Principiul de funcționare a motorului cu ardere externă. Motor cu ardere externă - principiu de funcționare și avantaje

20.10.2019

Cu doar o sută de ani în urmă, motoare combustie interna A trebuit să câștig locul pe care ei îl ocupă în industria auto modernă într-o competiție acerbă. Atunci superioritatea lor nu era deloc atât de evidentă ca astăzi. Într-adevăr, mașină cu aburi- principalul rival motor pe benzina- a avut avantaje uriașe în comparație cu acesta: zgomot, ușurință în controlul puterii, excelent caracteristicile de tracțiuneși uimitor „omnivor”, permițându-vă să lucrați la orice tip de combustibil, de la lemn la benzină. Dar, în cele din urmă, eficiența, ușurința și fiabilitatea motoarelor cu ardere internă au prevalat și ne-au făcut să ne înțelegem cu neajunsurile lor ca fiind inevitabile.
În anii 1950, odată cu apariția turbinelor cu gaz și a motoarelor rotative, a început un asalt asupra poziției de monopol ocupată de motoarele cu ardere internă în industria de automobile, asalt care nu a fost încă încununat de succes. Cam în același timp s-au încercat aducerea în scenă motor nou, care combină uimitor eficiența și fiabilitatea unui motor pe benzină cu silențiozitatea și instalația de abur „omnivoră”. Acesta este faimosul motor ardere externă, pe care preotul scoțian Robert Stirling l-a brevetat la 27 septembrie 1816 (brevet englez nr. 4081).

Fizica proceselor

Principiul de funcționare al tuturor motoarelor termice, fără excepție, se bazează pe faptul că, atunci când un gaz încălzit se extinde, se efectuează mai multă muncă mecanică decât este necesar pentru a comprima unul rece. Pentru a demonstra acest lucru, sunt suficiente o sticlă și două oale cu apă caldă și rece. Mai întâi, sticla este scufundată în apă cu gheață, iar când aerul din ea se răcește, gâtul este astupat cu un dop și transferat rapid în apă fierbinte. După câteva secunde, se aude un pop și gazul încălzit în sticlă împinge dopul afară, făcând lucrări mecanice. Sticla poate fi returnată din nou în apa cu gheață - ciclul se va repeta.
cilindrii, pistoanele și pârghiile complicate ale primei mașini Stirling au reprodus acest proces aproape exact, până când inventatorul și-a dat seama că o parte din căldura preluată din gaz în timpul răcirii poate fi folosită pentru încălzire parțială. Tot ce este nevoie este un fel de recipient în care ar fi posibil să se depoziteze căldura preluată din gaz în timpul răcirii și să i-o restituie atunci când este încălzit.
Dar, din păcate, nici această îmbunătățire foarte importantă nu a salvat motorul Stirling. Până în 1885, rezultatele obţinute aici erau foarte mediocre: randament 5-7 la sută, 2 litri. din. putere, 4 tone greutate și 21 de metri cubi de spațiu ocupat.
Motoarele cu ardere externă nu au fost salvate nici măcar de succesul unui alt design dezvoltat de inginerul suedez Erickson. Spre deosebire de Stirling, el a propus încălzirea și răcirea gazului nu la un volum constant, ci la o presiune constantă. În 1887, câteva mii de mici motoare Erickson funcționau perfect în tipografii, în case, în mine, pe nave. Au umplut rezervoarele de apă, au alimentat lifturile. Erickson a încercat chiar să le adapteze pentru a conduce echipaje, dar s-au dovedit a fi prea grele. În Rusia, înainte de revoluție, un număr mare de astfel de motoare au fost produse sub numele de „Căldură și putere”.

În motoarele cu ardere externă, procesul de ardere a combustibilului și sursa de influență termică sunt separate de instalația de lucru. Această categorie include de obicei turbinele cu abur și gaz, precum și motoarele Stirling. Primele prototipuri ale unor astfel de instalații au fost construite cu mai bine de două secole în urmă și au fost folosite aproape pe tot parcursul secolului al XIX-lea.

Când industria în dezvoltare rapidă avea nevoie de centrale puternice și economice, proiectanții au venit cu un înlocuitor pentru motoarele cu abur explozive, în care fluidul de lucru era abur sub presiune înaltă. Așa au apărut motoarele cu ardere externă, care s-au răspândit deja la începutul secolului al XIX-lea. Doar câteva decenii mai târziu au fost înlocuite cu motoare cu ardere internă. Costă mult mai puțin decât distribuția lor largă.

Dar astăzi, designerii se uită mai atent la motoarele cu ardere externă învechite. Acest lucru se datorează beneficiilor lor. Principalul avantaj este că astfel de instalații nu au nevoie de combustibil bine purificat și scump.

Motoarele cu ardere externă sunt nepretențioase, deși construcția și întreținerea lor sunt încă destul de costisitoare.

Motorul lui Stirling

Unul dintre cei mai cunoscuți reprezentanți ai familiei de motoare cu ardere externă este mașina Stirling. A fost inventat în 1816, îmbunătățit de mai multe ori, dar ulterior perioadă lungă de timp a fost uitat nemeritat. Acum motorul Stirling a primit o renaștere. Este folosit cu succes chiar și în explorarea spațiului.

Funcționarea mașinii Stirling se bazează pe un ciclu termodinamic închis. Procese periodice de compresie și dilatare au loc aici la diferite temperaturi. Gestionarea fluxului de lucru are loc prin modificarea volumului acestuia.

Motorul Stirling poate funcționa ca pompă de căldură, generator de presiune, dispozitiv de răcire.

În acest motor, la temperaturi scăzute, gazul este comprimat, iar la temperaturi ridicate, se dilată. Schimbarea periodică a parametrilor are loc datorită utilizării unui piston special, care are funcția de deplasator. Căldura este furnizată fluidului de lucru din exterior, prin peretele cilindrului. Această caracteristică oferă dreptul

Motoarele cu ardere externă au început să fie folosite atunci când oamenii aveau nevoie de o sursă de energie puternică și economică. Înainte de aceasta, se foloseau instalații cu abur, dar erau explozive, deoarece foloseau abur fierbinte sub presiune. La începutul secolului al XIX-lea, au fost înlocuite cu dispozitive cu ardere externă, iar după câteva decenii au fost inventate dispozitive deja familiare cu ardere internă.

Originea dispozitivelor

În secolul al XIX-lea, omenirea s-a confruntat cu problema că cazanele cu abur explodau prea des și aveau, de asemenea, defecte grave de proiectare, care au făcut ca utilizarea lor să fie nedorită. Ieșirea a fost găsită în 1816 de preotul scoțian Robert Stirling. Aceste dispozitive pot fi numite și „motoare cu aer cald”, care au fost folosite încă din secolul al XVII-lea, dar acest bărbat a adăugat invenției un purificator, numit acum regenerator. Astfel, motorul cu ardere externă Stirling a putut crește foarte mult productivitatea instalației, deoarece a reținut căldura într-o zonă caldă de lucru, în timp ce fluidul de lucru era răcit. Din această cauză, eficiența întregului sistem a fost mult crescută.

La acea vreme, invenția a fost folosită destul de pe scară largă și a fost în creștere în popularitate, dar de-a lungul timpului nu a mai fost folosită și a fost uitată. Echipamentul de ardere externă a fost înlocuit cu instalații și motoare cu abur, dar deja familiarizați cu arderea internă. Au fost amintiți din nou abia în secolul al XX-lea.

Operațiune de instalare

Principiul de funcționare al unui motor cu ardere externă este că în el se alternează constant două etape: încălzirea și răcirea fluidului de lucru într-un spațiu restrâns și obținerea energiei. Această energie rezultă din faptul că volumul fluidului de lucru este în continuă schimbare.

Cel mai adesea, aerul devine substanța de lucru în astfel de dispozitive, dar se poate folosi și heliu sau hidrogen. În timp ce invenția se afla în stadiul de dezvoltare, substanțe precum dioxid de azot, freoni, propan-butan lichefiat au fost folosite ca experimente. În unele probe, s-a încercat chiar și apă obișnuită. Este de remarcat faptul că motorul cu ardere externă, care a fost lansat cu apă ca substanță de lucru, s-a remarcat prin faptul că avea o putere specifică destul de mare, presiune mare și era destul de compact.

Primul tip de motor. "Alfa"

Primul model care a fost folosit a fost Alpha lui Stirling. Particularitatea designului său este că are două pistoane de putere amplasate în diferite cilindri separați. Unul dintre ei avea o temperatură suficient de mare și era fierbinte, celălalt, dimpotrivă, era rece. O pereche fierbinte cilindru-piston a fost amplasată în interiorul schimbătorului de căldură cu o temperatură ridicată. Aburul rece se afla în interiorul schimbătorului de căldură la temperatură joasă.

Principalele avantaje ale motorului termic cu ardere externă au fost că aveau putere și volum mare. Cu toate acestea, temperatura aburului fierbinte era prea mare. Din această cauză, au apărut unele dificultăți tehnice în procesul de fabricație a unor astfel de invenții. Regeneratorul acestui dispozitiv este situat între conductele de legătură calde și reci.

A doua probă. "Beta"

Al doilea model a fost modelul Stirling Beta. Principal diferență de design era că era un singur cilindru. Unul dintre capete a servit ca un cuplu fierbinte, în timp ce celălalt capăt a rămas rece. În interiorul acestui cilindru s-a deplasat un piston, din care se poate scoate puterea. Tot în interior se afla un deplasator, care era responsabil cu modificarea volumului zonei fierbinți de lucru. Acest echipament folosea gaz care era pompat din zona rece în zona fierbinte prin regenerator. Acest tip de motor cu ardere externă avea un regenerator sub forma unui schimbător de căldură extern sau era combinat cu un piston deplasant.

Cel mai recent model. "Gamma"

Ultima varietate acest motor a devenit Gamma lui Stirling. Acest tip se distingea nu numai prin prezența unui piston, ci și printr-un deplasator, ci și prin faptul că doi cilindri erau deja incluși în designul său. Ca și în primul caz, una dintre ele era rece și era folosită pentru priză de putere. Dar al doilea cilindru, ca și în cazul precedent, era rece la un capăt și fierbinte la celălalt. Aici s-a deplasat deplasatorul. Motorul cu piston cu ardere externă avea și un regenerator, care putea fi de două tipuri. În primul caz, a fost extern și a conectat părți structurale precum zona fierbinte a cilindrului cu cea rece, precum și cu primul cilindru. Al doilea tip este un regenerator intern. Dacă a fost utilizată această opțiune, atunci a fost inclusă în proiectarea deplasorului.

Utilizarea Stirlings este justificată dacă este nevoie de un convertor de energie termică simplu și mic. Poate fi folosit și dacă diferența de temperatură nu este suficient de mare pentru a utiliza turbine cu gaz sau cu abur. Este de remarcat faptul că astăzi astfel de mostre au devenit mai comune. De exemplu, sunt folosite modele offline pentru turiştii care pot lucra de la un arzător cu gaz.

Dispozitive utilizate în prezent

S-ar părea că o astfel de invenție veche nu poate fi folosită astăzi, dar nu este așa. NASA a comandat un motor cu ardere externă de tip Stirling, dar sursele de căldură nucleare și radioizotopice ar trebui folosite ca substanță de lucru. În plus, poate fi folosit cu succes și în următoarele scopuri:

Este mult mai ușor să utilizați un astfel de model de motor pentru pomparea lichidului decât o pompă convențională. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că lichidul pompat în sine poate fi folosit ca piston. În plus, va răci și fluidul de lucru. De exemplu, acest tip de „pompă” poate fi folosit pentru a pompa apă în canalele de irigare folosind căldura soarelui.
Unii producători de frigidere tind să instaleze astfel de dispozitive. Costul de producție poate fi redus, iar aerul obișnuit poate fi folosit ca agent frigorific.
Dacă combinați acest tip de motor cu ardere externă cu o pompă de căldură, puteți optimiza funcționarea rețelei de încălzire din casă.
Cu destul de mult succes, Stirling-urile sunt folosite pe submarinele marinei suedeze. Faptul este că motorul funcționează cu oxigen lichid, care este ulterior folosit pentru respirație. Pentru un submarin, acest lucru este foarte important. În plus, un astfel de echipament are suficient nivel scăzut zgomot. Desigur, unitatea este destul de mare și necesită răcire, dar acești doi factori nu sunt semnificativi când vine vorba de un submarin.

Beneficiile folosirii unui motor

Dacă se aplică metode moderne în timpul proiectării și asamblarii, va fi posibilă creșterea coeficientului acțiune utilă motor cu ardere externă până la 70%. Utilizarea unor astfel de mostre este însoțită de următoarele calități pozitive:

În mod surprinzător, totuși, cuplul într-o astfel de invenție este practic independent de viteza de rotație a arborelui cotit.
In acest unitate de putere nu există elemente precum sistemul de aprindere şi sistem de supape. De asemenea, nu există arbore cu came.
Este destul de convenabil ca pe toată perioada de utilizare să nu fie necesară reglarea și configurarea echipamentului.
Aceste modele de motoare nu sunt capabile să se „blocheze”. Cel mai simplu design al dispozitivului vă permite să îl utilizați destul de mult timp într-un mod complet autonom.
Aproape orice poate fi folosit ca sursă de energie, de la lemn de foc la combustibil cu uraniu.
Desigur, într-un motor cu ardere externă, procesul de ardere a substanțelor se desfășoară în exterior. Acest lucru contribuie la faptul că combustibilul este ars în întregime, iar cantitatea de emisii toxice este redusă la minimum.

dezavantaje

Desigur, orice invenție nu este lipsită de dezavantaje. Dacă vorbim despre dezavantajele unor astfel de motoare, acestea sunt următoarele:

Datorită faptului că arderea are loc în afara motorului, căldura rezultată este îndepărtată prin pereții radiatorului. Acest lucru obligă la creșterea dimensiunilor dispozitivului.
Consum de material. Pentru a crea un model compact și eficient al motorului Stirling, este necesar să existe oțel rezistent la căldură de înaltă calitate, care să reziste la presiune ridicată și temperaturi ridicate. În plus, conductivitatea termică trebuie să fie scăzută.
Ca lubrifiant, va trebui să cumpărați o unealtă specială, deoarece cea obișnuită cocifică la temperaturi ridicate care sunt atinse în motor.
Pentru a obține o densitate de putere suficient de mare, ca mediu de lucru va trebui utilizat fie hidrogen, fie heliu.

Hidrogen și heliu drept combustibil

Obținerea unei puteri mari, desigur, este necesară, dar trebuie să înțelegeți că utilizarea hidrogenului sau a heliului este destul de periculoasă. Hidrogenul, de exemplu, este destul de exploziv în sine, iar la temperaturi ridicate creează compuși numiți hidruri metalice. Acest lucru se întâmplă atunci când hidrogenul se dizolvă în metal. Cu alte cuvinte, el este capabil să distrugă cilindrul din interior.

În plus, atât hidrogenul, cât și heliul sunt substanțe volatile care se caracterizează prin putere mare de penetrare. Pur și simplu, se scurg ușor prin aproape orice sigiliu. Iar pierderea de substanță înseamnă pierderea presiunii de lucru.

Motor rotativ cu ardere externă

Inima unei astfel de mașini este o mașină de expansiune rotativă. Pentru motoarele cu un tip de ardere externă, acest element este prezentat sub forma unui cilindru gol, care este acoperit pe ambele părți cu capace. Rotorul în sine arată ca o roată, care este montată pe un arbore. De asemenea, are un anumit număr de plăci retractabile în formă de U. Pentru promovarea lor se folosește un dispozitiv special retractabil.

motor cu ardere externă Lukyanov

Yuri Lukyanov este cercetător la Institutul Politehnic din Pskov. El a dezvoltat noi modele de motoare de mult timp. Omul de știință a încercat să se asigure că în noile modele nu există elemente precum cutia de viteze, arborele cu came și țeava de eșapament. Principalul dezavantaj al dispozitivelor Stirling era că erau prea mari. Acesta a fost acest neajuns pe care omul de știință a reușit să îl elimine datorită faptului că lamele au fost înlocuite cu pistoane. Acest lucru a ajutat la reducerea dimensiunii întregii structuri de mai multe ori. Unii spun că puteți face un motor cu ardere externă cu propriile mâini.

Aceasta este partea introductivă a unei serii de articole dedicate Motor cu combustie interna, care este scurtă digresiuneîntr-o poveste despre evoluția motorului cu ardere internă. De asemenea, primele mașini vor fi afectate în articol.

Următoarele părți vor detalia diferitele ICE-uri:

Biela si piston
Rotativ
Turboreactor
avion

Motorul a fost instalat într-o barcă care a putut naviga în sus pe râul Saône. Un an mai târziu, după testare, frații au primit un brevet pentru invenția lor, semnat de Napoleon Bonoparte, pentru o perioadă de 10 ani.

Ar fi mai corect să numim acest motor motor cu reacție, deoarece sarcina lui era să împingă apa dintr-o țeavă situată sub fundul bărcii ...

Motorul era alcătuit dintr-o cameră de aprindere și o cameră de ardere, un burduf de injecție de aer, un dozator de combustibil și un dispozitiv de aprindere. Praful de cărbune a servit drept combustibil pentru motor.

Burduful a injectat un jet de aer amestecat cu praf de cărbune în camera de aprindere unde un fitil mocnit a aprins amestecul. După aceea, amestecul parțial aprins (praful de cărbune arde relativ lent) a intrat în camera de ardere, unde s-a ars complet și a avut loc expansiunea.
În plus, presiunea gazelor a împins apa din țeava de evacuare, ceea ce a făcut ca barca să se miște, după care ciclul a fost repetat.
Motorul a funcționat în regim de impulsuri cu o frecvență de ~12 rpm.

Un timp mai târziu, frații au îmbunătățit combustibilul adăugând rășină la acesta, iar mai târziu l-au înlocuit cu ulei și au proiectat un sistem simplu de injecție.
În următorii zece ani, proiectul nu a primit nicio dezvoltare. Claude a mers în Anglia pentru a promova ideea de motor, dar a irosit toți banii și nu a reușit nimic, iar Joseph s-a apucat de fotografie și a devenit autorul primei fotografii din lume, View from the Window.

În Franța, în casa-muzeu din Niépce, este expusă o replică a „Pyreolophore”.

Puțin mai târziu, de Riva și-a montat motorul pe un vagon cu patru roți, care, potrivit istoricilor, a devenit prima mașină cu motor cu ardere internă.

Despre Alessandro Volta

Volta a plasat pentru prima dată plăci de zinc și cupru în acid pentru a produce un curent electric continuu, creând primul din lume sursa chimica actual ("Pilonul Voltaic").

În 1776, Volta a inventat un pistol cu gaz - „pistolul lui Volta”, în care gazul a explodat dintr-o scânteie electrică.

În 1800, a construit o baterie chimică, care a făcut posibilă generarea de electricitate prin reacții chimice.

Unitatea de măsură a tensiunii electrice, Voltul, este numită după Volta.

A- cilindru, B- "bujie, C- piston, D- "balon" cu hidrogen, E- clichet, F- supapa de gaze de evacuare, G- maner de control al supapei.

Hidrogenul era stocat într-un „balon” conectat printr-o conductă la un cilindru. Alimentarea cu combustibil și aer, precum și aprinderea amestecului și emisia gazelor de eșapament au fost efectuate manual, cu ajutorul unor pârghii.

Principiul de funcționare:

Aerul a intrat în camera de ardere prin supapa gazelor de evacuare.
Supapa era închisă.
S-a deschis robinetul de alimentare cu hidrogen din bilă.
Robinetul era închis.
Prin apăsarea butonului i s-a aplicat o descărcare electrică „lumânării”.
Amestecul a fulgerat și a ridicat pistonul în sus.
Supapa de gaze de evacuare a fost deschisă.
Pistonul a căzut sub propria greutate (era greu) și a tras frânghia, care a învârtit roțile prin bloc.

După aceea, ciclul s-a repetat.

În 1813, de Riva a construit o altă mașină. Era un vagon lung de aproximativ șase metri, cu roți de doi metri diametru și cântărind aproape o tonă.
Mașina a putut parcurge 26 de metri cu o încărcătură de pietre (aproximativ 700 de lire sterline)și patru bărbați, cu o viteză de 3 km/h.
Cu fiecare ciclu, mașina s-a deplasat 4-6 metri.

Puțini dintre contemporanii săi au luat această invenție în serios, iar Academia Franceză de Științe a susținut că motorul cu ardere internă nu va concura niciodată în performanță cu motorul cu abur.

În 1833, inventatorul american Lemuel Wellman Wright, a înregistrat un brevet pentru un motor cu combustie internă pe gaz în doi timpi răcit cu apă.
(Vezi mai jos)În cartea sa Motoare pe gaz și ulei, Wright a scris următoarele despre motor:

„Desenul motorului este foarte funcțional, iar detaliile sunt atent elaborate. Explozia amestecului actioneaza direct asupra pistonului, care roteste arborele cotit prin biela. De aspect motorul este ca un motor cu abur presiune ridicata, în care gazul și aerul sunt furnizate de pompe din rezervoare separate. Amestecul din recipientele sferice a fost aprins în timp ce pistonul se ridica la PMS (centrul mort superior) și l-a împins în jos/în sus. La sfârșitul ciclului, supapa se deschide și eliberează gazele de eșapament în atmosferă.

Nu se știe dacă acest motor a fost construit vreodată, dar există un desen al acestuia:

În 1838, inginerul englez William Barnett a primit un brevet pentru trei motoare cu ardere internă.

Primul motor este unul cu acțiune simplă în doi timpi (combustibil ars doar pe o parte a pistonului) cu pompe separate pentru gaz si aer. Amestecul a fost aprins într-un cilindru separat, iar apoi amestecul de ardere a trecut în cilindrul de lucru. Intrarea și ieșirea au fost efectuate prin supape mecanice.

Al doilea motor l-a repetat pe primul, dar a fost cu dublă acțiune, adică arderea a avut loc alternativ pe ambele părți ale pistonului.

Al treilea motor era, de asemenea, cu dublă acțiune, dar avea ferestre de admisie și de evacuare în pereții cilindrului care se deschid atunci când pistonul atinge punctul său extrem (ca în motoarele moderne în doi timpi). Acest lucru a făcut posibilă eliberarea automată a gazelor de eșapament și lăsarea unei noi încărcări a amestecului.

O caracteristică distinctivă a motorului Barnett a fost că amestecul proaspăt a fost comprimat de piston înainte de a fi aprins.

Un desen al unuia dintre motoarele lui Barnett:

În 1853-57, inventatorii italieni Eugenio Barzanti și Felice Matteucci au dezvoltat și brevetat un motor cu ardere internă cu doi cilindri cu o putere de 5 l/s.
Brevetul a fost eliberat de Oficiul din Londra deoarece legea italiană nu putea garanta o protecție suficientă.

Construcția prototipului a fost încredințată Bauer & Co. din Milano" (Helvetica)și finalizat la începutul anului 1863. Succesul motorului, care era mult mai eficient decât motorul cu abur, a fost atât de mare încât compania a început să primească comenzi din toată lumea.

Motorul Barzanti-Matteucci cu un singur cilindru timpuriu:

Model de motor Barzanti-Matteucci cu doi cilindri:

Matteucci și Barzanti au încheiat un acord pentru producerea motorului cu una dintre companiile belgiene. Barzanti a plecat în Belgia pentru a supraveghea personal munca și a murit brusc de tifos. Odată cu moartea lui Barzanti, toate lucrările la motor au fost abandonate și Matteucci s-a întors la slujba anterioară de inginer hidraulic.

În 1877, Matteucci a susținut că el și Barzanti au fost principalii creatori ai motorului cu ardere internă, iar motorul construit de Augustus Otto era foarte asemănător cu motorul Barzanti-Matteucci.

Documentele referitoare la brevetele lui Barzanti și Matteucci sunt păstrate în arhivele bibliotecii Museo Galileo din Florența.

Cea mai importantă invenție a lui Nikolaus Otto a fost motorul cu ciclu în patru timpi- ciclul Otto. Acest ciclu stă la baza funcționării majorității motoarelor pe benzină și până în prezent.

Ciclul în patru timpi a fost cea mai mare realizare tehnică a lui Otto, dar s-a descoperit curând că cu câțiva ani înainte de invenția sa, exact același principiu de funcționare a motorului fusese descris de inginerul francez Beau de Rochas. (Vezi deasupra). Un grup de industriași francezi a contestat brevetul lui Otto în instanță, tribunalul a găsit argumentele lor convingătoare. Drepturile lui Otto sub patentul său au fost mult reduse, inclusiv eliminarea monopolului său asupra ciclului în patru timpi.

În ciuda faptului că concurenții au lansat producția de motoare în patru timpi, modelul Otto dezvoltat de mulți ani de experiență a fost încă cel mai bun, iar cererea pentru acesta nu a încetat. Până în 1897, au fost produse aproximativ 42 de mii dintre aceste motoare de diferite capacități. Cu toate acestea, faptul că gazul ușor a fost folosit ca combustibil a restrâns foarte mult domeniul de aplicare a acestora.
Numărul de instalații de iluminat și gaz a fost nesemnificativ chiar și în Europa, iar în Rusia erau doar două dintre ele - la Moscova și Sankt Petersburg.

În 1865, inventatorul francez Pierre Hugo a primit un brevet pentru o mașină care era un motor vertical cu un singur cilindru cu dublă acțiune, în care erau folosite două pompe de cauciuc pentru alimentarea amestecului, acționate de arbore cotit.

Ulterior, Hugo a proiectat un motor orizontal similar cu cel al lui Lenoir.

Muzeul Științei, Londra.

În 1870, inventatorul austro-ungar Samuel Markus Siegfried a proiectat un motor cu ardere internă care funcționează cu combustibil lichid și l-a instalat pe un cărucior cu patru roți.

Astăzi, această mașină este bine cunoscută drept „Prima mașină Marcus”.

În 1887, în colaborare cu Bromovsky & Schulz, Marcus a construit oa doua mașină, a doua mașină Marcus.

În 1872, un inventator american a brevetat un motor cu combustie internă cu doi cilindri, cu presiune constantă, care funcționează pe kerosen.
Brighton și-a numit motorul „Ready Motor”.

Primul cilindru a servit ca un compresor care a forțat aerul în camera de ardere, în care era alimentat continuu cu kerosen. În camera de ardere, amestecul a fost aprins și prin mecanismul bobină a intrat în al doilea - cilindrul de lucru. O diferență semnificativă față de alte motoare a fost că amestecul aer-combustibil a ars treptat și la presiune constantă.

Cei interesați de aspectele termodinamice ale motorului pot citi despre Ciclul Brayton.

În 1878, inginer scoțian, domnule (investit cavaler in 1917) dezvoltat primul motor în doi timpi cu aprinderea amestecului comprimat. L-a brevetat în Anglia în 1881.

Motorul a funcționat într-un mod curios: aerul și combustibilul erau furnizați în cilindrul drept, unde era amestecat și acest amestec era împins în cilindrul stâng, unde amestecul era aprins de la lumânare. S-a produs dilatarea, ambele pistoane au coborât, din cilindrul stâng (prin conducta de ramură din stânga) gazele de eșapament au fost aruncate și o nouă porțiune de aer și combustibil a fost aspirată în cilindrul drept. În urma inerției, pistoanele s-au ridicat și ciclul s-a repetat.

În 1879, a construit o benzină complet fiabilă doua lovituri motor și a primit un brevet pentru el.

Cu toate acestea, adevăratul geniu al Benz s-a manifestat prin faptul că în proiectele ulterioare a reușit să combine diverse dispozitive. (accelerator, baterie aprindere prin scânteie, bujie, carburator, ambreiaj, cutie de viteze și radiator) asupra produselor lor, care, la rândul lor, au devenit standardul pentru întreaga industrie de inginerie.

În 1883, Benz a fondat Benz & Cie pentru a produce motoare pe gaz iar în 1886 a brevetat patru timpi motorul pe care îl folosea în mașinile sale.

Datorită succesului Benz & Cie, Benz a reușit să intre în designul trăsurilor fără cai. Combinând experiența producției de motoare și un hobby de lungă durată - proiectarea de biciclete, până în 1886 și-a construit prima mașină și a numit-o „Benz Patent Motorwagen”.

Designul seamănă foarte mult cu o tricicletă.

Motor cu combustie internă cu un singur cilindru, în patru timpi, cu un volum de lucru de 954 cm3., Montat pe " Brevet Benz".

Motorul era echipat cu un volant mare (folosit nu numai pentru rotația uniformă, ci și pentru pornire), un rezervor de benzină de 4,5 litri, un carburator de tip evaporare și o supapă cu bobină prin care combustibilul a intrat în camera de ardere. Aprinderea a fost produsă de o bujie de design propriu Benz, alimentată de o bobină Ruhmkorff.

Răcirea a fost apă, dar nu un ciclu închis, ci evaporativ. Aburul a scăpat în atmosferă, astfel că mașina a trebuit să fie umplută nu numai cu benzină, ci și cu apă.

Motorul a dezvoltat o putere de 0,9 CP. la 400 rpm și a accelerat mașina la 16 km/h.

Karl Benz își conducea mașina.

Puțin mai târziu, în 1896, a inventat Karl Benz motor boxer (sau motor plat), în care ajung pistoanele top mort puncte în același timp, echilibrându-se astfel reciproc.

Muzeul Mercedes-Benz din Stuttgart.

În 1882 Inginerul englez James Atkinson a inventat ciclul Atkinson și motorul Atkinson.

Motorul Atkinson este în esență un motor în patru timpi. Ciclul Otto, dar cu modificat mecanism manivelă. Diferența a fost că, la motorul Atkinson, toate cele patru timpi au avut loc într-o singură rotație a arborelui cotit.

Utilizarea ciclului Atkinson în motor a făcut posibilă reducerea consumului de combustibil și reducerea zgomotului în timpul funcționării datorită presiunii mai mici de evacuare. În plus, acest motor nu necesita o cutie de viteze pentru a antrena mecanismul de distribuție a gazului, deoarece deschiderea supapelor a pus arborele cotit în mișcare.

În ciuda o serie de avantaje (inclusiv eludarea brevetelor lui Otto) motorul nu a fost utilizat pe scară largă din cauza complexității producției și a altor deficiențe.
Ciclul Atkinson vă permite să obțineți cea mai bună performanță de mediu și economie, dar necesită de mare viteză. La turații mici, produce un cuplu relativ mic și poate bloca.

Acum este folosit motorul Atkinson mașini hibride « Toyota Priusși Lexus HS 250h.

În 1884, inginerul britanic Edward Butler, la Stanley Cycle Show din Londra, a demonstrat desenele unei mașini cu trei roți cu motor pe benzina combustie interna, iar în 1885 l-a construit și l-a arătat la aceeași expoziție, numindu-l „Velociclu”. La fel, Butler a fost primul care a folosit cuvântul benzină.

Un brevet pentru „Velocycle” a fost eliberat în 1887.

Velocycle a fost echipat cu un singur cilindru, în patru timpi benzină ICE echipat cu bobină de aprindere, carburator, accelerație și răcit cu lichid. Motorul a dezvoltat o putere de aproximativ 5 CP. cu un volum de 600 cm3 și a accelerat mașina la 16 km/h.

De-a lungul anilor, Butler și-a îmbunătățit performanța vehiculului său, dar a fost împiedicat să-l testeze din cauza „Legii steagului roșu” (publicat în 1865), Prin care vehicule nu ar fi trebuit să depășească viteza cu mai mult de 3 km/h. În plus, în mașină ar fi trebuit să se afle trei persoane, dintre care una trebuia să meargă în fața mașinii cu steag roșu. (acestea sunt masurile de securitate) .

În The English Mechanic's 1890, Butler scria: „Autoritățile interzic folosirea automobilului pe drumuri, de aceea renunț la dezvoltarea ulterioară”.

Din cauza lipsei de interes public față de mașină, Butler a distrus-o pentru a fi abandonat și a vândut drepturile de brevet lui Harry J. Lawson. (producator de biciclete), care a continuat să producă motorul pentru a fi utilizat în bărci.

Butler însuși a trecut la crearea de motoare staționare și marine.

În 1891, Herbert Aykroyd Stewart, în colaborare cu Richard Hornsby and Sons, a construit motorul Hornsby-Akroyd, în care combustibilul (kerosen) era injectat sub presiune în cameră suplimentară (din cauza formei se numea "minge fierbinte") montat pe chiulasa si legat de camera de ardere printr-un pasaj ingust. Combustibilul a fost aprins de pereții fierbinți ai camerei suplimentare și a fost repezit în camera de ardere.

1. Cameră suplimentară (minge fierbinte).
2. Cilindru.
3. Piston.
4. Carter.

Pentru a porni motorul, a fost folosită o pistoletă, care a încălzit o cameră suplimentară (după lansare, a fost încălzit de gazele de eșapament). Din această cauză, motorul Hornsby-Akroyd, care a fost precursorul motor diesel proiectat de Rudolf Diesel, adesea denumită „semi-diesel”. Cu toate acestea, un an mai târziu, Aykroyd și-a îmbunătățit motorul adăugându-i o „jachetă de apă” (brevet din 1892), ceea ce a făcut posibilă creșterea temperaturii în camera de ardere prin creșterea raportului de compresie, iar acum nu era nevoie de o sursă suplimentară de încălzire.

În 1893, Rudolf Diesel a primit brevete pentru un motor termic și un „ciclu Carnot” modificat numit „Metodă și aparat de conversie”. temperatura ridicata a munci."

În 1897, la „Uzina de inginerie din Augsburg” (din 1904 MAN), cu participarea financiară a companiilor lui Friedrich Krupp și a fraților Sulzer, a fost creat primul motor diesel funcțional al lui Rudolf Diesel
Puterea motorului era de 20 Cai putere la 172 rpm, randament de 26,2% cu o greutate de cinci tone.
Aceasta a fost cu mult superioară motoarelor Otto existente cu 20% eficiente și turbinelor marine cu abur cu 12% eficiente, care au trezit cel mai aprins interes al industriei pentru tari diferite.

Motorul diesel era în patru timpi. Inventatorul a descoperit că eficiența unui motor cu ardere internă este crescută prin creșterea raportului de compresie al amestecului combustibil. Dar este imposibil să comprimați puternic amestecul combustibil, deoarece atunci presiunea și temperatura cresc și se aprinde spontan înainte de timp. Prin urmare, Diesel a decis să nu comprima un amestec combustibil, ci să curețe aer și să injecteze combustibil în cilindru la sfârșitul compresiei sub presiune puternică.
Deoarece temperatura aerului comprimat a ajuns la 600-650 °C, combustibilul s-a aprins spontan, iar gazele, expansându-se, au deplasat pistonul. Astfel, Diesel a reușit să crească semnificativ eficiența motorului, să scape de sistemul de aprindere și să folosească pompă de combustibil presiune ridicata
În 1933, Elling a scris profetic: „Când am început să lucrez la turbina cu gaz în 1882, eram ferm convins că invenția mea va fi solicitată în industria aeronautică.”

Din păcate, Elling a murit în 1949, fără să trăiască niciodată până la apariția erei turbojet.

Singura fotografie pe care am putut-o găsi.

Poate că cineva va găsi ceva despre acest om în „Muzeul Norvegian de Tehnologie”.

În 1903, Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, în revista „Scientific Review” a publicat un articol „Cercetarea spațiilor lumii cu dispozitive cu reacție”, unde a demonstrat pentru prima dată că o rachetă este un dispozitiv capabil să efectueze un zbor în spațiu. Articolul propunea și primul proiect al unei rachete cu rază lungă de acțiune. Corpul său era o cameră metalică alungită dotată cu lichid motor turboreactor (care este, de asemenea, un motor cu ardere internă). Ca combustibil și oxidant, el a propus să folosească hidrogen lichid și, respectiv, oxigen.

Probabil că pe această notă de rachetă-spațială merită să încheiem partea istorică, deoarece a venit secolul al XX-lea și Motoarele cu ardere internă au început să fie produse peste tot.

Postfață filosofică...

K.E. Tsiolkovsky credea că în viitorul apropiat oamenii vor învăța să trăiască, dacă nu pentru totdeauna, atunci cel puțin pentru o perioadă foarte lungă de timp. În acest sens, va exista puțin spațiu (resurse) pe Pământ și va fi necesară mutarea navelor pe alte planete. Din păcate, ceva în această lume a mers prost și, cu ajutorul primelor rachete, oamenii au decis să-și distrugă pur și simplu propria specie...

Mulțumesc tuturor celor care au citit.

Principiul de funcționare

Tehnologia inovatoare propusă se bazează pe utilizarea unui motor cu patru cilindri cu ardere externă extrem de eficient. Acesta este un motor termic. Căldura poate fi furnizată dintr-o sursă de căldură externă sau produsă prin arderea unei game largi de combustibili în interiorul unei camere de ardere.

Căldura este menținută la o temperatură constantă într-un compartiment motor, unde este transformată în hidrogen sub presiune. Expandându-se, hidrogenul împinge pistonul. În compartimentul motorului cu temperatură scăzută, hidrogenul este răcit de acumulatori de căldură și răcitoare de lichid. Pe măsură ce se extinde și se contractă, hidrogenul face ca un piston să se schimbe, care este transformat în mișcare de rotație printr-o placă oscilantă care antrenează un generator electric standard, capacitiv. Procesul de răcire cu hidrogen produce, de asemenea, căldură care poate fi utilizată pentru generarea combinată de energie și căldură în procese auxiliare.

descriere generala

Centrala termică FX-38 este un singur modul motor-generator, care include un motor cu ardere externă, un sistem de ardere care funcționează pe propan, gaz natural, gaz petrolier asociat, alte tipuri de combustibil cu intensitate energetică medie și scăzută (biogaz), un generator inductiv, sistem de control al motorului, carcasă rezistentă la intemperii cu sistem de ventilație încorporat și alte echipamente auxiliare pentru funcționare în paralel cu o rețea de înaltă tensiune.

Puterea electrică nominală atunci când funcționează cu gaz natural sau biogaz la o frecvență de 50 Hz este de 38 kW. În plus, centrala produce 65 kWh de căldură recuperabilă cu un sistem opțional combinat de căldură și energie electrică.

FX-38 poate fi echipat cu o varietate de opțiuni de sistem de răcire pentru a oferi flexibilitate la instalare. Produsul este proiectat pentru a fi conectat cu ușurință la contactele electrice, sistemele de alimentare cu combustibil și conductele externe ale sistemului de răcire, dacă există.

Detalii și opțiuni suplimentare

Modul de măsurare a puterii (oferă transformator de curent instalat pentru a citi parametrii AC pe afișaj)
Opțiune de monitorizare de la distanță prin interfața RS-485
Opțiuni de radiator montat integral sau la distanță
Opțiune de combustibil propan
Opțiune gaz natural
Opțiune asociată cu gaze petroliere
Opțiune de combustibil cu consum redus

FX-48 poate fi utilizat în mai multe moduri, după cum urmează:

Conectare în paralel la o rețea de înaltă tensiune la 50 Hz, 380 V AC
Modul combinat de căldură și putere

Performanța plantei

În modul de producție de energie și căldură la 50 Hz, centrala produce 65 kWh de căldură recuperabilă. Produsul este echipat cu un sistem de conducte gata de conectare la un schimbător de căldură lichid/lichid furnizat de client. Partea fierbinte a schimbătorului de căldură este un circuit în buclă închisă cu un răcitor al carcasei motorului și un radiator de sistem integral, dacă este prezent. Partea rece a schimbătorului de căldură este dedicată circuitelor radiatoare ale clientului.

întreținere

Unitatea este proiectată pentru funcționare continuă și priză de putere. Verificare de bază caracteristici de performanta efectuat de client la intervale de 1000 ore si include verificarea sistemului de racire cu apa si a nivelului uleiului. După 10.000 de ore de funcționare, partea din față a unității este întreținută, inclusiv înlocuirea inel de piston, garnitură de tijă, curea de transmisie și diverse garnituri. Componentele cheie specifice sunt verificate pentru uzură. Viteza motorului este de 1500 rpm pentru funcționare la 50 Hz.

Continuitate

Timpul de funcționare al instalației este de peste 95% pe baza intervalelor de funcționare și este inclus în program întreținere.

Nivelul de presiune al sunetului

Nivelul de presiune acustică al unității fără radiator încorporat este de 64 dBA la o distanță de 7 metri. Nivelul de presiune acustică al unității cu radiator încorporat cu ventilatoare de răcire este de 66 dBA la o distanță de 7 metri.

Emisii

Când funcționează cu gaz natural, emisiile motorului sunt mai mici sau egale cu 0,0574 g/Nm 3 NO x , 15,5 g/Nm 3 compuși organici volatili și 0,345 g/Nm 3 CO.

combustibil gazos

Motorul este proiectat să funcționeze cu diferite tipuri de combustibili gazoși cu puteri calorice mai mici de la 13,2 la 90,6 MJ/Nm 3 , gaz petrolier asociat, gaz natural, cărbune metan, gaz reciclat, propan și biogaz din gropile de gunoi. Pentru a acoperi această gamă, unitatea poate fi comandată cu următoarele configurații ale sistemului de alimentare cu combustibil:

Sistemul de ardere necesită o presiune reglată de alimentare cu gaz de 124-152 mbar pentru toate tipurile de combustibil.

Mediu inconjurator

Unitatea standard funcționează la o temperatură mediu inconjurator de la -20 la +50°С.

Descrierea instalării

Centrala termică FX-38 este complet pregătită pentru generarea de energie în livrarea din fabrică. Panoul electric încorporat este montat pe unitate pentru a îndeplini cerințele de interfață și control. Un afișaj digital rezistent la intemperii încorporat în panoul electric oferă operatorului o interfață cu buton de pornire, oprire și repornire. Panoul electric servește și ca punct principal de conectare pentru terminal dispozitiv electric client, precum și cu terminale de comunicație cu fir.

Unitatea este capabilă să atingă puterea la sarcină maximă în aproximativ 3-5 minute de la pornire, în funcție de temperatura inițială a sistemului. Secvența de pornire și instalare este activată la atingerea unui buton.

După comanda de pornire, unitatea este conectată la rețeaua de înaltă tensiune prin închiderea contactorului intern la rețea. Motorul se întoarce imediat, curățând camera de ardere înainte ca supapele de combustibil să se deschidă. După deschiderea supapei de combustibil, energie este furnizată dispozitivului de aprindere, aprinzând combustibilul din camera de ardere. Prezența arderii este determinată de creșterea temperaturii gazului de lucru, care activează până la punct procedura de control al aprinderii. Temperatura de Operare. După aceea, flacăra rămâne auto-susținută și constantă.

După comanda de oprire a instalării, se închide mai întâi supapa de combustibil pentru a opri procesul de ardere. După un timp prestabilit, în care mecanismul se răcește, contactorul se va deschide, decuplând unitatea de la rețea. Dacă sunt instalate, ventilatoarele radiatorului pot funcționa pentru o perioadă scurtă de timp pentru a reduce temperatura lichidului de răcire.

Unitatea utilizează un motor cu combustie externă cu cursă constantă conectat la un generator standard de inducție. Aparatul functioneaza in paralel cu reteaua de inalta tensiune sau in paralel cu sistemul de distributie a energiei electrice. Un generator de inducție nu își creează propria excitație: primește excitație de la o sursă de alimentare conectată. Dacă tensiunea de la rețea scade, unitatea se oprește.

Descrierea nodurilor de instalare

Designul unității asigură instalarea și conectarea sa ușoară. Există conexiuni externe pentru conductele de combustibil, terminale de alimentare, interfețe de comunicare și, dacă sunt prevăzute, radiator externși un sistem de conducte pentru schimbătorul de căldură lichid/lichid. Unitatea poate fi comandată cu un radiator integrat sau montat la distanță și/sau sistem de conducte pentru schimbătorul de căldură lichid/lichid pentru răcirea motorului. De asemenea, sunt furnizate instrumente de oprire sigură și logica de control concepute special pentru modul de funcționare dorit.

Carcasa are două panouri de acces pe fiecare parte a compartimentului motor/generator și o singură ușă externă cu balamale pentru acces la compartimentul electric.

Greutate de instalare: aproximativ 1770 kg.

Motorul este un motor cu ardere externă cu 4 cilindri (260 cm 3 /cilindru) care absoarbe căldura de ardere continuă a combustibilului gazos într-o cameră de ardere internă și include următoarele componente încorporate:

Ventilatorul camerei de ardere actionat de motor
Filtru de aer camere de ardere
Sistem de alimentareși capacul camerei de ardere
pompa pentru Ulei lubrifiant, alimentat de un motor
Răcitor și filtru pentru ulei de lubrifiere
Pompă de apă de răcire a motorului, acționată de motor
Senzor de temperatura apă în sistemul de răcire
Senzor presiune ulei lubrifiant
Senzor de presiune și temperatură a gazului
Toate echipamentele necesare de control și siguranță

Caracteristicile generatorului sunt prezentate mai jos:

Putere nominală 38 kW la 50 Hz, 380 V AC
Eficiență electrică de 95,0% la un factor de putere de 0,7
Excitare de la rețeaua publică cu un motor cu inducție/excitator generator
Mai puțin de 5% distorsiune armonică totală de la gol la sarcină maximă
Clasa de izolare F

Interfața operatorului - afișajul digital asigură controlul unității. Operatorul poate porni și opri unitatea de pe afișajul digital, poate vizualiza timpul de funcționare, datele de operare și avertismentele/defecțiunile. Prin instalarea modulului opțional de măsurare a puterii, operatorul poate vizualiza mulți parametri electrici, cum ar fi puterea generată, kilowați-oră, kilowați-amperi și factorul de putere.

Funcția de diagnosticare a echipamentelor și de colectare a datelor este încorporată în sistemul de control al instalației. Informațiile de diagnosticare simplifică colectarea datelor de la distanță, raportarea datelor și depanarea dispozitivului. Aceste funcții includ colectarea datelor sistemului, cum ar fi informații despre starea de funcționare, toți parametrii mecanici de funcționare, cum ar fi temperatura și presiunea cilindrului și, dacă este conectat un contor de putere opțional, valorile puterii electrice de ieșire. Datele pot fi transferate printr-un port de conexiune RS-232 standard și afișate pe un computer sau laptop folosind software-ul de achiziție de date. Pentru instalații multiple sau în cazurile în care distanța de transmisie a semnalului depășește capacitatea RS-232, portul opțional RS-485 este utilizat pentru a primi date folosind protocolul MODBUS RTU.

Pentru transfer la cald gaze de esapament din sistemul de ardere se folosesc tevi din otel inoxidabil. LA țeavă de eșapament la ieșirea din carcasă este atașată o clapă de evacuare echilibrată cu un capac de protecție împotriva ploii și zăpezii.

Pentru răcire pot fi utilizate diverse tehnologii și configurații de aplicație:

Radiator încorporat – Oferă un radiator evaluat pentru temperaturi ambientale de până la +50°C. Toate conductele sunt conectate din fabrică. Aceasta este o tehnologie tipică dacă nu se utilizează recuperarea căldurii reziduale.

Radiator exterior - proiectat pentru instalare de catre client, proiectat pentru temperaturi ambientale de pana la +50°C. Picioarele scurte de sprijin sunt furnizate cu un radiator pentru montare pe o masă de contact. Dacă este necesară instalarea în interior, această opțiune poate fi utilizată în loc să furnizeze sistemul de ventilație necesar pentru a furniza aer de răcire radiatorului încorporat.

Sistem de răcire extern - Oferă conducte în afara carcasei pentru un sistem de răcire furnizat de client. Poate fi un schimbător de căldură sau un radiator montat la distanță.

Agentul frigorific este format din 50% apa si 50% etilen glicol in volum: poate fi inlocuit cu un amestec de propilenglicol si apa, daca este necesar.

FX-38 folosește hidrogen ca fluid de lucru pentru a antrena pistoanele motorului datorită capacității mari de transfer de căldură a hidrogenului. În timpul funcționării normale, o cantitate previzibilă de hidrogen este consumată din cauza scurgerilor normale cauzate de permeabilitatea materialului. Pentru a ține cont de această rată de consum, locul de instalare necesită unul sau mai multe seturi de butelii de hidrogen, reglate și conectate la unitate. În interiorul unității, un compresor de hidrogen încorporat presurizează rezervorul la o presiune mai mare a motorului și injectează mici porțiuni la cererea firmware-ului. Sistemul încorporat nu necesită întreținere, iar cilindrii trebuie înlocuiți în funcție de funcționarea motorului.

Conducta de alimentare cu combustibil este furnizată cu 1" NPT pentru toți combustibilii standard, cu excepția opțiunilor cu energie redusă care utilizează 1 1/2" NPT. Cerințele de presiune a combustibilului pentru toți combustibilii gazoși sunt cuprinse între 124 și 152 mbar.

Articole similare: