Pístový motor
V pístovém motoru je expanze plynu přes vysouvací kliky způsobuje mechanické energie, která má být uvolněna, nebo práce, které mají být provedeny. Pístové pístové motory jsou pístové motory .
Pracovní princip
Expanze plynu ve válci funguje na pístu, který se přes ojnici přenáší na klikový hřídel . Tím se přemění oscilační pohyb pístu na rotační pohyb a písty mohou prostřednictvím ojnic dodávat práci klikovému hřídeli (obr. 1). Jsou známy dva vzory:
- U stojícího motoru je skříň motoru upevněna k válcům a klikový hřídel se otáčí. Tento design je dnes normou.
- U rotačního motoru se skříň motoru otáčí kolem klikového hřídele. Může stát v klidu nebo se také otáčet a je spojen s krytem motoru pomocí převodových stupňů, například na motocyklu Megola . Válce se točí kolem osy klikového hřídele. Klikové čepy jsou uspořádány excentricky, což vytváří zdvih jednotlivých pístů ve válcích, stejně jako u stojícího motoru. Rané letecké motory byly často hvězdicovými motory.
Pokud vezmete v úvahu pouze vzájemný pohyb dílů, oba návrhy se neliší. Válce hvězdicového motoru jsou uspořádány rotačně symetricky kolem klikového hřídele, což zabraňuje nevyváženosti. Jejich počet je u čtyřtaktních motorů obvykle lichý, takže zapalování probíhá v pravidelných intervalech.
Příklady pístových motorů jsou:
- Spalovací motory se spalováním, zejména vznětový motor a motor Otto
- Spalovací motory s vnějším spalováním a
- uzavřený okruh pracovní tekutiny, například Stirlingovy motory nebo parní stroje
- otevřený okruh pracovní tekutiny, například parní stroje
- Plynové expanzní motory
Pístové motory se také klasifikují podle počtu a uspořádání pístů na spalovací komoru:
- normální pístový motor s jedním pístem na spalovací komoru (zdaleka nejběžnější)
- Double pístový motor se dvěma písty v souběžných válců, se společnou spalovací komorou a spojený zvedací pohyb
- Protilehlý pístový motor se dvěma písty pracujícími proti sobě a spojeným pohybem zdvihu ve stejném válci
Jsou také klasifikovány podle počtu a uspořádání válců:
- Řadový motor
- V-motor
- Motor boxer
- Hvězdicový motor
- W motor (a další)
Podmínky a označení
- Pohon klikového hřídele převádí sílu expanze plynu a oscilační pohyb pístu na rotační pohyb klikového hřídele a řídí proces výměny plynu a v případě potřeby i další synchronní procesy. Pohon klikového hřídele zahrnuje píst, ojnici a klikový hřídel.
- Na píst posouvá nahoru a dolů ve válci . Pístní kroužky utěsňují expanzní prostor mezi pístem a válcem .
- Píst tvoří pohyblivou stěnu v expanzním prostoru. Pohyb převádí expanzi plynu na mechanickou práci. Kromě toho může píst v některých konstrukcích (zejména u dvoutaktních motorů ) regulovat výměnu plynu (s vnitřním spalováním jako výměnou plynu dále).
- V úvrati obrátí píst svůj pohyb. Horní úvrati (TDC), je dosaženo, když je expanzní komora má nejmenší objem, který ve spalovacích motorech jako kompresním objemem (V C je uvedeno). Dolní úvrati (BDC) je dosaženo, když je expanzní prostor má svůj největší objem.
- Posunutí (V H ), je rozdíl mezi objemem válce v BDC a TDC.
- Ve spalovacím motoru se poměr minimálního kompresního objemu a maximálního objemu spalovací komory, tj. Ε = 1 + VH / V C, označuje jako geometrický kompresní poměr (ε). Obvykle se udává jako 1: ε.
- Konstrukce popisuje uspořádání válců v motorech s více než jedním válcem. Často používanými konstrukcemi jsou řadové motory , V-motory a motory typu boxer . H-motory , W-motory , hvězdy , dvoupístové a protilehlé pístové motory jsou zřídka nalezeny.
- Masové síly vznikají z pohybu klikového mechanismu na každém válci. Příčinou je oscilační pohyb pístu, rotační pohyb protizávaží na klikovém hřídeli a komplexní superpozice obou komponent v ojnici.
- Vibrace motoru lze snížit vyrovnáním setrvačných sil. Kompenzace lze dosáhnout pomocí vyvažovacích hřídelí . Ty se otáčejí stejnou nebo dvojnásobnou rychlostí klikového hřídele (příklad Lanchesterovy kompenzace ). Existují také systémy s kompenzačními tyčemi ( např.BMW F800 ).
- Hromadné momenty také vznikají kolem těžiště celého motoru. Vhodný počet a uspořádání válců může eliminovat momenty setrvačnosti.
- Úhlu klikového hřídele se měří na klikovém čepu klikového hřídele a počítá ve směru otáčení klikového hřídele. U motorů Otto je bod zapalování (úhel zapalování) vztažen k úhlu klikového hřídele, záporné úhly jsou často specifikovány jako „stupně φ před TDC“. U čtyřtaktního motoru počítání občas pokračuje ve všech pracovních cyklech (2 otáčky klikového hřídele), takže úhel klikového hřídele může být mezi 0 a 720 °.
- Torzní vibrace vznikají z periodického buzení sil plynu. Vytvářejí nepravidelné otáčky a točivý moment na klikovém hřídeli.
- Sekvence zapalování spalovacího motoru (u dieselových motorů také označována jako tato) označuje sekvenci spalování u víceválcových motorů. Zpravidla je třeba dbát na to, aby vznícení probíhalo ve stejných intervalech ve vztahu k úhlu otáčení klikového hřídele, aby se snížily torzní vibrace.
- Setrvačník také slouží k omezení torzní vibrace a jako meziskladu pro energii pro výměnu plynů a stlačování plynu před spálením.
- Výměna plynu je řízena ventily (čtyřtaktní a některé dvoutaktní velké motory), otočnými šoupátky (dvoutaktní, zřídka čtyřtaktní), lamelovými nebo čichacími ventily (dvoutaktní) nebo štěrbinami (zejména dvoutaktní a Wankelovy motory).
Masové síly
V důsledku pohybu zdvihu pístů a spojovacích tyčí , jakož i nerovnoměrného přenosového chování k pohonu klikového hřídele , setrvačné síly nastat situace, že jsou podporovány v ložiscích motoru a způsobit sousedních struktur na vibrace .
Setrvačné síly lineárně se pohybujících částí klikového pohonu (kmitající hmoty) lze přibližně vypočítat pomocí následujícího vzorce:
S
- : Oscilační setrvačná síla
- : Oscilační hmota
- : Poloměr klik
- : Úhlová rychlost klikového hřídele
- : Úhel klik
- : Délka ojnice
- : Čas od chvíle, kdy uběhla horní úvrať
Protože výraz v závorkách je o prvních dvou členech řady expanze, označuje se jako setrvačná síla 1. řádu a setrvačná síla 2. řádu.
Teoreticky nejde jen o 1. a 2. řád, ale o nekonečný počet celočíselných řádů, které jsou však od 4. řádu kvůli své malé velikosti většinou zanedbatelné.
Vyvažování hmoty
Rotující hmoty pohonu klikového hřídele mohou být vyváženy protizávažími na klikovém hřídeli. Oscilačním setrvačným silám 1. a 2. řádu se lze u víceválcových motorů vyhnout nebo je snížit chytrým uspořádáním válců. K úplnému vyvážení těchto setrvačných sil je zapotřebí nejméně šest válců pro čtyřtaktní řadový motor nebo osm válců pro V-motor . U motorů s menším počtem válců se často používají vyvažovací hřídele , na nichž se otáčí odpovídající vyvažovací nevyvážení při rychlosti jednoduchého nebo dvojitého klikového hřídele ( např. Vyvažovač Lanchester (obr.2)).
Dalším způsobem, jak dosáhnout dokonalé hmotnostní bilance (a nejen přibližně), je použití dvou protiběžných klikových hřídelí, jako je tomu například u H-motoru .
stůl
Počet válců | Volné síly 1. řádu | Volné síly 2. řádu | 1. okamžik volného času | 2. chvíle volného času | Intervaly střelby pro čtyřtaktní motory |
---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | - | - | 720 ° |
2 řady (180 °) | 0 | 2 | 2 | 0 | 180 ° / 540 ° |
2 twin (360 °) | 2 | 3 | 0 | 0 | 360 ° |
2 (V 90 °) | 1 | 3 | - | - | 270 ° / 450 ° |
2 (V 60 °) | 2 | 3 | - | - | 300 ° / 420 ° |
2 (boxer) | 0 | 0 | 2 | 3 | 360 ° |
3 (řada 120 °) | 0 | 0 | 2 | 3 | 240 ° |
4 (řádek) | 0 | 3 | 0 | 0 | 180 ° / 180 ° nebo 270 ° / 90 ° |
4 (V 90 °) 1 | 0 | 3 | 2 | 0 | 90 ° / 270 ° |
4 (boxer 180 °) | 0 | 0 | 0 | 2 | 180 ° / 180 ° |
5 (řádek) | 0 | 0 | 2 | 2 | 144 ° / 144 ° |
6 (řádek) | 0 | 0 | 0 | 0 | 120 ° / 120 ° |
6 (V 90 °) 1 | 0 | 0 | 3 | 3 | 150 ° / 90 ° nebo 120 ° / 120 ° (offset kliky o 30 °) |
6 (V 60 °) 1 | 0 | 0 | 3 | 3 | 120 ° / 120 ° (offset klikového čepu o 60 °) |
6 (boxer 120 °) | 0 | 0 | 1 | 2 | 120 ° / 120 ° |
8 (V 90 °) | 0 | 0 | 1 | 0 | 90 ° / 90 ° / |
12 (V 60 °) | 0 | 0 | 0 | 0 | 60 ° / 60 ° |
Legenda: 0 = plně vyvážený 1 = plně vyvážený 2 = částečně vyvážený 3 = nevyvážený
Nerovnoměrné pohybové sekvence
Rotační nepravidelnost
Jelikož pístové motory s vratným pohybem nepracují nepřetržitě jako turbíny , ale procházejí procesem rozděleným do různých cyklů, dochází na klikovém hřídeli k pulzování rychlosti a točivého momentu, které kolísá kolem stabilní střední hodnoty (obr. 3).
Tvar torzní nepravidelnosti je dán počtem válců, tlakovou křivkou ve válci, geometrií a hmotností součástí motoru a pracovním postupem (např. Dvoutaktní nebo čtyřtaktní proces ) a pracovním bodem motoru (zatížení / rychlost). Pomocný náhon z. B. vačkový hřídel a sekundární pohon pomocných jednotek mohou mít také vliv.
Tato takzvaná rotační nepravidelnost je příčinou torzních vibrací v hnacím ústrojí po proudu , které často vedou k nepříjemným zvukům motoru . Aby se to snížilo, používají se dvouhmotové setrvačníky nebo tlumiče nebo tlumiče torzních vibrací . Měnič převodovky také tlumí nárazy.
Zdvih pístu a komprese
Technologie kloubového ojnice a další způsoby dosažení variabilního pohonu klikou by měly mimo jiné řídit kompresní poměr a průběh.
literatura
- Richard van Basshuysen; Fred Schäfer: Příručka Základy interního spalovacího motoru, komponenty, systémy, perspektivy . Wiesbaden: Vieweg, 3. vydání 2005, ISBN 3-528-23933-6 .
- Eduard Köhler: Spalovací motory. Mechanika motoru, výpočet a konstrukce pístového motoru. Wiesbaden: Vieweg, 3. vydání, 2002, ISBN 3-528-23108-4 .
webové odkazy
- Hromadné vyvážení pístových motorů (animované)
Individuální důkazy
- ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (ed.), „ Handbuch Internal Combustion Engine “, oddíl 6.1 „ Crank Drive “, 8. vydání 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
- ↑ Eduard Koehler; Rudolf Flierl, „ Spalovací motory “, oddíl 5.2.1.3.1 „ Kompenzace setrvačných sil prostřednictvím vyvažovacích hřídelí; Možnosti a aplikace “, 6. vydání 2011, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011, ISBN 978-3-8348-1486-9 .
- ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (Ed.), " Handbuch Internal Combustion Engine", oddíl 8.3.1.2 " Dvou- motory válce ", 8. vydání 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
- ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (vyd.), „ Motor s vnitřním spalováním Handbuch “, oddíl 10.1 „ Zařízení pro výměnu plynu ve čtyřtaktních motorech “, 8. vydání 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
- ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schafer (vyd.), „ Handbook engine “, oddíl 10.3.2 „ orgány pro výměnu plynů “, 8. vydání 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
- ↑ a b Braess, Seiffert (ed.): Vieweg Handbook Motor Vehicle Technology . 6. vydání. Vieweg + Teubner. Wiesbaden. 2012. ISBN 9783834882981 . Str. 165 a násl.
- ↑ Helmut Werner Bönsch: Úvod do technologie motocyklů. 3. Vydání. Motorbuch-Verlag Stuttgart 1981, ISBN 3-87943-571-5 ., S. 191.
- ^ Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. vydání, květen 2014. ISBN 978-3-658-03800-7 , s. 452.