Motor alternativ

Fig. 1: Desen schematic al unui motor cu piston alternativ

Într-un motor alternativ , expansiunea unui gaz printr-o manivelă glisantă determină eliberarea energiei mecanice sau efectuarea lucrărilor . Motoarele cu piston alternativ sunt motoare cu piston .

Principiul de funcționare

Extinderea gazului într-un cilindru funcționează pe un piston care este transferat la arborele cotit printr-o bielă . Aceasta convertește mișcarea oscilantă a pistonului într-o mișcare de rotație , iar pistonii pot livra lucrări la arborele cotit prin intermediul bielelor (Fig. 1). Se cunosc două modele:

• În cazul motorului staționar , carcasa motorului este fixată cu cilindrii și arborele cotit se rotește. Acest design este norma de astăzi.
• Într-un motor rotativ , carcasa motorului se rotește în jurul arborelui cotit. Poate sta în picioare sau, de asemenea, se poate roti, fiind cuplat la carcasa motorului prin intermediul treptelor de viteză, de exemplu pe motocicleta Megola . Cilindrii se rotesc în jurul axei arborelui cotit. Știfturile manivelei sunt aranjate excentric, ceea ce creează cursa pistonilor individuali în cilindri, la fel ca la motorul staționar. Primele motoare de avioane au fost adesea star- motoare rotative.

Dacă luați în considerare doar mișcarea părților una față de alta, cele două modele nu diferă. Cilindrii unui motor radial sunt dispuși simetric în rotație în jurul arborelui cotit, ceea ce previne dezechilibrul. Numărul lor este de obicei impar în motoarele în patru timpi, astfel încât contactele să aibă loc la intervale regulate.

Exemple de motoare cu piston alternativ sunt:

• Motoare cu ardere internă cu ardere internă, în special motor diesel și motor Otto
• Motoare cu ardere internă cu ardere externă și
  • circuit închis al fluidului de lucru, cum ar fi motoarele Stirling sau motoarele cu abur
  • circuit deschis al fluidului de lucru, cum ar fi motoarele cu aburi
• Motoare cu expansiune pe gaz

Motoarele cu mișcare alternativă sunt, de asemenea, clasificate în funcție de numărul și dispunerea pistoanelor pe cameră de ardere:

• motor alternativ normal cu un piston per cameră de ardere (de departe cel mai comun)
• Dublu motor cu piston , cu două pistoane în cilindri de paralele, cu o camera de ardere comună și mișcarea de ridicare cuplate
• Motor cu piston opus, cu doi pistoane care acționează unul împotriva celuilalt și mișcare de cursă cuplată în același cilindru

De asemenea, acestea sunt clasificate în funcție de numărul și dispunerea cilindrilor:

• Motor în linie
• V-motor
• Motor boxer
• Motor radial
• Motor W (și altele)

Termeni și denumiri

• Cei de antrenare a arborelui cotit convertește forța de expansiune a gazelor și mișcarea oscilantă a pistonului într - o mișcare de rotație a arborelui cotit și controlează procesul de schimb de gaze și, dacă este necesar, alte procese sincrone. Transmisia arborelui cotit include pistonul, biela și arborele cotit.
• De piston alunecă sus și în jos în cilindru . Inelele pistonului etanșează spațiul de expansiune dintre piston și cilindru .
• Pistonul formează un perete mobil în spațiul de expansiune. Mișcarea transformă expansiunea gazului în lucru mecanic. În plus, pistonul poate controla , în unele modele (în special motoare în doi timpi ), schimbul de gaz (cu ardere internă ca schimb de gaz în continuare).
• În punctul mort , pistonul își inversează mișcarea. Punctul mort superior (TDC) este atins atunci când camera de expansiune are cel mai mic volum, care în motoarele cu ardere internă ca volum de compresie ( se face referire la V _C ). Centrul mort inferior (BDC) este atins atunci când spațiul de expansiune are cel mai mare volum.
• Deplasarea (V _H ) este diferența dintre volumul cilindrului în BDC și punctul mort superior.
• În motorul cu ardere internă, raportul dintre volumul minim de compresie și volumul maxim al camerei de ardere, adică ε = 1 + V _H / V _{C, este} denumit raportul de compresie geometric (ε). De obicei este dat ca 1: ε.
• Designul descrie dispunerea cilindrilor în motoarele cu mai mult de un cilindru. Frecvent desenele utilizate sunt in- motoarele de linie , motoare in V si motoare boxer . H-motor , W-motor , stele , cu piston dublu și motoarele cu piston opuse sunt rareori găsite.
• Forțele de masă apar din mișcarea mecanismului manivelei pe fiecare cilindru. Cauza este mișcarea oscilantă a pistonului, mișcarea rotativă a contragreutăților pe arborele cotit și suprapunerea complexă a ambelor componente în bielă.
• Vibrațiile motorului pot fi reduse prin echilibrarea forțelor de inerție. Compensarea poate fi realizată folosind arbori de echilibru . Acestea se rotesc la aceeași sau dublă viteza arborelui cotit (de exemplu, compensarea Lanchester ). Există, de asemenea, sisteme cu tije compensatoare (de ex. BMW F800 ).
• Momentele de masă apar și în jurul centrului de greutate al întregului motor. Un număr și o dispunere adecvate a cilindrilor pot elimina momentele de inerție.
• Unghiul manivela este măsurat pe axul pedalier al arborelui cotit și numărate în direcția de rotație a arborelui cotit. În motoarele Otto, punctul de aprindere (unghiul de aprindere) este legat de unghiul de manivelă, unghiurile negative sunt adesea specificate ca „φ grade înainte de TDC”. Cu motorul în patru timpi, numărarea este continuată ocazional pe toate ciclurile de lucru (2 rotații ale arborelui cotit), astfel încât unghiul manivelei să poată fi între 0 și 720 °.
• Vibrațiile de torsiune apar din excitația periodică a forțelor gazului. Acestea creează viteză și cuplu neregulat pe arborele cotit.
• Secvența de aprindere a unui motor cu ardere internă (denumit și acest lucru pentru motoarele diesel) indică secvența de combustie în motoarele cu mai mulți cilindri. De regulă, se are grijă să se asigure că aprinderile au loc la aceleași intervale în raport cu unghiul de rotație al arborelui cotit pentru a reduce vibrațiile de torsiune.
• Volanta de asemenea servește pentru limitarea vibrațiilor de torsiune și ca un magazin intermediar pentru energia pentru schimbul de gaze și de comprimare a gazelor , înainte de ardere.
• Schimbul de gaze este controlat de supape (patru timpi și unele motoare mari în doi timpi), supape glisante rotative (în doi timpi, rareori în patru timpi), supape lamelare sau sniffer (în doi timpi) sau fante (în special în doi timpi) și motoare Wankel).

Forțele de masă

Ca urmare a mișcării a cursei pistoanelor și bielelor precum transmisia neuniforma comportamentul unității arborelui cotit , forțe de inerție apar , care sunt susținute în lagărele motorului și structurilor vecine cauza la vibra .

Forțele de inerție ale părților în mișcare liniară ale acționării manivelei (mase oscilante) pot fi calculate aproximativ folosind următoarea formulă:

${\ displaystyle F _ {\ mathrm {osz}} = m _ {\ mathrm {osz}} \ cdot r \ cdot \ omega ^ {2} \ cdot (\ cos (\ alpha) + \ lambda \ cdot \ cos ( 2 \, \ alfa))}$

Cu

${\ displaystyle \ lambda = {\ tfrac {r} {l}}}$

${\ displaystyle F _ {\ mathrm {osz}}}$: Forța inerțială oscilantă

${\ displaystyle m _ {\ mathrm {osz}}}$: Masa oscilantă

${\ displaystyle r}$: Raza manivelei

${\ displaystyle \ omega}$: Viteza unghiulară a arborelui cotit

${\ displaystyle \ alpha}$: Unghiul manivelei

${\ displaystyle l}$: Lungimea bielei

${\ displaystyle t}$: Timp de la trecerea punctului mort de sus

Deoarece expresia dintre paranteze este despre primii doi membri ai unei expansiuni în serie, aceasta este denumită forță inerțială de ordinul 1 și forță inerțială de ordinul 2. ${\ displaystyle \ cos (\ alpha)}$${\ displaystyle \ lambda \ cdot \ cos (2 \, \ alpha)}$

Teoretic, există nu numai ordinele 1 și 2, ci un număr infinit de ordine întregi, care, totuși, sunt în mare parte neglijabile de la ordinul 4 datorită dimensiunilor lor mici.

Echilibrarea masei

Fig. 2: Compensare Lanchester

Masele rotative ale acționării arborelui cotit pot fi echilibrate prin contragreutăți pe arborele cotit. Forțele de inerție oscilante de ordinul 1 și 2 pot fi evitate sau reduse la motoarele cu mai mulți cilindri printr-o dispunere inteligentă a cilindrilor. Pentru a echilibra pe deplin aceste forțe de inerție, cel puțin șase cilindrii sunt necesare pentru un in- patru timpi motor linie sau opt cilindri de un V-motor . La motoarele cu cilindri mai puțini, se folosesc adesea arbori de echilibrare , pe care dezechilibrele de echilibrare corespunzătoare se rotesc la turație simplă sau dublă a arborelui cotit (de exemplu, echilibrarea Lanchester (Fig. 2)).

O altă modalitate de a obține un echilibru perfect al masei (și nu doar aproximativ) este utilizarea a două arbori cotiți rotativi, așa cum este cazul motorului H , de exemplu .

masa

Legenda: 0 = complet echilibrat 1 = complet echilibrat 2 = parțial echilibrat 3 = neechilibrat

Secvențe de mișcare inegale

Irregularitate de rotație

Deoarece motoarele cu piston alternativ nu funcționează continuu ca turbinele , ci trec printr-un proces împărțit în cicluri diferite, există o pulsație de viteză și de cuplu pe arborele cotit care fluctuează în jurul unei valori medii constante (Fig. 3).

Fig. 3: Pulsarea momentului și neregularitatea rotației

Forma neregulii de torsiune este determinată de numărul de cilindri, curba de presiune din cilindru, geometria și masele componentelor motorului și procesul de lucru (de exemplu, procesul în doi sau patru timpi ) și punctul de funcționare al motorului. (sarcină / viteză). Preluarea puterii z. B. un arbore cu came și acționarea secundară a unităților auxiliare pot avea, de asemenea, o influență.

Această așa-numită neregulă de rotație este cauza vibrațiilor de torsiune în trenul de antrenare din aval , care deseori duc la zgomote neplăcute ale motorului . Pentru a reduce acest lucru, volanți cu masă dublă sau vibrații torsionale absorbanți sau amortizoarele sunt utilizate. De asemenea, o cutie de viteze convertor amortizează șocurile.

Cursa și compresia pistonului

Tehnologia bielelor articulate și alte metode de realizare a unei manivele variabile ar trebui, printre altele, să controleze raportul de compresie și cursul.

literatură

• Richard van Basshuysen; Fred Schäfer: Manual, elemente de bază ale motorului de ardere internă, componente, sisteme, perspective . Wiesbaden: Vieweg, ediția a III-a 2005, ISBN 3-528-23933-6 .
• Eduard Köhler: Motoare cu ardere internă. Mecanica motorului, calculul și proiectarea motorului alternativ. Wiesbaden: Vieweg, ediția a III-a 2002, ISBN 3-528-23108-4 .

Link-uri web

• Echilibrarea în masă a motoarelor cu piston (animat)

Dovezi individuale

1. ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (Ed.), „ Motor cu combustie internă manuală ”, secțiunea 6.1 „ Transmisie cu manivela ”, ediția a 8-a 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
2. ↑ Eduard Koehler; Rudolf Flierl, „ Motoare cu ardere internă ”, secțiunea 5.2.1.3.1 „ Compensarea forțelor inerțiale prin arbori de echilibru; Posibilități și aplicații ”, ediția a VI-a 2011, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011, ISBN 978-3-8348-1486-9 .
3. ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (Ed.), „ Motor cu combustie internă manuală”, secțiunea 8.3.1.2 „Motoare cu două cilindri ”, ediția a VIII-a 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
4. ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (Ed.), „ Motor cu combustie internă manuală ”, secțiunea 10.1 „ Dispozitive de schimb de gaze în motoarele cu patru timpi ”, ediția a VIII-a 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
5. ↑ Richard van Basshuysen; Fred Schafer (Ed.), „ Motor manual ”, secțiunea 10.3.2 „ organe de schimb de gaze ”, ediția a 8-a 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
6. ↑ ^{a b} Braess, Seiffert (Ed.): Vieweg Handbook Tehnologia vehiculelor cu motor . Ediția a 6-a. Vieweg + Teubner. Wiesbaden. 2012. ISBN 9783834882981 . P. 165 și urm.
7. ↑ Helmut Werner Bönsch: Introducere în tehnologia motocicletelor. 3. Ediție. Motorbuch-Verlag Stuttgart 1981, ISBN 3-87943-571-5 ., P. 191.
8. ^ Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Ediția a 28-a, mai 2014. ISBN 978-3-658-03800-7 , p. 452.