Välispõlemismootori tööpõhimõte. Välispõlemismootor - tööpõhimõte ja eelised

Alles umbes sada aastat tagasi, mootorid sisepõlemine Pidin ägedas konkurentsis võitma koha, mille nad kaasaegses autotööstuses hõivavad. Siis polnud nende paremus sugugi nii ilmne kui praegu. Tõesti, Aurumootor- peamine rivaal bensiini mootor- omas sellega võrreldes suuri eeliseid: müramatus, võimsuse juhtimise lihtsus, suurepärane veojõu omadused ja hämmastav "kõigesööja", mis võimaldab teil töötada mis tahes tüüpi kütusel puidust bensiinini. Kuid lõpuks said ülekaalu sisepõlemismootorite kasutegur, kergus ja töökindlus ning pani leppima nende puudustega kui paratamatusega.
1950. aastatel algas gaasiturbiinide ja rootormootorite tulekuga rünnak sisepõlemismootorite monopoolsele positsioonile autotööstuses – rünnak, mida pole veel krooninud edu. Umbes samal ajal üritati lavale tuua uus mootor, mis ühendab hämmastavalt bensiinimootori efektiivsuse ja töökindluse müratuse ja "kõigesööja" aurupaigaldusega. See on kuulus mootor välispõlemine, mille Šoti preester Robert Stirling patenteeris 27. septembril 1816 (Inglise patent nr 4081).

Protsessi füüsika

Kõigi eranditult soojusmasinate tööpõhimõte põhineb asjaolul, et kuumutatud gaasi paisumisel tehakse rohkem mehaanilist tööd, kui on vaja külma kokkusurumiseks. Selle demonstreerimiseks piisab pudelist ja kahest potist kuuma ja külma veega. Esmalt kastetakse pudel jäävette ja kui selles olev õhk jahtub, suletakse kael korgiga ja viiakse kiiresti kuuma vette. Mõne sekundi pärast kostab plõks ja pudelis kuumutatud gaas surub korgi välja, tehes mehaanilist tööd. Pudeli saab uuesti jäävette tagasi panna – tsükkel kordub.
esimese Stirlingi masina silindrid, kolvid ja keerulised hoovad reprodutseerisid seda protsessi peaaegu täpselt, kuni leiutaja taipas, et osa gaasist jahutamisel võetud soojusest saab kasutada osaliseks soojendamiseks. Vaja on vaid mingit anumat, kuhu oleks võimalik jahtumisel gaasist võetud soojust talletada ja soojendamisel sellele tagasi anda.
Kuid paraku ei päästnud isegi see väga oluline täiustus Stirlingi mootorit. 1885. aastaks olid siin saavutatud tulemused väga kesised: kasutegur 5-7 protsenti, 2 liitrit. Koos. võimsus, 4 tonni kaalu ja 21 kuupmeetrit hõivatud pinda.
Välispõlemismootoreid ei päästnud isegi Rootsi inseneri Ericksoni välja töötatud teise konstruktsiooni edu. Erinevalt Stirlingist pakkus ta välja gaasi soojendamise ja jahutamise mitte konstantsel mahul, vaid konstantsel rõhul. 1887. aastal töötasid trükikodades, majades, kaevandustes, laevadel suurepäraselt mitu tuhat väikest Ericksoni mootorit. Nad täitsid veepaake, andsid liftidele toite. Erickson üritas neid isegi meeskonna juhtimiseks kohandada, kuid need osutusid liiga raskeks. Venemaal toodeti enne revolutsiooni suur hulk selliseid mootoreid nimetuse "Soojus ja võimsus" all.

Välispõlemismootorites on kütuse põlemisprotsess ja termilise mõju allikas tööpaigaldist eraldatud. Sellesse kategooriasse kuuluvad tavaliselt auru- ja gaasiturbiinid, aga ka Stirlingi mootorid. Selliste installatsioonide esimesed prototüübid ehitati rohkem kui kaks sajandit tagasi ja neid kasutati peaaegu kogu 19. sajandi jooksul.

Kui kiiresti arenev tööstus vajas võimsaid ja ökonoomseid elektrijaamu, tulid disainerid välja plahvatusohtlike aurumasinate asendusega, kus töövedelikuks oli kõrge rõhu all olev aur. Nii tekkisid välispõlemismootorid, mis said laialt levinud juba 19. sajandi alguses. Vaid mõnikümmend aastat hiljem asendati need sisepõlemismootoritega. Need maksavad oluliselt vähem kui nende lai levik.

Kuid tänapäeval uurivad disainerid vananenud välispõlemismootoreid põhjalikumalt. See on tingitud nende eelistest. Peamine eelis on see, et sellised paigaldised ei vaja hästi puhastatud ja kallist kütust.

Välispõlemismootorid on vähenõudlikud, kuigi nende ehitus ja hooldus on siiski üsna kulukad.

Stirlingi mootor

Välispõlemismootorite perekonna üks kuulsamaid esindajaid on Stirlingi masin. See leiutati 1816. aastal, seda täiustati mitu korda, kuid hiljem pikka aega oli teenimatult unustatud. Nüüd on Stirlingi mootor saanud taassünni. Seda kasutatakse edukalt isegi kosmoseuuringutes.

Stirlingi masina töö põhineb suletud termodünaamilisel tsüklil. Siin toimuvad erinevatel temperatuuridel perioodilised kokkusurumis- ja paisumisprotsessid. Töövoo haldamine toimub selle mahtu muutes.

Stirlingi mootor võib töötada soojuspumbana, rõhugeneraatorina, jahutusseadmena.

Selles mootoris surutakse gaas madalatel temperatuuridel kokku ja kõrgel paisub. Perioodiline parameetrite muutumine toimub spetsiaalse kolvi kasutamise tõttu, millel on nihutaja funktsioon. Soojus suunatakse töövedelikku väljastpoolt, läbi silindri seina. See funktsioon annab õiguse

Välispõlemismootoreid hakati kasutama siis, kui inimesed vajasid võimsat ja säästlikku energiaallikat. Enne seda kasutati auruseadmeid, kuid need olid plahvatusohtlikud, kuna kasutasid surve all kuuma auru. 19. sajandi alguses asendati need välispõlemisseadmetega ning mõne aastakümne pärast leiutati juba tuttavad sisepõlemisseadmed.

Seadmete päritolu

19. sajandil seisis inimkond silmitsi probleemiga, et aurukatlad plahvatasid liiga sageli ning neil oli ka tõsiseid disainivigu, mis muutsid nende kasutamise ebasoovitavaks. Väljapääsu leidis 1816. aastal Šoti preester Robert Stirling. Neid seadmeid võib nimetada ka "kuumaõhumootoriteks", mida kasutati juba 17. sajandil, kuid see mees lisas leiutisele puhasti, mida nüüd nimetatakse regeneraatoriks. Seega suutis Stirlingi välispõlemismootor paigaldise tootlikkust märkimisväärselt tõsta, kuna see säilitas soojuse soojas tööpiirkonnas, samal ajal kui töövedelikku jahutati. Tänu sellele on kogu süsteemi efektiivsus oluliselt suurenenud.

Sel ajal kasutati leiutist üsna laialdaselt ja see oli oma populaarsuse tõusuteel, kuid aja jooksul seda enam ei kasutatud ja see unustati. Välispõlemisseadmed asendati auruseadmete ja mootoritega, kuid sisepõlemisega juba tuttavad. Neid hakati uuesti meenutama alles 20. sajandil.

Paigaldusoperatsioon

Välispõlemismootori tööpõhimõte seisneb selles, et selles vahelduvad pidevalt kaks etappi: töövedeliku soojendamine ja jahutamine suletud ruumis ning energia saamine. See energia tuleneb asjaolust, et töövedeliku maht muutub pidevalt.

Kõige sagedamini muutub sellistes seadmetes tööaineks õhk, kuid kasutada võib ka heeliumi või vesinikku. Sel ajal kui leiutis oli arendusjärgus, kasutati katsetena selliseid aineid nagu lämmastikdioksiid, freoonid, veeldatud propaanbutaan. Mõnes proovis prooviti isegi tavalist vett. Väärib märkimist, et vee kui tööainega käivitatud välispõlemismootor eristus selle poolest, et sellel oli üsna suur erivõimsus, kõrge rõhk ja see oli üsna kompaktne.

Esimest tüüpi mootor. "Alfa"

Esimene mudel, mida kasutati, oli Stirlingi Alpha. Selle disaini eripära on see, et sellel on kaks jõukolbi, mis asuvad eraldi silindrites. Ühel neist oli piisavalt kõrge temperatuur ja palav, teisel, vastupidi, külm. Soojusvaheti sees asus kõrge temperatuuriga kuum silindri-kolvi paar. Külm aur oli madala temperatuuriga soojusvaheti sees.

Välispõlemissoojusmootori peamised eelised olid nende suur võimsus ja maht. Kuuma auru temperatuur oli aga liiga kõrge. Seetõttu tekkisid selliste leiutiste tootmisprotsessis mõned tehnilised raskused. Selle seadme regeneraator asub kuuma ja külma ühendustorude vahel.

Teine proov. "Beeta"

Teine mudel oli Stirlingi beetamudel. Peamine disaini erinevus oli see, et seal oli ainult üks silinder. Üks selle otstest toimis kuuma paarina, samas kui teine ​​ots jäi külmaks. Selle silindri sees liikus kolb, millest saab voolu eemaldada. Samuti oli sees nihutaja, mis vastutas kuuma tööpiirkonna helitugevuse muutmise eest. See seade kasutas gaasi, mis pumbati külmast tsoonist kuuma tsooni läbi regeneraatori. Seda tüüpi välispõlemismootoritel oli regeneraator välise soojusvaheti kujul või see oli kombineeritud nihutava kolviga.

Uusim mudel. "Gamma"

Viimane sort see mootor sai Stirlingi Gamma. Seda tüüpi eristas mitte ainult kolvi, vaid ka nihutaja, vaid ka asjaolu, et selle konstruktsioonis oli juba kaks silindrit. Nagu esimesel juhul, oli üks neist külm ja seda kasutati jõuvõtu jaoks. Aga teine ​​silinder, nagu ka eelmisel juhul, oli ühest otsast külm ja teisest kuum. Siin nihutaja liikus. Välispõlemis-kolbmootoril oli ka regeneraator, mida võis olla kahte tüüpi. Esimesel juhul oli see väline ja ühendas sellised konstruktsiooniosad nagu silindri kuum tsoon külma, aga ka esimese silindriga. Teine tüüp on sisemine regeneraator. Kui seda võimalust kasutati, lisati see nihutaja konstruktsiooni.

Stirlingite kasutamine on õigustatud, kui on vaja lihtsat ja väikest soojusenergia muundurit. Seda saab kasutada ka siis, kui temperatuuride erinevus ei ole gaasi- või auruturbiinide kasutamiseks piisavalt suur. Väärib märkimist, et tänapäeval on sellised proovid muutunud tavalisemaks. Näiteks kasutatakse neid võrguühenduseta mudelid turistidele, kes on võimelised töötama gaasipõleti pealt.

Hetkel kasutusel olevad seadmed

Näib, et nii vana leiutist ei saa tänapäeval kasutada, kuid see pole nii. NASA tellis Stirlingi tüüpi välispõlemismootori, kuid tööainena tuleks kasutada tuuma- ja radioisotoopsoojuseallikaid. Lisaks saab seda edukalt kasutada ka järgmistel eesmärkidel:

• Sellist mootorimudelit on vedeliku pumpamiseks palju lihtsam kasutada kui tavalist pumpa. See on suuresti tingitud asjaolust, et pumbatavat vedelikku ennast saab kasutada kolvina. Lisaks jahutab see ka töövedelikku. Näiteks saab sellise "pumba" abil pumbata vett kastmiskanalitesse, kasutades päikesesoojust.
• Mõned külmikute tootjad kipuvad selliseid seadmeid paigaldama. Tootmiskulusid saab vähendada ja külmutusagensina saab kasutada tavalist õhku.
• Kui kombineerite seda tüüpi välispõlemismootorit soojuspumbaga, saate optimeerida maja küttevõrgu tööd.
• Üsna edukalt kasutatakse Stirlingeid Rootsi mereväe allveelaevadel. Fakt on see, et mootor töötab vedelal hapnikul, mida hiljem kasutatakse hingamiseks. Allveelaeva jaoks on see väga oluline. Lisaks on selliseid seadmeid piisavalt madal tase müra. Loomulikult on seade üsna suur ja vajab jahutust, kuid allveelaeva puhul pole need kaks tegurit märkimisväärsed.

Mootori kasutamise eelised

Kui projekteerimisel ja monteerimisel rakendatakse kaasaegseid meetodeid, on võimalik koefitsienti suurendada kasulik tegevus välispõlemismootor kuni 70%. Selliste proovide kasutamisega kaasneb järgmine positiivseid omadusi:

• Üllataval kombel on aga sellise leiutise puhul pöördemoment praktiliselt sõltumatu väntvõlli pöörlemiskiirusest.
• Selles jõuseade puuduvad sellised elemendid nagu süütesüsteem ja klapisüsteem. Samuti puudub nukkvõll.
• On üsna mugav, et kogu kasutusaja jooksul ei ole vaja seadmeid reguleerida ja konfigureerida.
• Need mootorimudelid ei ole võimelised "seiskuma". Seadme lihtsaim disain võimaldab seda kasutada üsna pikka aega täiesti autonoomses režiimis.
• Energiaallikana saab kasutada peaaegu kõike, alates küttepuudest kuni uraanikütuseni.
• Loomulikult toimub välispõlemismootoris ainete põletamise protsess väljaspool. See aitab kaasa asjaolule, et kütus põletatakse täielikult ja mürgiste heitkoguste hulk on minimaalne.

Puudused

Loomulikult pole igal leiutisel puudusi. Kui me räägime selliste mootorite puudustest, on need järgmised:

1. Tulenevalt asjaolust, et põlemine toimub väljaspool mootorit, eemaldatakse tekkiv soojus radiaatori seinte kaudu. See sunnib seadme mõõtmeid suurendama.
2. Materjali tarbimine. Stirlingi mootori kompaktse ja tõhusa mudeli loomiseks on vaja kvaliteetset kuumakindlat terast, mis talub kõrget survet ja kõrget temperatuuri. Lisaks peab soojusjuhtivus olema madal.
3. Määrdeainena peate ostma spetsiaalse tööriista, kuna tavaline koksib kõrgetel temperatuuridel, mis mootoris saavutatakse.
4. Piisavalt suure võimsustiheduse saavutamiseks tuleb töökeskkonnana kasutada kas vesinikku või heeliumi.

Kütusena vesinik ja heelium

Suure võimsuse saamine on muidugi vajalik, kuid peate mõistma, et vesiniku või heeliumi kasutamine on üsna ohtlik. Näiteks vesinik on iseenesest üsna plahvatusohtlik ja kõrgel temperatuuril tekitab see ühendeid, mida nimetatakse metallhüdriitideks. See juhtub siis, kui vesinik lahustub metallis. Teisisõnu suudab ta silindri seestpoolt hävitada.

Lisaks on nii vesinik kui heelium lenduvad ained, mida iseloomustab suur läbitungimisvõime. Lihtsamalt öeldes imbuvad need kergesti läbi peaaegu iga tihendi. Ja aine kadu tähendab töörõhu kaotust.

Roteeriv välispõlemismootor

Sellise masina südameks on pöörlev paisumismasin. Välise põlemistüübiga mootorite puhul on see element õõnsa silindri kujul, mis on mõlemalt poolt kaetud katetega. Rootor ise näeb välja nagu ratas, mis on paigaldatud võllile. Sellel on ka teatud arv U-kujulisi sissetõmmatavaid plaate. Nende reklaamimiseks kasutatakse spetsiaalset ülestõstetavat seadet.

Lukjanovi välispõlemismootor

Juri Lukjanov on Pihkva Polütehnilise Instituudi teadur. Ta on pikka aega välja töötanud uusi mootorimudeleid. Teadlane püüdis veenduda, et uutes mudelites pole selliseid elemente nagu käigukast, nukkvõll ja väljalasketoru. Stirlingi seadmete peamiseks puuduseks oli see, et need olid liiga suured. Just selle puuduse suutis teadlane kõrvaldada tänu sellele, et labad asendati kolbidega. See aitas kogu konstruktsiooni suurust mitu korda vähendada. Mõned ütlevad, et saate välispõlemismootorit oma kätega teha.

See on sissejuhatav osa artiklite sarjast, mis on pühendatud Sisepõlemismootor, mis on lühike kõrvalepõige loosse sisepõlemismootori arengust. Samuti puudutab artikkel esimesi autosid.

Järgmistes osades kirjeldatakse üksikasjalikult erinevaid ICEsid:

Ühendusvarras ja kolb
Rotary
Turboreaktiivmootor
jet

Mootor paigaldati paati, mis suutis mööda Saône jõge üles navigeerida. Aasta hiljem, pärast katsetamist, said vennad oma leiutisele patendi, millele kirjutas alla Napoleon Bonoparte, 10 aastaks.

Kõige õigem oleks seda mootorit nimetada reaktiivmootoriks, kuna selle ülesanne oli paadi põhja all asuvast torust vett välja suruda ...

Mootor koosnes süütekambrist ja põlemiskambrist, õhu sissepritselõõtsast, kütusepaagist ja süüteseadmest. Söetolm oli mootori kütuseks.

Lõõts süstis söetolmuga segatud õhujoa süütekambrisse, kus hõõguv taht segu süütas. Peale seda läks osaliselt süttinud segu (söetolm põleb suhteliselt aeglaselt) põlemiskambrisse, kus põles täielikult läbi ja toimus paisumine.
Edasi surus gaaside rõhk vee väljalasketorust välja, mis pani paadi liikuma, misjärel tsükkel kordus.
Mootor töötas impulssrežiimil sagedusega ~12 p/min.

Mõni aeg hiljem täiustasid vennad kütust, lisades sellele vaiku, hiljem asendasid selle õliga ja konstrueerisid lihtsa sissepritsesüsteemi.
Järgmise kümne aasta jooksul ei saanud projekt mingit arendust. Claude läks Inglismaale mootori ideed propageerima, kuid ta raiskas kogu raha ega saavutanud midagi ning Joseph asus fotograafiasse ja temast sai maailma esimese foto "Vaade aknast" autor.

Prantsusmaal Niépce'i majamuuseumis eksponeeritakse "Pyreolophore" koopiat.

Veidi hiljem monteeris de Riva oma mootori neljarattalisele universaalile, millest ajaloolaste sõnul sai esimene sisepõlemismootoriga auto.

Alessandro Volta kohta

Volta oli esimene, kes asetas tsingi ja vase plaadid happesse, et toota pidevat elektrivoolu, luues sellega maailmas esimese keemiline allikas praegune ("Voltaic Sammas").

1776. aastal leiutas Volta gaasipüstoli – "Volta püstoli", milles gaas plahvatas elektrisädemest.

1800. aastal ehitas ta keemiapatarei, mis võimaldas keemiliste reaktsioonide kaudu elektrit toota.

Elektripinge mõõtühik Volt on oma nime saanud Volta järgi.

A- silinder, B- "Süüteküünal, C- kolb, D- "õhupall" vesinikuga, E- põrkmehhanism, F- heitgaasi klapp, G- klapi juhtkäepide.

Vesinikku hoiti "õhupallis", mis oli toruga ühendatud silindriga. Kütuse ja õhu juurdevool, samuti segu süütamine ja heitgaaside eraldumine toimus käsitsi, hoobade abil.

Toimimispõhimõte:

Õhk sisenes põlemiskambrisse heitgaasiklapi kaudu.
Klapp oli suletud.
Avati kuulist vesiniku tarnimise klapp.
Kraan oli kinni.
Nupu vajutamisega pandi "küünlale" elektrilahendus.
Segu sähvatas ja tõstis kolvi üles.
Heitgaasi klapp avati.
Kolb kukkus oma raskuse all (oli raske) ja tõmbas trossi, mis keeras rattad läbi ploki.

Pärast seda korrati tsüklit.

1813. aastal ehitas de Riva teise auto. See oli umbes kuue meetri pikkune vagun, mille rataste läbimõõt oli kaks meetrit ja kaal ligi tonni.
Auto suutis kivikoormaga sõita 26 meetrit (umbes 700 naela) ja neli meest, kiirusega 3 km/h.
Iga tsikliga liikus auto 4-6 meetrit.

Vähesed tema kaasaegsed võtsid seda leiutist tõsiselt ja Prantsuse Teaduste Akadeemia väitis, et sisepõlemismootor ei konkureeri kunagi jõudluses aurumasinaga.

Aastal 1833, Ameerika leiutaja Lemuel Wellman Wright registreeris patendi vesijahutusega kahetaktilise gaasilise sisepõlemismootori jaoks.
(vt allpool) Oma raamatus Gaasi- ja õlimootorid kirjutas Wright mootori kohta järgmist:

«Mootori joonis on väga funktsionaalne ja detailid hoolikalt läbi töötatud. Segu plahvatus mõjub otse kolvile, mis pöörab väntvõlli läbi ühendusvarda. Kõrval välimus mootor on nagu aurumasin kõrgsurve, milles gaas ja õhk tarnitakse pumpade abil eraldi mahutitest. Sfäärilistes anumates olev segu süüdati, kui kolb tõusis TDC-ni (ülemine surnud keskpunkt) ja suruti seda alla/üles. Tsükli lõpus avaneb klapp ja eraldub heitgaasid atmosfääri.

Pole teada, kas seda mootorit kunagi ehitatud on, kuid selle kohta on joonis:

Aastal 1838, Inglise insener William Barnett sai patendi kolmele sisepõlemismootorile.

Esimene mootor on kahetaktiline ühetoimeline (kütus põles ainult kolvi ühel küljel) eraldi pumpadega gaasi ja õhu jaoks. Segu süüdati eraldi silindris ja seejärel voolas põlev segu töösilindrisse. Sisse- ja väljalaskeava viidi läbi mehaaniliste ventiilide kaudu.

Teine mootor kordas esimest, kuid oli kahetoimeline, see tähendab, et põlemine toimus vaheldumisi mõlemal pool kolvi.

Kolmas mootor oli samuti kahetoimeline, kuid sellel oli silindrite seintes sisse- ja väljalaskeaknad, mis avanevad, kui kolb jõuab äärmuslikku punkti (nagu tänapäevastel kahetaktilistel mootoritel). See võimaldas heitgaase automaatselt vabastada ja lasta sisse uus segu.

Barnetti mootori eripäraks oli see, et värske segu suruti enne süütamist kolvi poolt kokku.

Ühe Barnetti mootori joonis:

Aastatel 1853-57, Itaalia leiutajad Eugenio Barzanti ja Felice Matteucci töötasid välja ja patenteerisid kahesilindrilise sisepõlemismootori võimsusega 5 l/s.
Patendi andis välja Londoni büroo, kuna Itaalia seadused ei suutnud tagada piisavat kaitset.

Prototüübi ehitamine usaldati Bauer & Co-le. Milano" (Helvetica) ja valmis 1863. aasta alguses. Mootori edu, mis oli aurumasinast palju tõhusam, oli nii suur, et ettevõte hakkas saama tellimusi kõikjalt maailmast.

Varajane ühesilindriline Barzanti-Matteucci mootor:

Kahe silindriga Barzanti-Matteucci mootorimudel:

Matteucci ja Barzanti sõlmisid mootori tootmiseks lepingu ühe Belgia ettevõttega. Barzanti lahkus Belgiasse tööd isiklikult juhendama ja suri ootamatult tüüfusesse. Barzanti surmaga jäeti kogu töö mootoriga pooleli ja Matteucci naasis oma eelmisele töökohale hüdroinsenerina.

1877. aastal väitis Matteucci, et tema ja Barzanti olid sisepõlemismootori peamised loojad ning Augustus Otto ehitatud mootor sarnanes väga Barzanti-Matteucci mootoriga.

Barzanti ja Matteucci patentidega seotud dokumente hoitakse Firenze Museo Galileo raamatukogu arhiivis.

Nikolaus Otto tähtsaim leiutis oli mootor koos neljataktiline tsükkel- Otto tsükkel. See tsükkel on enamiku gaasi- ja bensiinimootorite töö aluseks tänapäevani.

Neljataktiline tsükkel oli Otto suurim tehniline saavutus, kuid peagi avastati, et paar aastat enne tema leiutist oli täpselt sama mootori tööpõhimõtet kirjeldanud prantsuse insener Beau de Rochas. (vt eespool). Grupp Prantsuse tööstureid vaidlustas Otto patendi kohtus, kohus pidas nende argumendid veenvaks. Otto patendist tulenevaid õigusi vähendati oluliselt, sealhulgas kaotati tema monopol neljataktilise tsikli osas.

Vaatamata asjaolule, et konkurendid alustasid neljataktiliste mootorite tootmist, oli paljude aastate kogemustega välja töötatud Otto mudel endiselt parim ja nõudlus selle järele ei lõppenud. 1897. aastaks toodeti neid erineva võimsusega mootoreid umbes 42 tuhat. Asjaolu, et kütusena kasutati kerget gaasi, ahendas aga oluliselt nende rakendusala.
Valgustus- ja gaasijaamade arv oli isegi Euroopas tühine ja Venemaal oli neid vaid kaks - Moskvas ja Peterburis.

Aastal 1865, sai prantsuse leiutaja Pierre Hugo patendi masinale, mis oli vertikaalne ühesilindriline kahetoimeline mootor, milles segu varustamiseks kasutati kahte kummipumpa, mida juhiti väntvõll.

Hugo konstrueeris hiljem Lenoiri omaga sarnase horisontaalse mootori.

Teadusmuuseum, London.

Aastal 1870, konstrueeris Austria-Ungari leiutaja Samuel Markus Siegfried vedelkütusel töötava sisepõlemismootori ja paigaldas selle neljarattalisele kärule.

Tänapäeval tuntakse seda autot kui "esimest Marcuse autot".

1887. aastal ehitas Marcus koostöös Bromovsky & Schulziga teise auto, teise Marcuse auto.

Aastal 1872, patenteeris Ameerika leiutaja kahesilindrilise konstantse rõhuga sisepõlemismootori, mis töötab petrooleumil.
Brighton andis nende mootorile nimeks "Ready Motor".

Esimene silinder toimis kompressorina, mis surus õhku põlemiskambrisse, millesse toodi pidevalt juurde ka petrooleumi. Põlemiskambris segu süüdati ja poolimehhanismi kaudu siseneti teise - töösilindrisse. Märkimisväärne erinevus teistest mootoritest seisnes selles, et õhu-kütuse segu põles järk-järgult ja konstantsel rõhul.

Need, kes on huvitatud mootori termodünaamilistest aspektidest, võivad lugeda Braytoni tsükli kohta.

Aastal 1878, Šoti insener Sir (rüütliks 1917) töötas välja esimese kahetaktiline mootor kokkusurutud segu süütamisega. Ta patenteeris selle Inglismaal 1881. aastal.

Mootor töötas kurioossel moel: õhku ja kütust juhiti paremasse silindrisse, kus see segati ja see segu lükati vasakusse silindrisse, kus segu süüdati küünlast. Toimus paisumine, mõlemad kolvid läksid alla, vasakust silindrist (läbi vasaku haru toru) heitgaasid paiskusid välja ning paremasse silindrisse imeti uus portsjon õhku ja kütust. Pärast inertsi tõusid kolvid üles ja tsükkel kordus.

Aastal 1879, ehitas täiesti töökindla bensiini kahetaktiline mootorit ja sai sellele patendi.

Benzi tõeline geenius avaldus aga selles, et järgnevates projektides suutis ta erinevaid seadmeid kombineerida. (gaas, aku sädesüüde, süüteküünal, karburaator, sidur, käigukast ja radiaator) oma toodetele, millest sai omakorda kogu masinatööstuse standard.

1883. aastal asutas Benz tootmiseks ettevõtte Benz & Cie gaasimootorid ja 1886. aastal patenteeris neljataktiline mootor, mida ta oma autodes kasutas.

Tänu Benz & Cie edule suutis Benz sattuda hobusteta vankrite disaini. Ühendades mootorite valmistamise kogemuse ja kauaaegse hobi – jalgrataste disainimise, ehitas ta 1886. aastaks oma esimese auto ja pani sellele nimeks "Benz Patent Motorwagen".

Disain meenutab kangesti kolmerattalist.

Ühesilindriline neljataktiline sisepõlemismootor töömahuga 954 cm3., Paigaldatud " Benzi patent".

Mootor oli varustatud suure hoorattaga (kasutatakse mitte ainult ühtlaseks pöörlemiseks, vaid ka käivitamiseks), 4,5-liitrise gaasipaagi, aurustustüüpi karburaatori ja poolklapiga, mille kaudu kütus põlemiskambrisse sisenes. Süüte tootis Benzi enda disainitud süüteküünal, mille pinge andis Ruhmkorffi mähis.

Jahutus oli vesi, kuid mitte suletud tsükkel, vaid aurustamine. Aur pääses atmosfääri, nii et auto tuli täita mitte ainult bensiini, vaid ka veega.

Mootor arendas võimsust 0,9 hj. kiirusel 400 p/min ja kiirendas auto kiiruseni 16 km/h.

Karl Benz oma autot juhtimas.

Veidi hiljem, 1896. aastal, leiutas Karl Benz bokseri mootor (või tühi mootor), millesse kolvid ulatuvad ülevalt surnud punktid samal ajal, tasakaalustades seega üksteist.

Mercedes-Benzi muuseum Stuttgardis.

Aastal 1882 Inglise insener James Atkinson leiutas Atkinsoni tsükli ja Atkinsoni mootori.

Atkinsoni mootor on sisuliselt neljataktiline mootor. Otto tsükkel, kuid muudetud vända mehhanism. Erinevus seisnes selles, et Atkinsoni mootoris toimusid kõik neli takti ühel väntvõlli pöördel.

Atkinsoni tsükli kasutamine mootoris võimaldas madalama heitgaasirõhu tõttu vähendada kütusekulu ja vähendada töö ajal müra. Lisaks ei vajanud see mootor gaasijaotusmehhanismi käitamiseks käigukasti, kuna klappide avanemine pani väntvõlli liikuma.

Vaatamata paljudele eelistele (sealhulgas Otto patentidest kõrvalehoidmine) mootorit ei kasutatud laialdaselt tootmise keerukuse ja mõne muu puuduse tõttu.
Atkinsoni tsükkel võimaldab teil saavutada parima keskkonnatoime ja ökonoomsuse, kuid nõuab suur kiirus. Madalatel pööretel tekitab see suhteliselt väikese pöördemomendi ja võib seiskuda.

Nüüd kasutatakse Atkinsoni mootorit hübriidautod « Toyota Prius ja Lexus HS 250h.

Aastal 1884, Briti insener Edward Butler demonstreeris Londonis Stanley Cycle Show'il kolmerattalise auto jooniseid koos bensiini mootor sisepõlemine 1885. aastal ehitas ta selle ja näitas seda samal näitusel, nimetades seda "Velocycle". Samuti oli Butler esimene, kes seda sõna kasutas bensiin.

Patent "Velocycle'ile" anti välja 1887. aastal.

Velocycle oli varustatud ühesilindrilise neljataktilise mootoriga bensiin ICE varustatud süütepooli, karburaatori, gaasihoova ja vedelikuga jahutatud. Mootor arendas võimsust umbes 5 hj. mahuga 600 cm3 ja kiirendas auto kiiruseni 16 km/h.

Aastate jooksul parandas Butler oma sõiduki jõudlust, kuid "punase lipu seaduse" tõttu ei saanud ta seda katsetada. (avaldatud 1865), Millega sõidukid ei tohtinud ületada kiirust üle 3 km/h. Lisaks pidi autos olema kolm inimest, kellest üks pidi punase lipuga auto ette kõndima. (need on turvameetmed) .

1890. aasta ajakirjas English Mechanic's kirjutas Butler: "Võimud keelavad auto kasutamise teedel, mistõttu ma keeldun edasisest arendusest."

Avalikkuse huvi puudumise tõttu auto vastu lõhkus Butler selle vanarauaks ja müüs patendiõigused Harry J. Lawsonile. (rattatootja), kes hakkas tootma mootorit paatides kasutamiseks.

Butler ise liikus edasi statsionaarsete ja laevamootorite loomiseni.

Aastal 1891, Herbert Aykroyd Stewart ehitas koostöös Richard Hornsby ja Sonsiga Hornsby-Akroydi mootori, millesse süstiti surve all kütust (petrooleumi). lisakaamera (kuju tõttu nimetati seda "kuumaks palliks") paigaldatud silindripeale ja ühendatud põlemiskambriga kitsa vahekäigu kaudu. Kütus süttis lisakambri kuumadest seintest ja tormas põlemiskambrisse.

1. Lisakaamera (kuum pall).
2. Silinder.
3. Kolb.
4. Carter.

Mootori käivitamiseks kasutati puhurit, mis soojendas lisakambrit (pärast käivitamist soojendati seda heitgaasidega). Seetõttu on Hornsby-Akroydi mootor kes oli eelkäija diiselmootor kujundas Rudolf Diesel, mida sageli nimetatakse pooldiisliks. Aasta hiljem täiustas Aykroyd aga oma mootorit, lisades sellele “veesärgi” (patent aastast 1892), mis võimaldas surveastet suurendades temperatuuri tõsta põlemiskambris ja nüüd polnud enam vaja. täiendav kütteallikas.

1893. aastal aastal sai Rudolf Diesel patendid soojusmasinale ja modifitseeritud Carnot' tsüklile nimega "Muustamismeetod ja aparaat". kõrge temperatuur töötama."

1897. aastal "Augsburgi tehnikatehases" (alates 1904. aastast MAN), Friedrich Kruppi ja vendade Sulzerite ettevõtete rahalisel osalusel loodi Rudolf Dieseli esimene töötav diiselmootor.
Mootori võimsus oli 20 Hobujõud kiirusel 172 p/min, kasutegur 26,2% kaaluga viis tonni.
See oli palju parem kui olemasolevad 20% tõhusad Otto mootorid ja 12% tõhusad laevaauruturbiinid, mis äratasid tööstuse suurimat huvi. erinevad riigid.

Diiselmootor oli neljataktiline. Leiutaja leidis, et sisepõlemismootori efektiivsust tõstab põleva segu surveastme suurendamine. Põlevsegu aga tugevalt kokku suruda on võimatu, sest siis tõusevad rõhk ja temperatuur ning see süttib spontaanselt enne tähtaega. Seetõttu otsustas Diesel mitte suruda kokku põlevat segu, vaid puhastab õhku ja süstib tugeva surve all kompressiooni lõpus kütust silindrisse.
Kuna suruõhu temperatuur ulatus 600-650 °C-ni, süttis kütus iseeneslikult ja gaasid paisudes panid kolvi liikuma. Seega õnnestus Diislil oluliselt tõsta mootori efektiivsust, vabaneda süütesüsteemist ja kasutusest kütusepump kõrgsurve
Aastal 1933 kirjutas Elling prohvetlikult: "Kui ma 1882. aastal gaasiturbiini kallal töötama hakkasin, olin kindlalt veendunud, et minu leiutise järele on lennukitööstuses nõudlus."

Kahjuks suri Elling 1949. aastal, ilma et ta oleks kunagi näinud turboreaktiivmootorite ajastu tulekut.

Ainus foto, mille leidsime.

Ehk leiab keegi selle mehe kohta midagi "Norra tehnikamuuseumist".

Aastal 1903, Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski avaldas ajakirjas "Scientific Review" artikli "Maailma kosmose uurimine reaktiivseadmetega", kus ta tõestas esmakordselt, et rakett on seade, mis on võimeline sooritama kosmoselendu. Artiklis pakuti välja ka kaugmaaraketi esimene projekt. Selle korpus oli piklik metallkamber, mis oli varustatud vedel reaktiivmootor (mis on ka sisepõlemismootor). Kütuse ja oksüdeerijana tegi ta ettepaneku kasutada vastavalt vedelat vesinikku ja hapnikku.

Ilmselt tasub sellel raketi-kosmose noodil ajalooline osa lõpetada, sest kätte on jõudnud 20. sajand ja kõikjal hakati tootma sisepõlemismootoreid.

Filosoofiline järelsõna...

K.E. Tsiolkovski uskus, et lähitulevikus õpivad inimesed elama kui mitte igavesti, siis vähemalt väga kaua. Sellega seoses jääb Maal vähe ruumi (ressursse) ja laevad peavad liikuma teistele planeetidele. Kahjuks läks siin maailmas midagi valesti ja esimeste rakettide abil otsustasid inimesed omasugused lihtsalt hävitada...

Aitäh kõigile, kes lugesid.

Kõik õigused kaitstud © 2016
Materjalide igasugune kasutamine on lubatud ainult aktiivse lingiga allikale.

Toimimispõhimõte

Kavandatav uuenduslik tehnoloogia põhineb ülitõhusa neljasilindrilise välispõlemismootori kasutamisel. See on soojusmasin. Soojust saab tarnida välisest soojusallikast või toota mitmesuguste kütuste põletamisel põlemiskambris.

Soojust hoitakse konstantsel temperatuuril ühes mootoriruumis, kus see muundatakse rõhu all olevaks vesinikuks. Laienedes surub vesinik kolvi. Madala temperatuuriga mootoriruumis jahutatakse vesinikku soojusakumulaatorite ja vedelikjahutitega. Paisudes ja kokku tõmbudes põhjustab vesinik kolvi edasi-tagasi liikumist, mis muudetakse pöörlevaks liikumiseks plaadi abil, mis käitab standardset mahtuvuslikku elektrigeneraatorit. Vesinikjahutusprotsess toodab ka soojust, mida saab kasutada elektri ja soojuse koostootmiseks abiprotsessides.

üldkirjeldus

Soojuselektrijaam FX-38 on ühe mootori-generaatori moodul, mis sisaldab välispõlemismootorit, põlemissüsteemi, mis töötab propaanil, maagaasil, sellega seotud naftagaasil, muudel keskmise ja madala energiaintensiivsusega kütuseliikidel (biogaas), induktiivne generaator, mootori juhtimissüsteem, ilmastikukindel korpus koos sisseehitatud ventilatsioonisüsteemiga ja muud abiseadmed paralleelseks tööks kõrgepingevõrguga.

Maagaasil või biogaasil töötamisel sagedusel 50 Hz on nimielektrivõimsus 38 kW. Lisaks toodab jaam valikulise soojuse ja elektri koostootmissüsteemiga 65 kWh taaskasutatavat soojust.

FX-38 saab varustada mitmesuguste jahutussüsteemide valikutega, et pakkuda paigaldamise paindlikkust. Toode on mõeldud hõlpsasti ühendamiseks elektrikontaktide, kütusevarustussüsteemide ja välise jahutussüsteemi torudega, kui see on varustuses.

Täiendavad üksikasjad ja valikud

• Võimsuse mõõtmise moodul (annab paigaldatud voolutrafot, et lugeda ekraanil olevaid vahelduvvoolu parameetreid)
• Kaugseire võimalus RS-485 liidese kaudu
• Integreeritud või kaugpaigaldatav jahutusradiaator
• Propaankütuse võimalus
• Maagaasi võimalus
• Seotud naftagaasi võimalus
• Madala energiatarbega kütuse valik

FX-48 saab kasutada mitmel viisil:

• Rööpühendus kõrgepingevõrguga 50 Hz, 380 V AC
• Soojuse ja elektri kombineeritud režiim

Taimede jõudlus

Elektri- ja soojustootmisrežiimil sagedusel 50 Hz toodab jaam 65 kWh taaskasutatavat soojust. Toode on varustatud torustikuga, mis on valmis ühendamiseks kliendi tarnitud vedelik/vedel soojusvahetiga. Soojusvaheti kuum pool on suletud ahelaga vooluring mootori korpuse jahuti ja integreeritud süsteemiradiaatoriga, kui see on olemas. Soojusvaheti külm pool on pühendatud kliendi jahutusradiaatori ahelatele.

Hooldus

Seade on mõeldud pidevaks tööks ja jõuvõtuks. Põhikontroll jõudlusomadused teostab klient 1000-tunniste intervallidega ning sisaldab vesijahutussüsteemi ja õlitaseme kontrollimist. Pärast 10 000 töötundi hooldatakse seadme esiosa, sealhulgas vahetatakse kolvi rõngas, varre tihend, veorihm ja erinevad tihendid. Konkreetseid võtmekomponente kontrollitakse kulumise suhtes. Mootori kiirus on 1500 p/min 50 Hz töötamise korral.

Järjepidevus

Tehase tööaeg on üle 95%, mis põhineb tööintervallidel ja sisaldub ajakavas Hooldus.

Helirõhu tase

Seadme helirõhutase ilma sisseehitatud radiaatorita on 64 dBA 7 meetri kaugusel. Sisseehitatud jahutusventilaatoritega radiaatoriga seadme helirõhutase on 7 meetri kaugusel 66 dBA.

Heitmed

Maagaasil töötades on mootori heitkogused 0,0574 g/Nm 3 NO x või võrdne, 15,5 g/Nm 3 lenduvad orgaanilised ühendid ja 0,345 g/Nm 3 CO.

gaasiline kütus

Mootor on ette nähtud töötama erinevat tüüpi gaaskütustel, mille kütteväärtus on 13,2 kuni 90,6 MJ/Nm 3, sellega seotud naftagaas, maagaas, kivisöe metaan, taaskasutusgaas, propaan ja prügilatest pärit biogaas. Selle ulatuse katmiseks saab seadet tellida järgmiste kütusesüsteemi konfiguratsioonidega:

Põlemissüsteem vajab reguleeritud gaasivarustusrõhku 124-152 mbar igat tüüpi kütuse puhul.

Keskkond

Standardseade töötab temperatuuril keskkond-20 kuni +50°С.

Paigaldamise kirjeldus

FX-38 soojuselektrijaam on tehase tarnimisel täielikult valmis elektritootmiseks. Sisseehitatud elektripaneel on liidese ja juhtimisnõuete täitmiseks seadmele paigaldatud. Elektrikilbi sisseehitatud ilmastikukindel digitaalne ekraan tagab operaatorile nupu käivitamise, seiskamise ja taaskäivitamise liidese. Elektrikilp toimib ka terminali peamise ühenduspunktina elektriseade kliendile, samuti juhtmega sideterminalidega.

Seade on võimeline saavutama täiskoormuse väljundvõimsust umbes 3-5 minutiga alates käivitamisest, olenevalt süsteemi algtemperatuurist. Käivitus- ja paigaldusjärjestus aktiveeritakse ühe nupuvajutusega.

Pärast käivituskäsku ühendatakse seade kõrgepingevõrguga, sulgedes võrku sisemise kontaktori. Mootor pöördub kohe ümber, tühjendades põlemiskambri enne kütuseventiilide avanemist. Pärast kütuseventiili avamist suunatakse energia süüteseadmesse, süüdates põlemiskambris oleva kütuse. Põlemise olemasolu määrab töögaasi temperatuuri tõus, mis aktiveerib ülestõukekontrolli protseduuri punktini. Töötemperatuur. Seejärel jääb leek isemajandavaks ja püsivaks.

Pärast installi peatamise käsku suletakse see kõigepealt kütuse ventiil põlemisprotsessi peatamiseks. Pärast eelseadistatud aja möödumist, mille jooksul mehhanism jahtub, avaneb kontaktor, mis ühendab seadme vooluvõrgust lahti. Kui radiaatori ventilaatorid on paigaldatud, võivad jahutusvedeliku temperatuuri alandamiseks lühikest aega töötada.

Seade kasutab konstantse käigupikkusega välispõlemismootorit, mis on ühendatud standardse induktsioongeneraatoriga. Seade töötab paralleelselt kõrgepingevõrguga või paralleelselt elektrijaotussüsteemiga. Induktsioongeneraator ei tekita oma ergutust: ta saab ergastust ühendatud toiteallikast. Kui võrgupinge katkeb, lülitub seade välja.

Paigaldussõlmede kirjeldus

Seadme disain tagab selle lihtsa paigaldamise ja ühendamise. Seal on välisühendused kütusetorude, toiteklemmide, sideliideste ja vajaduse korral välisradiaator ja vedelik/vedelik soojusvaheti torustik. Seadet saab tellida integreeritud või kaugpaigaldatava radiaatori ja/või vedelik/vedelik soojusvaheti torustikuga mootori jahutamiseks. Samuti on saadaval ohutu väljalülitamise tööriistad ja juhtimisloogika, mis on spetsiaalselt loodud soovitud töörežiimi jaoks.

Korpusel on kaks juurdepääsupaneeli mõlemal pool mootori-/generaatoriruumi ja väline ühe hingedega uks, et pääseda elektrikambrisse.

Paigalduse kaal: umbes 1770 kg.

Mootor on 4-silindriline (260 cm 3/silindris) välispõlemismootor, mis neelab sisepõlemiskambris gaasikütuse pideva põlemise soojust ja sisaldab järgmisi sisseehitatud komponente:

• Mootoriga käitatav põlemiskambri ventilaator
• Õhufilter põlemiskambrid
• Kütusesüsteem ja põlemiskambri kate
• pump jaoks määrdeõli, mootori jõul
• Määrdeõli jahuti ja filter
• Mootori jahutusvee pump, mootori jõul
• Temperatuuriandur vesi jahutussüsteemis
• Määrdeõli rõhuandur
• Gaasi rõhu ja temperatuuri andur
• Kõik vajalikud juhtimis- ja ohutusseadmed

Generaatori omadused on toodud allpool:

• Nimivõimsus 38 kW 50 Hz juures, 380 V vahelduvvool
• 95,0% elektriline kasutegur 0,7 võimsusteguri juures
• Ergutus avalikust vooluvõrgust asünkroonmootori/generaatori ergutiga
• Vähem kui 5% harmooniliste kogumoonutusi tühikoormusest täiskoormusele
• Isolatsiooniklass F

Operaatoriliides – digitaalne ekraan võimaldab seadet juhtida. Operaator saab käivitada ja peatada seadet digitaalekraanilt, vaadata tööaega, tööandmeid ja hoiatusi/tõrkeid. Paigaldades valikulise võimsuse mõõtmise mooduli, saab operaator vaadata paljusid elektrilisi parameetreid, nagu genereeritud võimsus, kilovatt-tunnid, kilovatt-amprid ja võimsustegur.

Seadmete diagnostika ja andmete kogumise funktsioon on sisse ehitatud tehase juhtimissüsteemi. Diagnostikateave lihtsustab kaugandmete kogumist, andmete aruandlust ja seadme tõrkeotsingut. Need funktsioonid hõlmavad süsteemiandmete kogumist, nagu tööolekuteave, kõik mehaanilised tööparameetrid, nagu silindri temperatuur ja rõhk, ning kui on ühendatud valikuline võimsusmõõtur, siis elektrienergia väljundväärtused. Andmeid saab edastada standardse RS-232 ühenduspordi kaudu ja kuvada arvutis või sülearvutis andmete kogumise tarkvara abil. Mitme paigalduse korral või juhtudel, kui signaali edastuskaugus ületab RS-232 võimet, kasutatakse MODBUS RTU protokolli kasutades andmete vastuvõtmiseks valikulist RS-485 porti.

Kuuma ülekandmiseks väljaheite gaasid põlemissüsteemist kasutatakse roostevabast terasest torusid. TO väljalasketoru korpuse väljapääsu juurde on kinnitatud tasakaalustatud väljalaskeklapp vihma ja lume eest kaitsva korgiga.

Jahutamiseks saab kasutada erinevaid rakendustehnoloogiaid ja konfiguratsioone:

Sisseehitatud jahutusradiaator – pakub jahutusradiaatorit, mis on ette nähtud välistemperatuurile kuni +50°C. Kõik torud on tehases ühendatud. See on tüüpiline tehnoloogia, kui heitsoojuse taaskasutamist ei kasutata.

Välisradiaator - mõeldud kliendi poolt paigaldamiseks, mõeldud välisõhu temperatuurile kuni +50°C. Lühikesed tugijalad on varustatud jahutusradiaatoriga kontaktlauale kinnitamiseks. Kui on vaja paigaldada siseruumidesse, saab seda võimalust kasutada sisseehitatud radiaatori jahutusõhu tarnimiseks vajaliku ventilatsioonisüsteemi asemel.

Väline jahutussüsteem – tagab kliendi tarnitud jahutussüsteemi torustiku väljaspool korpust. See võib olla soojusvaheti või kaugpaigaldatav radiaator.

Külmutusagens koosneb mahu järgi 50% veest ja 50% etüleenglükoolist: vajadusel saab asendada propüleenglükooli ja vee seguga.

FX-38 tehas kasutab vesinikku töövedelikuna mootori kolbide käitamiseks tänu vesiniku suurele soojusülekandevõimele. Normaalse töö käigus kulub materjali läbilaskvusest tingitud normaalse lekke tõttu prognoositav kogus vesinikku. Selle tarbimismäära arvestamiseks on paigalduskohas vaja üht või mitut vesinikuballooni komplekti, mis on reguleeritud ja seadmega ühendatud. Seadme sees surub sisseehitatud vesinikukompressor paagi kõrgemale mootorirõhule ja süstib püsivara nõudmisel väikesed portsjonid. Sisseehitatud süsteem on hooldusvaba ning olenevalt mootori tööst tuleb silindreid vahetada.

Kütuse etteandetoru on varustatud 1-tollise NPT-ga kõigi standardkütuste jaoks, välja arvatud madala energiatarbega valikud, mis kasutavad 1 1/2-tollist NPT-d. Kõigi gaaskütuste kütuserõhu nõuded on vahemikus 124–152 mbar.