismu. Maximální průměrné rychlosti pístů benzínových motorů se pohybují v rozmezí 10-22 m / s. U motorů osobních automobilů dosahuje maximální průměrná rychlost pístu 15 m / s a ​​průměrný efektivní tlak při plném zatížení se blíží 1 MPa.

Zdvihový objem a rozměry motoru nejsou určeny pouze geometrickými faktory. Například tloušťka stěn je dána technologií, a nikoli zatížením. Přenos tepla stěnami nezávisí na jejich tloušťce, ale na tepelné vodivosti jejich materiálu, součinitelích přenosu tepla na povrchu stěn, teplotních rozdílech atd. Oscilace tlaku plynu v potrubí se šíří rychlostí zvuku bez ohledu na velikost vůle ložisek jsou dány vlastnostmi olejového filmu atd. Je však třeba vyvodit určité závěry týkající se vlivu geometrických rozměrů válců.

VÝHODY A NEVÝHODY VELKÉHO VÁLCOVÉHO VÁLCE

Válec s větším pracovním objemem má nižší relativní tepelné ztráty na stěny. Dobře to potvrzují příklady stacionárních vznětových motorů s velkými zdvihovými válci, které mají velmi nízkou měrnou spotřebu paliva. V případě osobních automobilů tomu tak ale vždy není.

Analýza rovnice výkonu motoru ukazuje, že nejvyššího výkonu motoru lze dosáhnout malým zdvihem pístu.

Průměrnou rychlost pístu lze vypočítat jako

kde: S je zdvih pístu, m; n - frekvence otáčení, min -1.

Když je průměrná rychlost pístu C p omezená, rychlost otáčení může být tím vyšší, čím menší je zdvih pístu. Rovnice výkonu pro čtyřtaktní motor je

kde: Vh - objem motoru, dm3; n - frekvence otáčení, min -1; pe - průměrný tlak, MPa.

V důsledku toho je výkon motoru přímo úměrný jeho rychlosti a zdvihovému objemu. Na motor jsou tedy současně kladeny opačné požadavky - velký zdvihový objem válce a krátký zdvih. Kompromisním řešením je použít více válců.

Nejvýhodnější zdvihový objem pro jeden válec vysokorychlostního benzínového motoru je 300-500 ccm. Motor s malým počtem takových válců je špatně vyvážený a s velkým počtem takových válců má značné mechanické ztráty, a proto má zvýšenou měrnou spotřebu paliva. Osmiválcový motor o zdvihovém objemu 3000 cm3 má nižší měrnou spotřebu paliva než dvanáctiválcový motor se stejným zdvihovým objemem.

K dosažení nízké spotřeby paliva je vhodné použít motory s malým počtem válců. Jednoválcový motor s velkým zdvihovým objemem se však v automobilech nepoužívá, protože jeho relativní hmotnost je velká a vyvažování je možné pouze pomocí speciálních mechanismů, což vede k dalšímu zvýšení jeho hmotnosti, velikosti a nákladů. Velké nerovnoměrnosti točivého momentu jednoválcového motoru jsou navíc pro převodovky vozidel nepřijatelné.

Nejmenší počet válců v moderním automobilovém motoru jsou dva. Takové motory se úspěšně používají v automobilech zvláště malé třídy (Citroen 2 CV, Fiat 126). Z hlediska rovnováhy je další z řady účelných aplikací čtyřválcový motor, nicméně nyní se začínají používat tříválcové motory s malým pracovním objemem válců, protože vám umožňují dostat se dolů spotřeba paliva. Méně válců navíc zjednodušuje a snižuje náklady na příslušenství motoru, protože se snižuje počet zapalovacích svíček, vstřikovačů a dvojic pístů vysokotlakého palivového čerpadla. Při příčném umístění v automobilu má takový motor kratší délku a neomezuje řízení volantů.

Tříválcový motor umožňuje použití základních částí sjednocených se čtyřválcovým motorem: vložka válce, sada pístů, sada ojnic, ventilový mechanismus. Stejné řešení je možné i pro pětiválcový motor, který umožňuje v případě potřeby zvýšit rozsah výkonu směrem nahoru od základního čtyřválcového motoru, vyhnout se přechodu na delší šestiválcový motor.

Na výhody použití vznětových motorů s velkým zdvihovým objemem válců již bylo upozorněno. Kromě snížení tepelných ztrát při spalování to umožňuje získat kompaktnější spalovací komoru, ve které se při mírných kompresních poměrech vytvářejí v době vstřikování paliva vyšší teploty. Na válec s velkým pracovním objemem lze použít trysky s velkým počtem trysek, které jsou méně citlivé na tvorbu uhlíku.

POMĚR PORUŠENÍ PÍSTU K PRŮMĚRU VÁLCE

Podíl vydělený velikostí zdvihu pístu S velikostí průměru válce D je běžně používaná hodnota pro poměr S / D . Úhel pohledu na zdvih pístu se během vývoje stavby motoru změnil.

V počátečním stádiu výroby automobilových motorů platil takzvaný daňový vzorec, na jehož základě byla vypočítaná daň z výkonu motoru vypočtena s přihlédnutím k počtu a průměru D jeho válce. Podle tohoto vzorce byla také provedena klasifikace motorů. Proto byly upřednostněny motory s velkým zdvihem pístu, aby se v rámci této daňové kategorie zvýšil výkon motoru. Výkon motoru se zvýšil, ale zvýšení rychlosti bylo omezeno přípustnou průměrnou rychlostí pístu. Protože mechanismus distribuce plynu v motoru v tomto období nebyl konstruován pro vysoké otáčky, na omezení rychlosti otáčení rychlostí pístu nezáleželo.

Jakmile byl popsaný daňový vzorec zrušen a klasifikace motorů se začala provádět podle pracovního objemu válce, zdvih pístu se začal prudce snižovat, což umožnilo zvýšit rychlost otáčení a tím , výkon motoru. Větší válce umožnily použít větší ventily. Proto byly vytvořeny motory s krátkým zdvihem s poměrem S / D dosahujícím 0,5. Vylepšení mechanismu distribuce plynu, zejména při použití čtyř ventilů ve válci, umožnilo dosáhnout jmenovitých otáček motoru na 10 000 min-1 a více, v důsledku čehož se hustota výkonu rychle zvýšila

V současné době je velká pozornost věnována snížení spotřeby paliva. Studie účinku S / D prováděné za tímto účelem ukázaly, že motory s krátkým zdvihem mají zvýšenou specifickou spotřebu paliva. To je způsobeno velkým povrchem spalovací komory a také poklesem mechanické účinnosti motoru v důsledku relativně velké hodnoty translačně se pohybujících hmot částí soupravy ojnice a pístu a nárůstu ztrát na pohony pomocných zařízení.Při velmi krátkém zdvihu musí být ojnice prodloužena tak, aby se spodní část pláště pístu nedotýkala protizávaží klikového hřídele. S poklesem jeho zdvihu se hmotnost pístu mírně snížila a s použitím vybrání a zářezů na plášti pístu.Pro snížení emisí toxických látek ve výfukových plynech je účelnější použít motory s kompaktním spalovací komora a delší zdvih pístu. Proto v současné době z motorů s velmi nízkým S / D odmítnutím.

Závislost průměrného efektivního tlaku na poměru S / D nejlepší závodní motory, kde je pokles q jasně viditelný, při nízkých poměrech S / D, jsou znázorněny na obr. 90 V současné době je za výhodnější považován poměr S / D stejný nebo mírně vyšší než jeden. Ačkoli je u krátkého zdvihu pístu poměr povrchu válce k jeho pracovnímu objemu v poloze pístu u BDC menší než u motorů s dlouhým zdvihem, spodní zóna válce není pro odvod tepla tak důležitá, protože teplota plynu již znatelně klesá

Motor s dlouhým zdvihem má příznivější poměr ochlazeného povrchu k objemu spalovací komory, když je píst v TDC, což je důležitější, protože v tomto období cyklu je teplota plynu, která určuje tepelné ztráty, je nejvyšší. Snížení plochy přenosu tepla během této fáze procesu expanze snižuje tepelné ztráty a zlepšuje uvedenou účinnost motoru.

DALŠÍ ZPŮSOBY SNÍŽENÍ SPOTŘEBY PALIVA MOTORU

Motor pracuje s minimální spotřebou paliva pouze v určité oblasti svých charakteristik.

Při provozu vozidla by měl být jeho výkon motoru vždy umístěn na křivce minimální specifické spotřeby paliva. V osobním automobilu je tato podmínka splněna, pokud je použita čtyřstupňová a pětistupňová převodovka a čím méně převodových stupňů, tím obtížnější je tuto podmínku splnit. Při jízdě na vodorovném úseku silnice nepracuje motor optimálně ani při zařazeném čtvrtém rychlostním stupni. Pro optimální zatížení motoru proto musí být vůz zrychlován na nejvyšší převodový stupeň, dokud není dosaženo maximální rychlosti povolené zákonem. Dále je vhodné zařadit převodovku na neutrál, vypnout motor a doběhnout na pokles rychlosti, například na 60 km / h, a poté znovu zapnout motor a nejvyšší rychlostní stupeň v boxu a s optimálním sešlápněte ovládací pedál motoru, zvyšte rychlost zpět na 90 km / h.

Takové auto jedoucí způsobem „zrychlování-převíjení vpřed“. Tento způsob řízení je přijatelný pro ekonomickou soutěž, protože motor běží buď v úsporném rozsahu, nebo je vypnutý. Není však vhodný pro skutečný provoz vozu v hustém provozu.

Tento příklad ukazuje jeden způsob, jak snížit spotřebu paliva. Dalším způsobem, jak minimalizovat specifickou spotřebu paliva, je omezit výkon motoru při zachování dobré mechanické účinnosti. Negativní vliv částečného zatížení na mechanickou účinnost již byl uveden v tabulce. 11A. Zejména ze stolu. 11B ukazuje, že když se zatížení motoru sníží ze 100% na 30%, podíl mechanických ztrát na práci indikátoru se zvýší z 12% na 33% a mechanická účinnost klesne z 88% na 67%. Úroveň výkonu rovnající se 30% maxima lze dosáhnout pouze se dvěma válci běžícího čtyřválcového motoru.

VYPNUTÉ VÁLCE

Pokud je při částečném zatížení víceválcového motoru vypnuto několik válců, zbytek bude pracovat s vyšším zatížením a lepší účinností. Když tedy osmiválcový motor pracuje s částečným zatížením, celý objem vzduchu lze směrovat pouze do čtyř válců, jejich zatížení se zdvojnásobí a efektivní účinnost motoru se zvýší. Chladicí povrch spalovacích komor čtyř válců je menší než u osmi, takže množství tepla odváděného chladicím systémem se sníží a spotřebu paliva lze snížit až o 25%.

K deaktivaci válců se obvykle používá ovládání pohonu ventilů. Pokud jsou oba ventily zavřené, pak směs nevstupuje do válce a plyn, který je v ní neustále, se postupně stlačuje a expanduje. Práce vynaložená v tomto případě na stlačování plynu se opět uvolní, když expanduje za podmínek malého odvodu tepla stěnami válce. Mechanická a indikátorová účinnost je v tomto případě vylepšena ve srovnání s účinností osmiválcového motoru pracujícího na všech válcích se stejným účinným výkonem.

Tento způsob vypnutí válců je velmi pohodlný, protože válec se automaticky vypne, když motor přepne na částečné zatížení, a zapne se téměř okamžitě, když stisknete ovládací pedál. V důsledku toho může řidič kdykoli využít plný výkon motoru k předjetí nebo rychlému překonání kopce. Při jízdě ve městě je spotřeba paliva zvláště patrná. Off válce nemají žádné čerpací ztráty a nedodávají vzduch do výfukového potrubí. Při jízdě z kopce nabízejí uvolněné válce menší odpor, je sníženo brzdění motorem a vozidlo ujíždí na delší vzdálenost, jako u volnoběžky.

Je vhodné vypnout válec motoru s horním ventilem se spodním vačkovým hřídelem pomocí elektromagneticky pohyblivého dorazu vahadla ventilu. Když je elektromagnet vypnutý, ventil zůstává zavřený, protože vahadlo se otáčí vačkou vačkového hřídele kolem bodu kontaktu s koncem dříku ventilu a vahadlo se může současně volně pohybovat.

U osmiválcového motoru jsou dva nebo čtyři válce vypnuty tak, aby střídání pracovních válců bylo co nejrovnoměrnější. V šestiválcovém motoru je vypnutý jeden až tři válce. Probíhá také testování k vypnutí dvou válců čtyřválcového motoru.

Takové uzavření ventilů v motoru s vačkovým hřídelem nad hlavou je obtížné, proto se používají jiné způsoby vypínání válců. Například polovina válců šestiválcového motoru BMW (FRG) je vypnuta, takže u tří válců je vypnuto zapalování a vstřikování a výfukové plyny ze tří pracovních válců jsou vypouštěny třemi vypnutými válci a mohou expandovat dále. Tento proces se provádí ventily ve vstupním a výstupním potrubí. Výhodou této metody je, že vypnuté válce se neustále ohřívají procházejícími výfukovými plyny.

Motor Porsche 928 V-8 s deaktivací válců má dvě téměř úplně oddělené čtyřválcové V-sekce. Každý z nich je vybaven nezávislým vstupním potrubím, zatímco mechanismus distribuce plynu nemá vypnutí pohonů ventilů. Jeden z motorů se vypne uzavřením škrticí klapky a zastavením vstřikování benzínu a testy ukázaly, že ztráty při čerpání budou nejnižší při malém otevření škrticí klapky. Škrticí ventily obou sekcí jsou vybaveny nezávislými pohony. Sekce, která má být vypnuta, neustále dodává malé množství vzduchu do společného výfukového potrubí, které slouží k dodatečnému spalování výfukových plynů v tepelném reaktoru. To vylučuje použití speciálního čerpadla pro přívod sekundárního vzduchu.

Když je osmiválcový motor rozdělen na dvě čtyřválcové sekce, jedna z nich je nastavena na vysoký točivý moment při nízkých otáčkách a je neustále v provozu, a druhá-pro maximální výkon a zapíná se pouze v případě potřeby mít výkon blízký maximu. Sekce motoru mohou mít různé časování ventilů a různé délky sacího potrubí.

Víceparametrické charakteristiky motoru Porsche 928 během provozu osmi (plné křivky) a čtyř válců (přerušované křivky) jsou znázorněny na obr. 91. Oblasti zlepšení specifické spotřeby paliva v důsledku vypnutí čtyř válců motoru jsou zastíněny. Například při otáčkách 2000 min-1 a točivém momentu 80 Nm je specifická spotřeba paliva při provozu všech osmi válců motoru 400 g / (kW 350 g / (kWh).

Ještě výraznější úspory paliva lze dosáhnout při nízkých rychlostech vozidla. Rozdíl ve spotřebě paliva s rovnoměrným pohybem po vodorovném úseku dálnice je znázorněn na obr. 92. U motoru se čtyřmi odpojenými válci (přerušovaná křivka) při rychlosti 40 km / h klesá spotřeba paliva o 25%: z 8 na 6 l / 100 km.

Úsporu paliva v motoru však lze dosáhnout nejen vypnutím válců. V nových motorech Porsche model HORNÍ(„Termodynamicky optimalizovaný motor Porsche“) byly implementovány všechny možné způsoby, jak zlepšit účinnost indikátorů u tradičního benzínového motoru. Kompresní poměr byl zvýšen nejprve z 8,5 na 10 a poté změnou tvaru koruny pístu na 12,5, přičemž se zvýšila intenzita otáčení náplně ve válci během kompresního zdvihu. Takto modernizované motory Porsche 924 a Porsche 928 snížily měrnou spotřebu paliva o 6–12%. V tomto případě používaný elektronický zapalovací systém, který nastavuje optimální časování zapalování v závislosti na otáčkách a zatížení motoru, zvyšuje účinnost motoru při provozu při částečném zatížení v podmínkách chudých směsí a také eliminuje detonaci při maximálním zatížení.

Vypnutí motoru, když vozidlo zastaví na křižovatkách, také šetří palivo. Když motor běží na volnoběh při otáčkách nižších než 1000 ot / min a teplotě chladicí kapaliny vyšší než 40 ° C, vypne se zapalování po 3,5 s. Motor se znovu spustí až po sešlápnutí ovládacího pedálu. To snižuje spotřebu paliva o 25-35%, a tím i benzínové motory Porsche HORNÍ z hlediska palivové účinnosti mohou konkurovat vznětovým motorům.

Mercedes-Benz se také pokusil snížit spotřebu paliva ve V-8 deaktivací válců. Vypnutí bylo dosaženo pomocí elektromagnetického zařízení, které přerušilo pevné spojení mezi vačkou a ventilem. V městských jízdních podmínkách se spotřeba paliva snížila o 32%.

PLASMA IGNITION

Spotřebu paliva a obsah škodlivých látek ve výfukových plynech je možné snížit použitím chudých směsí, ale jejich zapalování jiskrou je obtížné. Zaručené zapálení jiskrou nastává, když hmotnostní poměr vzduch / palivo není větší než 17. U horších směsí dochází k vynechávání jisker, což vede ke zvýšení obsahu škodlivých látek ve výfukových plynech.

Vytvořením vrstevnatého náboje ve válci je možné spálit velmi chudou směs za předpokladu, že se v oblasti zapalovací svíčky vytvoří bohatá směs. Bohatá směs je vysoce hořlavá a plamen vrhaný do objemu spalovací komory zapálí chudou směs, která se tam nachází.

V minulé roky Probíhá výzkum zapalování chudých směsí plazmatickými a laserovými metodami, při nichž se ve spalovací komoře vytvoří několik spalovacích ložisek, protože směs se zapaluje současně v různých zónách komory. Díky tomu jsou eliminovány problémy s klepáním a kompresní poměr lze zvýšit i při použití nízkooktanového paliva. V tomto případě je možné zapalování chudých směsí s poměrem vzduch / palivo až 27.

Během plazmového zapalování generuje elektrický oblouk vysokou koncentraci elektrické energie v dostatečně velké ionizované jiskřišti. Současně se v oblouku vyvíjejí teploty až 40 000 ° C, to znamená, že se vytvářejí podmínky podobné obloukovému svařování.

Implementace metody plazmového zapalování ve spalovacím motoru však není tak jednoduchá. Plazmová zapalovací svíčka je znázorněna na obr. 93. Pod centrální elektrodou v izolátoru zapalovací svíčky je vytvořena malá komora. Dojde -li mezi centrální elektrodou a tělem svíčky k dlouhému elektrickému výboji, plyn v komoře se zahřeje na velmi vysokou teplotu a expanduje a vystupuje otvorem v těle svíčky do spalovací komory. Vytvoří se plazmový hořák o délce asi 6 mm, díky kterému vzniká několik kapes plamene, což přispívá k zapalování a spalování chudé směsi.

Jiný typ plazmového zapalovacího systému používá malé vysokotlaké čerpadlo, které při generování oblouku dodává vzduch elektrodám. Objem ionizovaného vzduchu vytvořeného během výboje mezi elektrodami vstupuje do spalovací komory.

Tyto metody jsou velmi složité a nevztahují se na automobilové motory. Proto byla vyvinuta další metoda, při které zapalovací svíčka vytváří konstantní elektrický oblouk pro úhel otočení klikového hřídele o 30 °. V tomto případě se uvolní až 20 MJ energie, což je mnohem více než u konvenčního jiskrového výboje. Je známo, že pokud během jiskření nevznikne dostatečné množství energie, směs se nezapálí.

Plazmový oblouk v kombinaci s otáčením vsázky ve spalovací komoře tvoří velkou zapalovací plochu, protože během ní se tvar a velikost plazmového oblouku výrazně mění. Spolu s prodloužením doby zážehu to také znamená přítomnost vysoké energie, která se pro něj uvolňuje.

Na rozdíl od standardního systému pracuje v sekundárním obvodu plazmového zapalovacího systému konstantní napětí 3000 V. V okamžiku vybití se v jiskřišti zapalovací svíčky vytvoří normální jiskra. V tomto případě odpor na elektrodách svíčky klesá a konstantní napětí 3000 V tvoří oblouk, zapálený v okamžiku výboje. K udržení oblouku stačí napětí asi 900 V.

Plazmový zapalovací systém se liší od standardního vestavěného vysokofrekvenčního (12 kHz) 12 V DC chopperu. Indukční cívka zvyšuje napětí na 3000 V, které je poté usměrněno. Je třeba poznamenat, že prodloužený obloukový výboj na zapalovací svíčce výrazně sníží její životnost.

Při plazmovém zapalování se plamen šíří spalovací komorou rychleji, takže je nutná odpovídající změna načasování zapalování. Testy plazmového zapalovacího systému na automobilu Ford Pinto (USA) se zdvihovým objemem motoru 2 300 cm3 a automatickou převodovkou poskytly výsledky uvedené v tabulce. 12.

Tabulka 12. Výsledky testů plazmového zapalovacího systému na automobilu Ford Pinto

Typ zapalovacího systému	Emise toxických látek, např			Spotřeba paliva, l / 100 km
	CHx	CO	NOx	městský testovací cyklus	silniční test cyklus
Standard	0,172	3,48	1,12	15,35	11,41
Plazma s optimálním časováním zapalování	0,160	3,17	1,16	14,26	10,90
Plazma s optimální kontrolou načasování zapalování a složení směsi	0,301	2,29	1,82	13,39	9,98

Pomocí plazmového zapalování je možné provádět vysoce kvalitní regulaci benzínového motoru, při kterém zůstává množství přiváděného vzduchu nezměněno a výkon motoru je řízen pouze úpravou množství dodávaného paliva. Při použití plazmového zapalovacího systému v motoru beze změny časování zapalování a složení směsi se spotřeba paliva snížila o 0,9%, když byl kontrolován úhel zapalování - o 4,5%a při optimálním úhlu zapalování a složení směsi - o 14%( viz tabulka 12). Plazmové zapalování zlepšuje výkon motoru, zejména při částečném zatížení, a spotřeba paliva může být stejná jako u vznětového motoru.

SNÍŽENÍ EMISÍ TOXICKÝCH LÁTEK VÝFUKOVÝMI PLYNY

Nárůst motorizace s sebou nese potřebu opatření na ochranu životního prostředí. Ovzduší ve městech je stále více znečišťováno látkami škodlivými pro lidské zdraví, zejména oxidem uhelnatým, nespálenými uhlovodíky, oxidy dusíku, sloučeninami olova, síry atd. Do značné míry se jedná o produkty neúplného spalování paliv používaných v podnicích, v v každodenním životě, stejně jako v motorech automobilů.

Spolu s toxickými látkami při provozu automobilů má na obyvatelstvo škodlivý vliv také jejich hluk. V posledních letech se hladina hluku ve městech každoročně zvyšuje o 1 dB, takže je nutné nejen zastavit nárůst celkové hladiny hluku, ale také dosáhnout jeho snížení. Neustálé vystavování hluku způsobuje nervová onemocnění, snižuje pracovní schopnost lidí, zejména těch, kteří se zabývají duševní činností. Motorizace přináší hluk do dříve tichých, vzdálených míst. Snížení hluku generovaného dřevozpracujícími a zemědělskými stroji bohužel není stále věnována náležitá pozornost. Motorová pila vytváří ve velké části lesa hluk, který způsobuje změny životních podmínek zvířat a často způsobuje vymizení určitých druhů.

Nejčastěji však kritiku vyvolává znečištění ovzduší výfukovými plyny automobilů.

Tabulka 13. Přípustné emise škodlivých látek výfukovými plyny osobních automobilů v souladu s legislativou ks. Kalifornie, USA

Při rušném provozu se výfukové plyny hromadí na povrchu půdy a za přítomnosti slunečního záření, zejména v průmyslových městech nacházejících se ve špatně větraných kotlinách, vzniká takzvaný smog. Atmosféra je znečištěna do takové míry, že pobyt v ní je zdraví škodlivý. Silničáři ​​na některých frekventovaných křižovatkách používají kyslíkové masky k udržení svého zdraví. Obzvláště škodlivý je relativně těžký oxid uhelnatý nacházející se poblíž zemského povrchu, který proniká do spodních pater budov, garáží a více než jednou vede k úmrtí.

Legislativní podniky omezují obsah škodlivých látek ve výfukových plynech automobilů a neustále je zpřísňují (tabulka 13).

Předpisy jsou pro výrobce automobilů velkým problémem; nepřímo také ovlivňují účinnost silniční dopravy.

Pro úplné spálení paliva může být povolen určitý přebytek vzduchu, aby se zajistilo dobré promíchání paliva s ním. Potřebný přebytečný vzduch závisí na stupni smíchání paliva se vzduchem. V karburátorových motorech tento proces trvá značnou dobu, protože cesta paliva ze zařízení vytvářejícího směs do zapalovací svíčky je poměrně dlouhá.

Moderní karburátor vám umožňuje vytvářet různé druhy směsí. Nejbohatší směs je zapotřebí pro studený start motoru, protože značná část paliva kondenzuje na stěnách sacího potrubí a nevstupuje okamžitě do válce. Pouze malá část lehkých frakcí paliva se odpaří. motor se zahřívá, je také nutná směs bohatého složení.

Když se auto pohybuje, mělo by být složení směsi paliva a vzduchu špatné, což zajistí dobrou účinnost a nízkou specifickou spotřebu paliva. Abyste dosáhli maximálního výkonu motoru, musíte mít bohatou směs, abyste mohli plně využít celou hmotnost vzduchu vstupujícího do válce. Aby byly zajištěny dobré dynamické vlastnosti motoru při rychlém otevření škrticí klapky, je nutné dodatečně dodat určité množství paliva do sacího potrubí, které kompenzuje palivo, které se usadilo a kondenzovalo na stěnách potrubí jako v důsledku zvýšení tlaku v něm.

Pro dobré míchání paliva se vzduchem by měla být vytvořena vysoká rychlost vzduchu a rotace. Pokud je průřez difuzoru karburátoru konstantní, pak při nízkých otáčkách motoru pro dobrou tvorbu směsi je rychlost vzduchu v něm malá a při vysokých - odpor difuzoru vede ke snížení hmotnosti vzduchu vstupujícího do motoru. Tuto nevýhodu lze odstranit použitím karburátoru s proměnným průřezem nebo vstřikováním paliva do sacího potrubí.

Existuje několik typů systémů vstřikování sacího potrubí benzinu. V nejběžněji používaných systémech je palivo dodáváno přes samostatnou trysku pro každý válec, čímž je dosaženo rovnoměrného rozdělení paliva mezi válce, což eliminuje usazování a kondenzaci paliva na studených stěnách sacího potrubí. Množství vstřikovaného paliva se v daném okamžiku snáze přiblíží k optimu požadovanému motorem. Difuzor není potřeba a ztráty energie vznikající průchodem vzduchu jsou eliminovány. Příkladem takového systému dodávky paliva je často používaný vstřikovací systém Bosch K-Jetronic, již zmíněný v 9.5 při zvažování přeplňovaných motorů.

Schéma tohoto systému je znázorněno na obr. 94. Kónická odbočná trubka /, ve které se pohybuje výkyv na páce 2 ventil 5 je navržen tak, aby zdvih ventilu byl úměrný hmotnostnímu průtoku vzduchu. Okno 5 pro průchod paliva se otevírají cívkou 6 v těle regulátoru při pohybu páky pod vlivem vstupujícího vzduchového žlabu. Potřebných změn ve složení směsi v souladu s jednotlivými charakteristikami motoru je dosaženo tvarem kuželové trubky. Páka s ventilem je vyvážena protizávažím, setrvačné síly při vibracích vozidla ventil neovlivňují.

Průtok vzduchu do motoru je regulován škrticím ventilem 4. Tlumení vibrací ventilů a s nimi cívky, vznikající při nízkých otáčkách motoru v důsledku pulzací tlaku vzduchu v sacím potrubí, je dosahováno tryskami v palivovém systému. Šroub 7, umístěný ve ventilové páce, slouží také k regulaci množství dodávaného paliva.

Mezi oknem 5 a tryskou 8 polohovací regulační ventil 10, pružinové 13 a sedla 12, na základě membrány //, konstantní vstřikovací tlak v „tryskovém atomizéru 0,33 MPa při tlaku před ventilem 0,47 MPa.

Palivo z nádrže 16 dodáváno pomocí elektrického palivového čerpadla 15 přes regulátor tlaku 18 a palivový filtr 17 do spodní komory 9 pouzdro regulátoru. Konstantní tlak paliva v regulátoru je udržován redukčním ventilem 14. Regulátor membrány 18 navrženy tak, aby udržovaly tlak paliva, když motor neběží. Tím se zabrání vzniku vzduchových kapes a zajistí se dobré nastartování horkého motoru. Regulátor také zpomaluje nárůst tlaku paliva při nastartování motoru a tlumí jeho výkyvy v potrubí.

Několik zařízení usnadňuje startování motoru za studena. Obtokový ventil 20, ovládaný bimetalovou pružinou otevírá při studeném startu odtokové potrubí do palivové nádrže, což snižuje tlak paliva na konci cívky. Tím je narušena rovnováha páky a stejné množství přiváděného vzduchu bude odpovídat většímu objemu vstřikovaného paliva. Dalším zařízením je přídavný regulátor vzduchu. 19, jehož bránice je rovněž otevřena bimetalovou pružinou. K překonání zvýšeného třecího odporu studeného motoru je zapotřebí dalšího vzduchu. Třetím zařízením je vstřikovač paliva 21 studený start, řízený termostatem 22 ve vodním plášti motoru, který udržuje vstřikovač otevřený, dokud chladicí kapalina motoru nedosáhne nastavené teploty.

Elektronická výbava uvažovaného systému vstřikování benzinu je omezena na minimum. Elektrické palivové čerpadlo se vypne při zastavení motoru a například při nehodě se přeruší přívod paliva, což zabrání požáru v autě. Když motor neběží, páčka ve spodní poloze stiskne spínač umístěný pod ním, který přeruší proud do startéru a topných spirálek termostatu. Výkon vstřikovače se studeným startem závisí na teplotě motoru a době chodu motoru.

Pokud je do jednoho válce přiváděno více vzduchu ze sacího potrubí než do ostatních, pak je přívod paliva určen provozními podmínkami válce s velkým množstvím vzduchu, tj. S chudou směsí, takže spolehlivé zapálení je v něm zajištěno. V tomto případě budou zbývající válce pracovat s obohacenými směsmi, což je ekonomicky nerentabilní a vede ke zvýšení obsahu škodlivých látek.

V dieselových motorech je tvorba směsi obtížnější, protože míchání paliva a vzduchu zabere velmi krátkou dobu. Proces zapalování paliva začíná s malým zpožděním po zahájení vstřikování paliva do spalovací komory. Během spalovacího procesu stále probíhá vstřikování paliva a za takových podmínek není možné dosáhnout plného využití vzduchu.

V naftových motorech proto musí být nadbytek vzduchu a i při kouření (což naznačuje nedokonalé spalování směsi) je ve výfukových plynech přítomen nepoužitý kyslík. To je způsobeno špatným mícháním kapiček paliva se vzduchem. Ve středu palivové erupce je nedostatek vzduchu, což vede ke kouři, přestože v bezprostřední blízkosti světlice je nevyužitý vzduch. Něco z toho už bylo zmíněno v 8.7.

Výhodou dieselových motorů je, že je zajištěno zapálení směsi i při velkém přebytku vzduchu. Nevyužití celého množství vzduchu vstupujícího do válce při spalování je důvodem relativně nízkého specifického výkonu vznětového motoru na jednotku hmotnosti a zdvihového objemu, a to navzdory jeho vysokému kompresnímu poměru.

K dokonalejší tvorbě směsi dochází v naftových motorech s oddělenými spalovacími komorami, ve kterých se směs bohatá na hoření z přídavné komory dostává do hlavní spalovací komory naplněné vzduchem, dobře se s ní mísí a hoří. To vyžaduje méně přebytečného vzduchu než u přímého vstřikování paliva, nicméně velká chladicí plocha stěn vede k velkým tepelným ztrátám, což způsobuje pokles účinnosti indikátoru.

13.1. FORMACE OXIDU UHLITÉHO CO A HYDROCARBONU CHx

Při spalování směsi stechiometrického složení by měl vzniknout neškodný oxid uhličitý CO2 a vodní pára, a pokud je nedostatek vzduchu kvůli tomu, že část paliva neúplně hoří, navíc toxický oxid uhelnatý CO a nespálené uhlovodíky CHx.

Tyto součásti výfukových plynů, které jsou zdraví škodlivé, mohou být spáleny a zneškodněny. Za tímto účelem je nutné přivádět čerstvý vzduch speciálním kompresorem K (obr. 95) na místo ve výfukovém potrubí, kde lze spalovat škodlivé produkty nedokonalého spalování. Někdy je k tomu vzduch dodáván přímo do horkého výfukového ventilu.

Zpravidla je tepelný reaktor pro dodatečné spalování CO a CHx umístěn bezprostředně za motorem přímo na výstupu výfukových plynů. Výfukové plyny M přiváděny do středu reaktoru a odstraněny z jeho obvodu do výstupního potrubí PROTI. Vnější povrch reaktoru má tepelnou izolaci I.

V nejohřívanější centrální části reaktoru je požární komora vyhřívaná výfukovými plyny,

kde se spalují produkty nedokonalého spalování paliva. Tím se uvolňuje teplo, které udržuje reaktor na vysoké teplotě.

Nespálené součásti ve výfukových plynech lze oxidovat bez spalování pomocí katalyzátoru. K tomu je nutné do výfukových plynů přidat sekundární vzduch, který je nezbytný pro oxidaci, jejíž chemickou reakci bude provádět katalyzátor. Tím se také uvolňuje teplo. Katalyzátorem jsou obvykle vzácné a drahé kovy, takže je velmi drahý.

Katalyzátory lze použít v jakémkoli typu motoru, ale mají relativně krátkou životnost. Pokud je v palivu přítomno olovo, povrch katalyzátoru se rychle otráví a stane se nepoužitelným. Získání vysoce oktanového benzínu bez olověných protisrážkových činidel je poměrně komplikovaný proces, při kterém se spotřebuje mnoho oleje, což je ekonomicky nevýhodné, když je nedostatek. Je zřejmé, že dodatečné spalování paliva v tepelném reaktoru vede ke ztrátám energie, ačkoli spalování uvolňuje teplo, které lze využít. Je proto vhodné proces v motoru organizovat tak, aby při spalování paliva v něm vzniklo minimální množství škodlivých látek. Současně je třeba poznamenat, že použití katalyzátorů bude nevyhnutelné pro splnění slibných legislativních požadavků.

FORMACE OXIDŮ DUSÍKU NOx

Zdravotně škodlivé oxidy dusíku vznikají při vysokých teplotách spalování za podmínek stechiometrického složení směsi. Snižování emisí sloučenin dusíku je spojeno s určitými obtížemi, protože podmínky pro jejich redukci se shodují s podmínkami pro tvorbu škodlivých produktů nedokonalého spalování a naopak. Současně lze teplotu spalování snížit zavedením inertního plynu nebo vodní páry do směsi.

Za tímto účelem je vhodné recirkulovat chlazené výfukové plyny do sacího potrubí. Výsledný klesající výkon vyžaduje obohacení směsi, větší otevření škrticí klapky, což zvyšuje celkové emise škodlivých CO a CHx s výfukovými plyny.

Recirkulace výfukových plynů, spolu se snížením kompresního poměru, proměnným časováním ventilů a pozdějším zapalováním, mohou snížit NOx o 80%.

Oxidy dusíku se z výfukových plynů odstraňují také katalytickými metodami. V tomto případě jsou výfukové plyny nejprve vedeny redukčním katalyzátorem, ve kterém je snížen obsah NOx, a poté spolu s dalším vzduchem oxidačním katalyzátorem, kde jsou eliminovány CO a CHx. Schéma takového dvousložkového systému je znázorněno na obr. 96.

Ke snížení obsahu škodlivých látek ve výfukových plynech se používají takzvané β-sondy, které lze použít i ve spojení s dvousložkovým katalyzátorem. Zvláštností systému se sondou je, že další vzduch pro oxidaci není dodáván do katalyzátoru, ale sonda neustále monitoruje obsah kyslíku ve výfukových plynech a kontroluje přívod paliva, takže směs je vždy stechiometrická. V tomto případě budou CO, CHx a NOx přítomny ve výfukových plynech v minimálních množstvích.

Princip činnosti sondy spočívá v tom, že v úzkém rozsahu poblíž stechiometrického složení směsi = 1 se napětí mezi vnitřním a vnějším povrchem sondy prudce mění, což slouží jako řídicí impuls pro zařízení, které reguluje palivo zásobování. Snímací prvek 1 sonda je vyrobena z oxidu zirkoničitého a jejího povrchu 2 pokryté vrstvou platiny. Napěťová charakteristika Us mezi vnitřním a vnějším povrchem citlivého prvku je znázorněna na obr. 97.

DALŠÍ TOXICKÉ LÁTKY

Ke zvýšení oktanového čísla paliva se obvykle používají protiskluzová činidla, jako je tetraethylolovo. Aby se zabránilo usazování sloučenin olova na stěnách spalovací komory a ventilů, používají se takzvané zachycovače, zejména dibromethyl.

Tyto sloučeniny vstupují do atmosféry výfukovými plyny a znečišťují vegetaci podél silnic. Při vstupu do lidského těla s jídlem sloučeniny olova nepříznivě ovlivňují jeho zdraví. Depozice olova v katalyzátorech výfukových plynů již byla zmíněna. V tomto ohledu je v současné době důležitým úkolem odstranění olova z benzínu.

Olej vstupující do spalovací komory zcela nevyhoří a obsah CO a CHx ve výfukových plynech se zvyšuje. K vyloučení tohoto jevu je nutná vysoká těsnost pístních kroužků a udržování dobrého technického stavu motoru.

Spalování velkého množství oleje je zvláště běžné u dvoudobých motorů, kde se přidává do paliva. Negativní důsledky používání směsí benzín-olej jsou částečně zmírněny dávkováním oleje speciálním čerpadlem podle zatížení motoru. Podobné potíže existují při použití Wankelova motoru.

Výpary benzínu mají také škodlivý účinek na lidské zdraví. Proto musí být větrání klikové skříně prováděno tak, aby plyny a páry vstupující do klikové skříně kvůli špatné těsnosti nevnikly do atmosféry. Únik benzínových par z palivová nádrž lze tomu zabránit adsorpcí a nasáváním par do sacího systému. Únik oleje z motoru a převodovky a v důsledku toho kontaminace vozu oleji je také zakázáno, aby bylo zachováno čisté prostředí.

Snížení spotřeby oleje je z ekonomického hlediska stejně důležité jako úspora paliva, protože oleje jsou výrazně dražší než palivo. Pravidelná kontrola a údržba sníží spotřebu oleje v důsledku poruch motoru. Úniky motorového oleje lze pozorovat například kvůli špatné těsnosti víka hlavy válců. Úniky oleje mohou kontaminovat motor a způsobit požár.

Únik oleje je také nebezpečný kvůli špatné těsnosti těsnění klikového hřídele. V tomto případě se spotřeba oleje znatelně zvyšuje a auto zanechává na silnici špinavé stopy.

Kontaminace automobilu olejem je velmi nebezpečná a olejové skvrny pod autem slouží jako záminka k zákazu jeho provozu.

Olej prosakující přes těsnění klikového hřídele může vniknout do spojky a způsobit její prokluz. Negativnější důsledky jsou však způsobeny vniknutím oleje do spalovací komory. A ačkoli je spotřeba oleje relativně nízká, ale jeho neúplné spalování zvyšuje emise škodlivých složek s výfukovými plyny. Hořící olej se projevuje nadměrným kouřem z auta, který je typický pro dvoudobé, ale i výrazně opotřebované čtyřtaktní motory.

V čtyřdobé motory olej vstupuje do spalovací komory skrz pístní kroužky, což je zvláště patrné při jejich vysokém opotřebení a válci. Hlavním důvodem pronikání oleje do spalovací komory je nerovnoměrná přilnavost kompresních kroužků k obvodu válce. Olej je odváděn ze stěn válce skrz štěrbiny a otvory v jeho drážce.

Mezerou mezi dříkem a vedením sacího ventilu se olej snadno dostává do sacího potrubí, kde je vakuum. To platí zejména při použití olejů s nízkou viskozitou. Proudění oleje touto sestavou lze zabránit použitím gumové ucpávky na konci vedení ventilu.

Plyny z klikové skříně, které obsahují mnoho škodlivých látek, jsou obvykle vypouštěny speciálním potrubím do sacího systému. Plyny z klikové skříně, které z něj přecházejí do válce, hoří společně se směsí vzduchu a paliva.

Nízkoviskózní oleje snižují ztráty třením, zlepšují mechanickou účinnost motoru a snižují spotřebu paliva. Nedoporučuje se však používat oleje s viskozitou nižší, než stanoví normy. To může způsobit zvýšenou spotřebu oleje a vysoké opotřebení motoru.

Vzhledem k potřebě šetřit ropu se sběr a používání odpadního oleje stávají stále důležitějšími otázkami. Regenerací starých olejů lze získat značné množství kvalitních kapalných maziv a současně zabránit znečištění životního prostředí zastavením vypouštění použitých olejů do vodních toků.

STANOVENÍ PŘÍpustného množství škodlivých látek

Odstranění škodlivých látek z výfukových plynů je poměrně obtížný úkol. Ve vysokých koncentracích jsou tyto složky velmi škodlivé pro zdraví. Samozřejmě není možné okamžitě změnit aktuální situaci, zejména ve vztahu k vytěženému parkovišti. Z tohoto důvodu byly pro nová vyráběná vozidla navrženy zákonné předpisy pro kontrolu škodlivých látek ve výfukových plynech. Tyto předpisy budou postupně vylepšovány s ohledem na nové pokroky ve vědě a technice.

Čištění výfukových plynů je spojeno se zvýšením spotřeby paliva o téměř 10%, snížením výkonu motoru a zvýšením nákladů na automobil. Současně se také zvyšují náklady na údržbu auta. Katalyzátory jsou také drahé, protože jejich složky jsou složeny ze vzácných kovů. Životnost by měla být počítána na 80 000 km najetých kilometrů vozidla, ale zatím nebyla dosažena. Katalyzátory, které se v současnosti používají, vydrží bez použití olova přibližně 40 000 km.

Současná situace zpochybňuje účinnost přísných předpisů o obsahu škodlivých nečistot, protože to způsobuje výrazné zvýšení nákladů na auto a jeho provoz a v důsledku toho také vede ke zvýšené spotřebě oleje.

Splnění přísných požadavků na čistotu výfukových plynů předložených do budoucna se současným stavem benzínových a naftových motorů zatím není možné. Proto je vhodné věnovat pozornost radikální změně v elektrárně motorových vozidel.

PŘI PŘEHŘÁTÍ MOTORU ...

Jaro vždy přináší majitelům automobilů problémy. Vznikají nejen mezi těmi, kteří nechali auto celou zimu v garáži nebo na parkovišti, načež delší dobu neaktivní vůz představuje překvapení v podobě selhání systému a součástí. Ale také pro ty, kteří cestují po celý rok. Některé vady, prozatím „spící“, se projeví, jakmile teploměr stabilně přechází do oblasti kladných teplot. A jedním z těchto nebezpečných překvapení je přehřátí motoru.

Přehřátí je v zásadě možné kdykoli během roku - jak v zimě, tak v létě. Jak ale ukazuje praxe, největší počet takových případů se vyskytuje na jaře. Vysvětlení je jednoduché. V zimě fungují všechny systémy vozidel, včetně systému chlazení motoru, ve velmi obtížných podmínkách. Velké poklesy teploty - z „mínus“ v noci na velmi vysoké pracovníky po krátkém pohybu - mají negativní vliv na mnoho jednotek a systémů.

Jak zjistit přehřátí?

Odpověď se zdá být zřejmá - podívejte se na teploměr chladicí kapaliny. Ve skutečnosti je vše mnohem komplikovanější. Když je na silnici hustý provoz, řidič si okamžitě nevšimne, že se ručička ukazatele posunula daleko k červené zóně stupnice. Existuje však řada nepřímých znaků, které vědí, že můžete zachytit okamžik přehřátí, aniž byste se dívali na zařízení.

Pokud tedy dojde k přehřátí v důsledku malého množství nemrznoucí směsi v chladicím systému, pak na to první zareaguje ohřívač umístěný v nejvyšším bodě systému - horká nemrznoucí směs tam přestane proudit. Totéž se stane, když nemrznoucí směs vře, protože začíná v nejteplejším místě - v hlavě válců poblíž stěn spalovací komory - a vytvořené parní zátky blokují průchod chladicí kapaliny k ohřívači. V důsledku toho je dodávka horkého vzduchu do prostoru pro cestující přerušena.

Skutečnost, že teplota v systému dosáhla kritické hodnoty, je nejpřesněji doložena náhlým výskytem detonace. Protože teplota stěn spalovací komory během přehřívání je mnohem vyšší než obvykle, určitě to vyvolá výskyt abnormálního spalování. V důsledku toho vám přehřátý motor při sešlápnutí plynového pedálu připomene poruchu charakteristickým zvonivým klepáním.

Bohužel tyto příznaky mohou často zůstat bez povšimnutí: při zvýšených teplotách vzduchu je topení vypnuto a detonace s dobrou zvukovou izolací kabiny prostě není slyšet. Poté s dalším pohybem vozu s přehřátým motorem začne výkon klesat a objeví se klepání, silnější a rovnoměrnější než při detonaci. Tepelná roztažnost pístů ve válci povede ke zvýšení jejich tlaku na stěny a výraznému zvýšení třecích sil. Pokud si řidič tohoto znaku nevšimne, pak během dalšího provozu dojde k vážnému poškození motoru a bohužel to není možné bez vážných oprav.

Proč dochází k přehřívání

Podívejte se zblízka na schéma chladicího systému. Téměř každý jeho prvek se za určitých okolností může stát výchozím bodem pro přehřátí. A jeho hlavní příčiny ve většině případů jsou: špatné chlazení nemrznoucí směsi v chladiči; porušení těsnění spalovací komory; nedostatečné množství chladicí kapaliny, stejně jako netěsnosti v systému a v důsledku toho pokles přetlaku v něm.

Do první skupiny patří kromě zjevné vnější kontaminace chladiče prachem, topolovými vlákny, olistěním také poruchy termostatu, čidla, elektromotoru nebo spojky ventilátoru. Dochází také k vnitřní kontaminaci chladiče, ale ne kvůli měřítku, jak se stalo před mnoha lety po dlouhodobém provozu motoru na vodě. Stejný účinek, a někdy mnohem silnější, je dán použitím různých těsnicích materiálů pro radiátory. A pokud je tento nástroj opravdu ucpaný takovým nástrojem, pak je čištění jeho tenkých trubek poměrně vážným problémem. Poruchy v této skupině jsou obvykle snadno detekovatelné, a aby se dostalo na parkoviště nebo na čerpací stanici, stačí doplnit hladinu kapaliny v systému a zapnout topení.

Poměrně častou příčinou přehřátí je také neuzavření spalovací komory. Produkty spalování paliva, které jsou ve válci pod vysokým tlakem, pronikají netěsnostmi do chladicího pláště a vytlačují chladivo ze stěn spalovací komory. Vytvoří se horký plynový „polštář“, který navíc ohřívá zeď. Podobný obrázek nastává v důsledku vyhoření těsnění hlavy, prasklin v hlavě a vložce válce, deformaci spojovací roviny hlavy nebo bloku - nejčastěji v důsledku předchozího přehřátí. Je možné určit, že k takovému úniku dochází zápachem výfukových plynů v expanzní nádrži, únikem nemrznoucí směsi z nádrže při běžícím motoru, rychlým zvýšením tlaku v chladicím systému bezprostředně po nastartování, jakož i charakteristickou emulzí voda-olej v klikové skříni. Ale určit konkrétně, s čím je únik spojen, je možné zpravidla pouze po částečné demontáži motoru.

Zjevné netěsnosti v chladicím systému se nejčastěji vyskytují v důsledku prasklin v hadicích, uvolnění svorek, opotřebení těsnění čerpadla, nesprávného fungování ventilu ohřívače, chladiče a dalších důvodů. Všimněte si toho, že netěsnost chladiče se často objevuje poté, co jsou trubky „zkorodovány“ takzvaným „nemrznoucím prostředkem“ neznámého původu a k netěsnosti těsnění čerpadla dochází po delším provozu na vodě. Zjistit, že v systému je málo chladicí kapaliny, je vizuálně stejně jednoduché jako lokalizace úniku.

Netěsnost chladicího systému v jeho horní části, mimo jiné v důsledku poruchy zátkového ventilu chladiče, vede k poklesu tlaku v systému na atmosférický. Jak víte, čím nižší je tlak, tím nižší je bod varu kapaliny. Pokud se provozní teplota v systému blíží 100 stupňům C, může kapalina vřít. K varu v netěsném systému často nedochází ani při běžícím motoru, ale po jeho vypnutí. Je možné určit, že systém skutečně uniká nedostatkem tlaku v horní hadici chladiče u teplého motoru.

Co se stane při přehřátí

Jak bylo uvedeno výše, když se motor přehřívá, kapalina začne vařit v chladicím plášti hlavy válců. Výsledný parní zámek (nebo polštář) zabraňuje přímému kontaktu chladicí kapaliny s kovovými stěnami. Z tohoto důvodu účinnost jejich chlazení prudce klesá a teplota výrazně stoupá.

Tento jev je obvykle lokální povahy - v blízkosti varné oblasti může být teplota stěny znatelně vyšší než na indikátoru (a to vše proto, že senzor je instalován na vnější stěně hlavy). V důsledku toho se v hlavě bloku mohou objevit vady, především praskliny. V benzínových motorech - obvykle mezi sedly ventilů a v naftových motorech - mezi sedlem výfukového ventilu a krytem předkomory. U litinových hlav se někdy nacházejí trhliny přes sedlo výfukového ventilu. Trhliny se také vyskytují v chladicím plášti, například podél lůžek vačkových hřídelů nebo podél otvorů pro šrouby hlavy bloku. Je lepší tyto vady odstranit výměnou hlavy, a nikoli svařováním, které dosud nebylo možné provádět s vysokou spolehlivostí.

Při přehřátí, i když nevznikly žádné trhliny, hlava bloku často trpí výraznými deformacemi. Protože na okrajích je hlava přitlačena k bloku šrouby a její střední část se přehřívá, stane se následující. Většina moderních motorů má hlavu vyrobenou ze slitiny hliníku, která se při zahřátí rozpíná více než ocel montážních šroubů. Při silném zahřátí vede rozpínání hlavy k prudkému nárůstu tlakových sil těsnění na okrajích, kde jsou umístěny šrouby, zatímco rozpínání přehřáté střední části hlavy není omezeno šrouby. Z tohoto důvodu dochází na jedné straně k deformaci (selhání z roviny) střední části hlavy a na druhé straně k dalšímu stlačení a deformaci těsnění silami výrazně převyšujícími provozní.

Po ochlazení motoru na některých místech, zejména na okrajích válců, již těsnění zjevně nebude správně upnuto, což může způsobit netěsnost. Při dalším provozu takového motoru se kovové lemování těsnění, které ztratilo tepelný kontakt s rovinami hlavy a bloku, přehřívá a poté vyhoří. To platí zejména pro motory se zásuvnými „mokrými“ vložkami nebo pokud jsou mezi válci příliš úzké můstky.

Aby toho nebylo málo, deformace hlavy obvykle vede k zakřivení osy lůžek vačkových hřídelů umístěných v její horní části. A bez vážných oprav nelze tyto důsledky přehřátí odstranit.

Přehřátí není pro skupinu válec-píst neméně nebezpečné. Protože se var varu chladicí kapaliny postupně šíří z hlavy do zvyšující se části chladicího pláště, prudce klesá také účinnost chlazení válců. To znamená, že se zhoršuje odvod tepla z pístu zahřátého horkými plyny (teplo se z něj odvádí hlavně pístními kroužky do stěny válce). Teplota pístu stoupá a současně dochází k jeho tepelné roztažnosti. Vzhledem k tomu, že píst je hliník a válec je obvykle litinový, vede rozdíl v tepelné roztažnosti materiálů ke snížení pracovní vůle ve válci.

Je znám další osud takového motoru - generální oprava s blokovým vrtáním a výměna pístů a kroužků za opravné. Seznam prací na hlavě bloku je obecně nepředvídatelný. Do tohoto bodu je lepší s motorem nejet. Pravidelným otevíráním kapoty a kontrolou hladiny kapaliny se můžete do určité míry chránit. Umět. Ale ne stoprocentně.

Pokud je motor stále přehřátý

Očividně musíte okamžitě zastavit na okraji silnice nebo na chodníku, vypnout motor a otevřít kapotu - motor se tak ochladí rychleji. Mimochodem, v této fázi to v takových situacích dělají všichni řidiči. Pak ale dělají vážné chyby, před kterými chceme varovat.

V žádném případě neotvírejte kryt chladiče. Ne nadarmo píšou na dopravní zácpy cizích aut „Nikdy neotvírejte horké“ - nikdy neotvírejte, pokud je radiátor horký! Koneckonců je to tak pochopitelné: s fungujícím kuželkovým ventilem je chladicí systém pod tlakem. Bod varu je umístěn v motoru a zástrčka je umístěna na chladiči nebo expanzní nádrži. Otevřením zátky vyprovokujeme uvolnění značného množství horké chladicí kapaliny - pára ji vytlačí ven, jako z děla. V tomto případě je popálení rukou a obličeje téměř nevyhnutelné - proud vroucí vody zasáhne kapotu a odrazí se do řidiče!

Bohužel z nevědomosti nebo zoufalství to dělají všichni (nebo téměř všichni) řidiči, kteří očividně věří, že tím situaci zneškodní. Ve skutečnosti si po vyhození zbytků nemrznoucí směsi ze systému vytvořili další problémy. Faktem je, že kapalina vroucí „uvnitř“ motoru přesto vyrovnává teplotu součástí, čímž ji snižuje na nejvíce přehřátých místech.

Přehřátí motoru je přesně ten případ, kdy když nevíte, co dělat, je lepší nic nedělat. Minimálně deset nebo patnáct minut. Během této doby se var zastaví, tlak v systému klesne. A pak můžete začít jednat.

Poté, co se ujistíte, že horní hadice chladiče ztratila svou původní pružnost (což znamená, že v systému není žádný tlak), opatrně otevřete uzávěr chladiče. Nyní můžete přidat převařenou tekutinu.

Děláme to opatrně a pomalu, protože studená kapalina, která se dostává na horké stěny pláště hlavy bloku, způsobuje jejich rychlé ochlazení, což může vést k tvorbě trhlin.

Po zavření zástrčky nastartujeme motor. Pozorováním teploměru kontrolujeme, jak se zahřívají horní a dolní hadice chladiče, zda se ventilátor po zahřátí zapne a zda nedochází k úniku kapaliny.

Nejvíce nepříjemnou věcí je porucha termostatu. Navíc, pokud se jeho ventil „zasekne“ v otevřené poloze, není problém. Motor se bude zahřívat pomaleji, protože celý tok chladicí kapaliny bude směrován po velkém okruhu chladičem.

Pokud termostat zůstane zavřený (šipka ukazatele, pomalu dosahující středu stupnice, rychle spěchá do červené zóny a hadice chladiče, zejména spodní, zůstanou studené), pohyb není možný ani v zimě - motor okamžitě se znovu přehřeje. V takovém případě musíte demontovat termostat nebo alespoň jeho ventil.

Pokud je zjištěn únik chladicí kapaliny, je vhodné jej odstranit nebo alespoň snížit na rozumné limity. Obvykle radiátor „uniká“ kvůli korozi trubek na žebrech nebo v místech pájení. Někdy lze takové trubky tlumit kousáním a ohýbáním okrajů kleštěmi.

V případech, kdy není možné zcela odstranit závažnou poruchu chladicího systému na místě, musíte alespoň zajet do nejbližší čerpací stanice nebo vesnice.

Pokud je ventilátor vadný, můžete pokračovat v jízdě se zapnutým topením na „maximum“, které přebírá podstatnou část tepelné zátěže. V kabině bude „trochu“ horko - nevadí. Jak víte, „páry kostí nebolí“.

Horší, pokud termostat selhal. Jednu možnost jsme již zvážili výše. Pokud si ale s tímto zařízením nevíte rady (nechcete, nemáte nástroje atd.), Můžete zkusit jinou metodu. Začněte se pohybovat - ale jakmile se šipka ukazatele přiblíží k červené zóně, vypněte motor a doběhněte. Jakmile rychlost klesne, zapněte zapalování (snadno se ujistíte, že již po 10–15 sekundách bude teplota již nižší), znovu nastartujte motor a opakujte vše znovu, nepřetržitě podle šipky ukazatele teploty.

S určitou přesností a vhodnými podmínkami vozovky (nejsou tam žádná prudká stoupání) tímto způsobem můžete ujet desítky kilometrů, i když v systému zbývá velmi málo chladicí kapaliny. Svého času se autorovi tímto způsobem podařilo překonat zhruba 30 km, aniž by způsobil výrazné poškození motoru.

Ve válci motoru probíhají termodynamické cykly s určitou frekvencí, které jsou doprovázeny nepřetržitou změnou termodynamických parametrů pracovní tekutiny - tlak, objem, teplota. Když se změní objem, energie spalování paliva se změní na mechanickou práci. Podmínkou přeměny tepla na mechanickou práci je sled tahů. Tyto zdvihy ve spalovacím motoru zahrnují sání (plnění) válců hořlavou směsí nebo vzduchem, kompresi, spalování, expanzi a výfuk. Variabilní objem je objem válce, který se translačním pohybem pístu zvětšuje (zmenšuje). Ke zvýšení objemu dochází v důsledku expanze produktů během spalování hořlavé směsi, snížení - při stlačení nové náplně hořlavé směsi nebo vzduchu. Síly tlaku plynu na stěny válce a na píst během expanzního zdvihu jsou převedeny na mechanickou práci.

Energie nahromaděná v palivu je během termodynamických cyklů přeměněna na tepelnou energii, je přenášena na stěny válce tepelným a světelným zářením, zářením a ze stěn válce - chladicí kapaliny a hmoty motoru tepelným vedením a do okolního prostoru z povrchy motoru volné a nucené

proudění. V motoru jsou přítomny všechny druhy přenosu tepla, což naznačuje složitost probíhajících procesů.

Využití tepla v motoru se vyznačuje účinností, čím méně je chladicímu systému a hmotnosti motoru věnováno spalné teplo paliva, tím více práce je vykonáno a účinnost vyšší.

Motor běží dvěma nebo čtyřmi zdvihy. Hlavními procesy každého pracovního cyklu jsou sací, kompresní, zdvihové a výfukové zdvihy. Zavedení kompresního zdvihu do pracovního procesu motorů umožnilo co nejvíce minimalizovat chladicí povrch a současně zvýšit tlak spalování paliva. Produkty spalování se rozpínají podle stlačení hořlavé směsi. Tento proces umožňuje snížit tepelné ztráty ve stěnách válců a u výfukových plynů, zvýšit tlak plynu na píst, což výrazně zvyšuje výkon a ekonomický výkon motoru.

Skutečné tepelné procesy v motoru se výrazně liší od teoretických procesů založených na termodynamických zákonech. Teoretický termodynamický cyklus je uzavřen, předpokladem jeho realizace je přenos tepla do studeného tělesa. V souladu s druhým zákonem termodynamiky a v teoretickém tepelném motoru není možné úplně přeměnit tepelnou energii na energii mechanickou. V dieselových motorech, jejichž válce jsou naplněny čerstvou náplní vzduchu a mají vysoké kompresní poměry, je teplota hořlavé směsi na konci sacího zdvihu 310 ... 350 K, což je vysvětleno relativně malými množství zbytkových plynů; u benzínových motorů je teplota sání na konci zdvihu 340 .. 0,400 K. Tepelná bilance hořlavé směsi během sacího zdvihu může být reprezentována jako

kde?) p t - množství tepla pracovní tekutiny na začátku sacího zdvihu; Os.ts - množství tepla, které vstoupilo do pracovní tekutiny při kontaktu s vyhřívanými povrchy sacího traktu a válce; Qo g - množství tepla ve zbytkových plynech.

Z rovnice tepelné bilance lze určit teplotu na konci sacího zdvihu. Vezmeme hmotnostní hodnotu množství čerstvého náboje t se z, zbytkové plyny - t o g Se známou tepelnou kapacitou čerstvé náplně s P, zbytkové plyny s "p a pracovní směs s p rovnice (2.34) je reprezentována jako

kde T s h - teplota čerstvé náplně před vstupem; ALE T sz- ohřev čerstvé náplně, když je vstřikován do válce; T g- teplota zbytkových plynů na konci vypouštění. Lze to dostatečně přesně předpokládat s "p = s p a s "p - s, s p, kde s; - korekční faktor v závislosti na T sz a složení směsi. S a = 1,8 a motorovou naftou

Při řešení rovnice (2.35) s ohledem na T a označte vztah

Vzorec pro stanovení teploty ve válci na vstupu má tvar

Tento vzorec platí pro čtyřdobé i dvoudobé motory; u přeplňovaných motorů se teplota na konci sání vypočítá podle vzorce (2.36) za předpokladu, že q = 1. Přijatá podmínka nezavádí do výpočtu velké chyby. Hodnoty parametrů na konci sacího zdvihu, určené experimentálně v nominálním režimu, jsou uvedeny v tabulce. 2.2.

Tabulka 2.2

	Čtyřtaktní ICE		Dvoudobé spalovací motory
Index	jiskrovým zapalováním		s přímou výměnou plynu
Součinitel zbytkového plynu při ost
Teplota výfukových plynů na konci výfuku G p K
Ohřev čerstvé náplně, K
Teplota pracovní tekutiny na konci vstupu Ta, NA

Během sacího zdvihu se sací ventil u vznětového motoru otevře o 20 ... 30 °, než píst dosáhne TDC a zavře se po průchodu BDC o 40 ... 60 °. Otevírací doba vstupního ventilu je 240 ... 290 °. Teplota ve válci na konci předchozího zdvihu - výfuku se rovná T g= 600 ... 900 K. Vzduchová náplň, která má teplotu výrazně nižší, se smíchá se zbytkovými plyny ve válci, což sníží teplotu ve válci na konci sání na Ta = 310 ... 350 K. Teplotní rozdíl ve válci mezi zdvihy výfuku a sání je AT a. r = Ta - T g. Protože T a AT a. t = 290 ... 550 °.

Rychlost změny teploty ve válci za jednotku času za cyklus se rovná:

U vznětového motoru je rychlost změny teploty během sacího zdvihu při n e= 2400 min -1 a φ a = 260 ° je s d = (2,9 ... 3,9) 104 stupňů / s. Teplota na konci sacího zdvihu ve válci je tedy určena hmotností a teplotou zbytkových plynů po zdvihu výfuku a ohřevem čerstvé náplně z částí motoru. Grafy funkce co rt = / (D e) sacího zdvihu pro naftové a benzínové motory, uvedené na obr. 2.13 a 2.14, ukazují na výrazně vyšší rychlost změny teploty ve válci benzínového motoru ve srovnání s naftovým motorem, a tedy vyšší intenzitu tepelného toku z pracovní tekutiny a jejího růstu se zvýšením otáček klikového hřídele . Průměrná vypočítaná hodnota rychlosti změny teploty během sacího zdvihu nafty v rámci otáček klikového hřídele 1500 ... 2500 min -1 je = 2,3 10 4 ± 0,18 stupňů / s a ​​pro benzín

motor v otáčkách 2000 ... 6000 min -1 - s i = 4,38 10 4 ± 0,16 deg / s. Při sacím zdvihu je teplota pracovní tekutiny přibližně stejná jako provozní teplota chladicí kapaliny,

Rýže. 2.13.

Rýže. 2.14.

teplo stěn válce je vynakládáno na ohřev pracovní tekutiny a významně neovlivňuje teplotu chladicí kapaliny v chladicím systému.

V kompresní zdvih uvnitř válce probíhají poměrně složité procesy výměny tepla. Na začátku kompresního zdvihu je teplota vsázky hořlavé směsi nižší než teplota povrchů stěn válce a vsázka se zahřívá, přičemž pokračuje ve odebírání tepla ze stěn válce. Mechanická práce komprese je doprovázena absorpcí tepla z vnějšího prostředí. V určitém (nekonečně malém) časovém období se vyrovnají teploty povrchu válce a náplň směsi, v důsledku čehož se výměna tepla mezi nimi zastaví. Při dalším stlačování teplota vsázky hořlavé směsi převyšuje teplotu povrchů stěn válce a tepelný tok mění směr, tj. teplo je dodáváno do stěn válce. Celková návratnost tepla ze vsázky hořlavé směsi je nepodstatná, je to asi 1,0 ... 1,5% z množství tepla dodávaného s palivem.

Teplota pracovní tekutiny na konci vstupu a její teplota na konci komprese souvisí s rovnicí kompresního polytropu:

kde 8 je kompresní poměr; n l - polytropický exponent.

Teplota na konci kompresního zdvihu se obecně vypočítá jako průměrná konstanta pro celou procesní hodnotu polytropického exponentu SCH. V konkrétním případě je polytropický exponent vypočítán z tepelné bilance během komprimace ve formě

kde a s a a" - vnitřní energie 1 kmole čerstvého náboje; a a a a" - vnitřní energie 1 kmol zbytkových plynů.

Společné řešení rovnic (2.37) a (2.39) pro známou hodnotu teploty T a umožňuje určit polytropický indikátor SCH. Polytropický index je ovlivněn intenzitou chlazení válce. Při nízkých teplotách chladicí kapaliny je teplota povrchu válce nižší, proto n l bude méně.

Hodnoty parametrů konce kompresního zdvihu jsou uvedeny v tabulce. 2.3.

stůl23

Při kompresním zdvihu jsou sací a výfukové ventily uzavřeny, píst se pohybuje do TDC. Doba kompresního zdvihu u vznětových motorů při otáčkách 1500 ... 2400 min -1 je 1,49 1СГ ... 9,31 KG 3 s, což odpovídá otáčení klikového hřídele pod úhlem φ (. = 134 °, pro benzínové motory s otáčkami 2400 ... 5600 min -1 a cf r = 116 ° - (3,45 ... 8,06) 1 (G 4 s. Teplotní rozdíl pracovní tekutiny ve válci mezi kompresní a sací zdvihy AT s _ a = T s - T a pro dieselové motory je to v rozmezí 390 ... 550 ° С, pro benzínové motory - 280 ... 370 ° С.

Rychlost změny teploty ve válci na kompresní zdvih je rovna:

a u vznětových motorů při rychlostech 1500 ... 2500 min -1 je rychlost změny teploty (3,3 ... 5,5) 10 4 deg / s, u benzínových motorů při rychlosti 2000 ... 6000 min -1 - (3,2 ... 9,5) x x 10 4 stupňů / s. Tok tepla během kompresního zdvihu je směrován z pracovní tekutiny ve válci ke stěnám a do chladicí kapaliny. Grafy funkcí s = f (č e) pro dieselové a benzínové motory jsou uvedeny na obr. 2.13 a 2.14. Vyplývá z nich, že rychlost změny teploty pracovní tekutiny je u naftových motorů vyšší než u benzínových motorů o jednu rychlost.

Procesy přenosu tepla během kompresního zdvihu jsou určeny teplotním rozdílem mezi povrchem válce a vsázkou hořlavé směsi, relativně malým povrchem válce na konci zdvihu, hmotností hořlavé směsi a omezeným krátkým časovým obdobím během kterého dochází k přenosu tepla z hořlavé směsi na povrch válce. Předpokládá se, že kompresní zdvih nemá žádný významný vliv na teplotní režim chladicí systémy.

Expanzní cyklus je jediným zdvihem v pracovním cyklu motoru, během kterého se provádí užitečná mechanická práce. Tomuto cyklu předchází proces spalování hořlavé směsi. Výsledkem spalování je zvýšení vnitřní energie pracovní tekutiny, která se přemění na práci expanze.

Proces spalování je komplexem fyzikálních a chemických jevů oxidace paliva s intenzivním uvolňováním

teplo. U kapalných uhlovodíkových paliv (benzín, nafta) je spalovací proces chemickou reakcí kombinace uhlíku a vodíku s kyslíkem ve vzduchu. Spalné teplo vsázky hořlavé směsi je vynakládáno na ohřev pracovní tekutiny a provádění mechanické práce. Část tepla z pracovní tekutiny skrz stěny válce a hlavu ohřívá klikovou skříň a další části motoru, jakož i chladicí kapalinu. Termodynamický proces skutečného pracovního procesu s přihlédnutím ke ztrátě spalného tepla paliva, s přihlédnutím k neúplnému spalování, přenosu tepla na stěny válce atd. Je extrémně komplikovaný. U vznětových a benzínových motorů je proces spalování jiný a má své vlastní charakteristiky. U vznětových motorů dochází ke spalování s různou intenzitou v závislosti na zdvihu pístu: nejprve intenzivně a poté pomalu. V benzínových motorech dochází ke spalování okamžitě, obecně se uznává, že k němu dochází při konstantním objemu.

Aby se zohlednilo teplo složkami ztrát, včetně přenosu tepla na stěny válce, je zaveden součinitel využití spalovacího tepla. Součinitel využití tepla je určen experimentálně pro vznětové motory = 0,70 ... 0,85 a benzínové motory?, = 0,85 ... 0,90 ze stavové rovnice plynů na začátku a na konci expanze:

kde je stupeň předběžné expanze.

Pro dieselové motory

pak

Pro benzínové motory pak

Hodnoty parametrů při spalování a na konci expanzního zdvihu u motorů)