Принцип работы атмосферного двигателя: Турбированный и атмосферный двигатели

Турбированный и атмосферный двигатели

ДВИГАТЕЛЬ

ТУРБИРОВАННЫЙ Турбированный двигатель – ДВС, который отличается наличием систтемы турбонадува (состоит из турбины, турбокомпрессора и промежуточного охладителя). Она создает принудительное давление с помощью выхлопных газов. В результате в цилиндры через инжектор закачивается большее количество воздуха, который смешиваясь с топливом, сгорает более эффективно. Как результат — выделяется больше энергии, приводящей в движение рабочие части двигателя

АТМОСФЕРНЫЙ Атмосферный двигатель — это классический ДВС, в котором подаваемый через инжектор (или карбюратор) воздух участвует в образовании топливной смеси в цилиндрах. Топливная смесь, воспламеняясь, создает энергию, приводящую в движение рабочие части двигателя.

1,0 л. Чтобы развить максимальную мощность 125 л.с., условному турбированному двигателю может быть достаточно объема 1,0 л

1,6 л. Чтобы развить максимальную мощность, например, 125 л.с., условный двигатель должен иметь рабочий объем не менее 1,6 л.

При одной и той же мощности турбомоторы отличаются чуть лучшей динамикой и несколько меньшим расходом топлива.

Помимо, того что двигатель весит больше, он не способен поддерживать высокую мощность при езде в гористой местности с разреженным воздухом.

150 000 километров Турбированный двигатель подвергается большим нагрузкам и потому изнашивается быстрее. При его правильной эксплуатации пробег до капитального ремонта может составлять 150 тыс. километров.

от 300 000 до 500 000 километров Из-за простой конструкции срок ресурсной эксплуатации «атмосферников» может исчисляться сотнями тысяч километров пробега. Известны случаи, когда некоторые американские атмосферные двигатели «выхаживали» по 300-500 тыс. километров без капитального ремонта.

Нужно заправляться только качественным топливом, правильно запускать и останавливать мотор, следить за уровнем и качеством заливаемого масла. Смазка в турбодвигателе имеет большое значение, благодаря ему эффективно работают подшипники и другие важные элементы. Если уровень масла падает, он ибыстрее изнашиваются и выходят из строя. Поэтому масло необходимо своевременно доливать, а при его слишком быстром расходе — оперативно устранять неполадку, из-за которой это происходит.

Атмосферные двигатели более «лояльны» к качеству топлива и моторного масла. Хотя этими особенностями не стоит злоупотреблять, стоит отметить, что «атмосферники» отличаются высокой ремонтоспособностью, устранение возникающих неполакдок к них обойдется гораздо дешевле.

Моторное масло TOTAL QUARTZ 9000 5W-40 Высококачественное универсальное моторное масло, производимое по синтетической технологи, подходит как для атмосферных, так и для турбированных двигателей. API SN. Самая последняя спецификация по API — уровень SN. Характеризуется улучшенной защитой от высокотемпературных отложений на поршнях, более жесткими требованиями к контролю сажи и совместимости с уплотнителями. TOTAL QUARTZ 9000 5W-40 обладает исключительными антиокислительными свойствамии особенно рекомендуется к применению в турбированных и мультиклапанных двигателях, а ткже в двигателях с непосредственным впрыском.

---

Подбор масла

Турбированные моторы & атмосферные: устройства и принцип работы | Справочная информация

Классические бензиновые и дизельные силовые агрегаты в последние несколько лет стали сдавать позиции лидеров в автомобилестроении. На смену им и в дополнение приходят турбированные и атмосферные двигатели, которые всего пару десятилетий назад можно было встретить только на гоночных болидах.

Сегодня очень часто при выборе современных моделей транспортных средств, автолюбители не знают, на каком силовом агрегате лучше всего остановиться — купить автомобиль с «атмосферником» или турбиной? У каждого из этих механизмов есть свои специфические особенности, а также плюсы и минусы в эксплуатации.

Устройство и принцип работы турбированного двигателя

Турбированный силовой агрегат считается одним из самых старых среди двигателей внутреннего сгорания, так как был придуман почти столетие назад. Принцип его работы заключается в том, в цилиндры подается увеличенное количество воздуха, для этого используется нагнетающее устройство – турбокомпрессор («турбина»). Это создает лучшие условия для сгорания топлива и, соответственно, увеличивает мощность двигателя.

По принципу работы турбированный двигатель не отличается от обычного атмосферного двигателя. А нагнетание дополнительного воздуха позволяет эффективнее использовать полный объем поступающей горючей смеси, что положительно сказывается на динамических характеристиках автомобиля.

Турбокомпрессор использует для работы энергию выхлопных газов. Он подсоединяется к выхлопной системе, в результате чего часть отработанных газов поступает на лопасти турбины и вращает крыльчатку компрессора.

Для охлаждения силового агрегата с турбокомпрессором используют интеркуллер. Это обычный радиатор, но вместо охлаждающей жидкости в нем циркулирует воздух.

Достоинства турбодвигателя

Главный козырь турбированных силовых агрегатов — это, конечно же, их высокая мощность. Двигатели с турбокомпрессором по динамике разгона значительно превосходят своих атмосферных «собратьев» при одинаковом объеме. При этом потребление топлива увеличивается ненамного, так как турбина использует энергию уже отработавших газов, а не тратит горючее на создание новых.

Еще одно достоинство турбированного агрегата – снижение содержания вредных газов в выхлопе, поскольку топливовоздушная смесь сгорает значительно эффективнее. Кроме того, мотор с турбокомпрессором работает менее шумно, чем «атмосферник».

Недостатки турбодвигателя

В отличие от атмосферного двигателя, турбодвигатель очень привередлив к качеству потребляемого горючего. Если не контролировать этот вопрос, то турбина очень скоро может выйти из строя. Кроме того, из-за специфики конструкции двигатели с турбонаддувом следует прогревать в любое время года.

Этот тип силовых агрегатов нуждается в особой заботе в вопросах использования смазочных материалов. Обычные минеральные и синтетические масла категорически запрещается заливать в двигатель с турбиной. Для них предназначаются специальные виды масел, которые достаточно дорого стоят. Кроме того, как отмечают специалисты автосервиса Favorit Motors, замена масла рекомендуется каждые 10 тысяч километров (при эксплуатации в городских условиях).

Устройство и принцип работы атмосферного двигателя

Система запитывания атмосферного двигателя основана на инжекторном или карбюраторном механизме. Топливовоздушная смесь формируется в строгой пропорции: 1 часть бензина + 14 частей воздуха.

Принцип работы «атмосферника» заключается в том, что топливо впрыскивается в цилиндр без сопротивления. Это стало возможным благодаря сложным и тонким настройкам в распределительном валу, который открывает впускающий клапан. После впрыска смесь сгорает, а выделившиеся газы приводят в движение поршни.

Атмосферный двигательный аппарат назван так потому, что давление воздуха при попадании в мотор, равняется одной атмосфере. В его конструкции не используются турбонагнетатели, он функционирует при стандартном атмосферном давлении.

Преимущество в использовании атмосферного двигателя заключается в том, что на каких бы оборотах он не работал в данный момент, у него всегда будет определенный запас мощности. Это позволяет максимально быстро ускоряться при любой начальной скорости движения. До максимально возможного количества оборотов атмосферный силовой агрегат «раскрутится» за считанные секунды.

Достоинства атмосферного двигателя

Рано или поздно даже самый надежный мотор может потребовать вложений и качественного ремонта. Атмосферный агрегат имеет более простое строение, чем турбированный мотор, а потому и проведение ремонтных работ обойдется дешевле.

Срок службы атмосферника гораздо выше, чем у турбированного мотора. Это обусловлено более мягкими условиями эксплуатации и отсутствием повышенных нагрузок. Поэтому рабочий ресурс атмосферного двигателя в среднем вдвое выше, чем у турбины.

В качестве приятного бонуса для автовладельцев специалисты ГК Favorit Motors могут привести следующий факт. Атмосферные агрегаты не требуют постоянно контроля смазки и менее требовательны к качеству используемых масел. В их конструкции отсутствуют устройства, которые нуждаются в дополнительной смазке. Это же касается и выбора топлива: атмосферный двигательный агрегат менее требователен к качеству горючего. Кроме того, замена смазочной жидкости производится реже — каждые 15-20 тысяч километров пробега.

И еще один плюс «атмосферника». Российские водители уже смогли убедиться, что атмосферный силовой агрегат даже зимой прогревается быстрее, чем его турбированный собрат.

Недостатки атмосферного двигателя

Самым главным минусом такого двигателя можно считать отсутствие высоких крутящих моментов. Атмосферный агрегат проигрывает турбированному в плане мощности. Такой автомобиль будет идеальным для неспешных поездок по городу, но в качестве трассового авто для молодежных гонок явно не подойдет.

Расход топлива для такого двигателя будет достаточно высок. Как отмечают специалисты ГК Favorit Motors, в среднем автомобиль с атмосферным двигателем потребляет не менее 11-12 литров горючего на 100 километров пути.

Итоги

Выбирать автомобиль с турбированным или атмосферным агрегатом стоит, исходя из своих личных предпочтений и возможностей. У каждого из этих типов моторов есть свои плюсы и минусы. Турбодвигатель будет мощнее и динамичнее, однако требователен в уходе и обходится дороже. Атмосферный двигатель не такой мощный, зато гораздо дешевле в плане эксплуатации и ремонта.

В наличии в компании Favorit Motors имеется множество разных моделей автомобилей как с атмосферными двигателями, так и с турбированными. Компетентный персонал поможет подобрать автомобиль, исходя из пожеланий и предпочтений каждого клиента.

Как турбированный, так и атмосферный силовой агрегат со временем может начать работать с перебоями или вообще отказать. Современные модели автомобилей оснащены высокотехнологичными электронными системами управления двигателем, поэтому диагностику и ремонт моторов следует выполнять только в специализированных автосервисах.

Автосервис Favorit Motors оснащен полным комплексом диагностического и ремонтного оборудования для диагностики и устранения неисправностей турбированных и атмосферных силовых агрегатов. Для обслуживания и ремонта здесь используются только качественные сертифицированные запчасти, а мастера техцентра обладают многолетним опытом работ. Все операции выполняются в соответствии с технологическими картами заводов-изготовителей, что обеспечивает высокое качество и сжатые сроки ремонта. На все детали и ремонтно-восстановительные работы предоставляется гарантия.

Специалисты компании Favorit Motors напоминают, что своевременное регламентное обслуживание способно значительно продлить срок эксплуатации силового агрегата. Необходимо регулярно менять масло в соответствии с пробегом и устранять выявленные неисправности.

Подборка б/у автомобилей Skoda Octavia

---

принцип работы, достоинства и недостатки

При описании автомобиля в основном используется такие слова, как: интеркулер, турбированный двигатель, дизель, при этом все автолюбители понимают, что это такое. Однако есть некоторые слова, которые могут поставить в тупик, например, определение атмосферного двигателя. Этому понятию я и решил уделить свою сегодняшнюю статью.

Итак, атмосферный двигатель является одним из первых двигателей, который был создан человеком. Свое название он получил от атмосферы, которая окружает нас постоянно, именно она учувствовала в процессе горения смеси в таком двигателе. Смесь же создавалась путем затягивания воздуха поршнями через ресивер инжектора, карбюратор, который подавался бензином или дизельным топливом. Таким образом, атмосферный двигатель – это самый обычный двигатель, в котором не применяются специализированные устройства, влияющие на баланс питающей смеси двигателя (интеркулер, турбина, компрессор).

Принцип работы атмосферного двигателя.

Рассмотрим немного подробнее особенности работы атмосферного двигателя.

Изначально расчет необходимого питания двигателей был прост, заключался он в поиске оптимального баланса между атмосферным воздухом и горючей жидкостью. Оптимальное соотношение смеси для атмосферного мотора, как и для других видов двигателей, составляет один к четырнадцати, то есть один объем бензина или дизельного топлива к четырнадцати объемам воздуха. Вычислить это соотношение не являлось такой большой проблемой, более значительным вопросом была проблематичность в обеспечении такого соотношения.

Достоинства и недостатки.

Ведь двигатель имеет способность при разбросе оборотов менять затягивающую способность в отношении атмосферного воздуха. А поскольку ход и частота поршней в цилиндрах не обеспечивают необходимый объем воздуха, который должен затягиваться в единицу времени, то на низких оборотах атмосферный двигатель был просто не в состоянии затянуть необходимый объем воздуха.  Но и на высоких оборотах было не все «гладко»: проблемой становилось пропускное сечение воздуховода и воздушный фильтр, которые пропуская большие объемы воздуха, «душили» подачу атмосферного потока в двигатель. А за счет ограниченного сечения создавалось сопротивление и для его прохождения.

Но кроме всех этих недостатков, имел атмосферный двигатель и свои достоинства, которых значительно больше: ремонтопригодность, простота устройства и большой ресурс. Они и обусловили популярность такого мотора и по сегодняшний день.

  В настоящее время атмосферные двигатели очень популярны в автомобилестроении. Ремонтопригодность, предсказуемость и надежность атмосферных двигателей выше, чем у всех других конструкций питания двигателей.

Турбина на атмосферный двигатель.

Ну, и напоследок выясним: можно ли установить турбину на атмосферный двигатель? Можно, но это достаточно сложное с технической точки зрения мероприятие. Ведь здесь очень важно провести необходимые расчеты, в которых нужно определить объем воздуха и скорость его поступления в двигатель. Самостоятельно сделать это можно. Однако даже мелкие ошибки в расчетах способны вызвать большие проблемы в будущем, вплоть до полной поломки самого атмосферного двигателя.

Видео.

Рекомендую прочитать:

Что значит Атмосферный двигатель автомобиля? Его устройство, как работает

Что такое атмосферный двигатель

Атмосферный двигатель – особый тип конструкции ДВС, который был изобретен еще в конце 19 века, на тот момент он был единственный в своем роде и не имел аналогов. Свое название мотор получил благодаря принципу работы. Основой работы для любого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является воспламенение топлива в цилиндрах. Не каждый знает, что без наличия кислорода невозможно сгорание горючего, поэтому под понятием топлива стоит понимать не только бензин или солярку, а и топливно-воздушную смесь – пропорция топлива и кислорода. Данный тип мотора использует воздух из окружающей среды для воспламенения смеси в цилиндрах. Так взять бензиновый двигатель: данная смесь представляет собой 1 часть бензина и примерно 14 частей воздуха. Смесь в нужных пропорциях создается карбюратором или инжектором:

• Карбюратор — это узел системы питания ДВС, который путем смешивания, подготавливает горючую смесь наиболее оптимального состава и количества и подает ее в цилиндры самого мотора, имеет широкое распространение на разных двигателях. С 80х годов карбюраторы, из-за своей малой эффективности, массово начали вытесняться ижекторами;
• Инжектор или форсунка так же предназначен для приготовления смеси топлива с воздухом из окружающей среды и управляется электромагнитным клапаном или механически. Инжекторные двигатели более экономичны в плане расхода топлива и дают лучшую динамику, вследствие чего карбюраторы начали отходить на задний план.

Понятие «атмосферный» подразумевает под собой то, что непосредственное участие в горении топлива в цилиндрах принимает атмосферное давление. Необходимые пропорции смеси воздуха с топливом формируются в результате работ поршней мотора, которые подобно насосу затягивают наружный воздух из атмосферы через специальный воздуховод. Такой же принцип работы происходит в карбюраторном и инжекторном двигателе, независимо от вида топлива. Автомобили с атмосферными двигателями бывают как бензиновые, так и дизельные. Не смотря на конструктивные особенности дизельных и бензиновых «атмосферников», принцип их работы несет один и тот же смысл.

СПРАВКА. Доступ воздуха, который самостоятельно всасывается двигателем для образования смеси, получается за счет образования пониженного давления в инжекторе или карбюраторе.

Преимущества

Атмосферный двигатель находит широкое распространение из-за большого количества плюсов. К основным преимуществам можно отнести следующее:

• Большой запас ресурса. Практика показывает, что эксплуатация атмосферных двигателей, независимо от вида топлива, может измеряться сотнями тысяч километров пробега без проведения капитального ремонта. Встречаются экземпляры «атмосферников» которые при правильной эксплуатации и своевременном проведении ТО проходили до 500 тысяч километров. Любопытно, что экземпляры атмосферных моторов иногда устанавливали на другие машины, так как кузов первого автомобиля начинал гнить и приходить в негодность;
• Простота конструкции. Атмосферные двигатели лучше поддаются ремонту, нежели моторы с турбиной. Если даже, какой либо элемент узла двигателя приходит в негодность, его можно отремонтировать за меньшую сумму, и качество ремонта в некоторых случаях не будет уступать качеству заводской сборки, механики на СТО более охотно берутся за ремонты атмосферных двигателей, нежели турбированных ;
• Неприхотливость. Бывает, что АЗС в целях экономии разбавляют бензин, тем самым ухудшая его качественные характеристики. Атмосферный двигатель в отличие от турбированного, способен заметно легче переносить эксплуатацию на плохом бензине, двигатель простит вам разовую оплошность при заправке низким топливом.

Не смотря на ненамного больший расход топлива в атмосферном двигателе, в долгосрочном периоде он все же более рациональный и сократит ваши расходы на ремонты и обслуживания, в отличие от турбированного.

Недостатки

Не смотря на все преимущества «атмосферников» в них все же можно найти некие недостатки. Одним из недостатков является вес. По своей конструкции и принципам работы атмосферные двигатели получаются более тяжелыми и объемными, и как мы знаем, что масса автомобиля в целом влияет на средний расход топлива. По мощностям и динамике они заметно уступают двигателям с турбо надувом при одинаковых объемах. Дело в том, что система питания двигателя за счет самостоятельного набора кислорода из окружающей среды не всегда позволяет обеспечивать точные пропорции горючего с воздухом, которые должны равняться 1 к 14 на всех режимах работы. Следовательно, при более низких оборотах мотор засасывает меньше воздуха, а при высоких ему препятствует проходное сечение воздуховодов и сопротивление воздушного фильтра. Эффективность работы в целом снижается, так как во время движения не получается поддерживать узкий диапазон получения горючей смеси, по сравнению с турбированным ДВС.

ВАЖНО! Для более щадящего эксплуатирования мотора рекомендуется плавно наживать на педаль газа и не нагружать двигатель высокими оборотами. 

Особенности турбированных двигателей

Тенденция последних лет такова, что большинство автопроизводителей стремятся увеличить мощность двигателя и одновременно уменьшить его расход, переходят на выпуск машин с турбированными двигателями меньшего объема. Такие принципы позволяют производить достаточно мощные и более экологически чистые модели, однако приходится жертвовать долговечностью за счет усложненной конструкции, которая в отличии от атмосферных двигателей чаще приводит к поломкам. Первые 150 тысяч километров пробега для обладателя данного авто с турбиной, будут складываться только положительными сторонами, то тех пор пока он не начнет сталкиваться с ремонтом этого агрегата. Главным отличием мотора оснащенного турбиной является наличие механического компрессора или турбокомпрессора, который специально нагнетает воздух в двигатель под высоким давлением. В отличие от «атмосферников», в моторах с турбиной или компресоором, давление нагнетаемого воздуха составляет от 1,5 до 3 атмосфер. Турбомоторы при одинаковых объемах двигателя с атмосферными двигателями, могут сжигать больше топлива и, следовательно, выдавать намного больше мощности. Первый турбированный двигатель был разработан еще в 1905 году, однако применяться на легковых автомобилях начал только в середине 50 х годов. Принципом его работы является принудительное давление воздуха, которое создает турбина, используя отработанные выхлопные газы. Из-за высокого давления в цилиндры закачивается большее количество воздуха, чем у атмосферного двигателя, вследствие этого увеличение мощности возрастает до 10%. Лучшая динамика происходит за счет высокого крутящего момента. Турбированные моторы более экологически чистые, так как в цилиндрах идет более эффективное сгорание топлива. Не смотря на все плюсы мотора с турбиной, они имеют более сложную конструкцию и нуждаются в большем уходе во время эксплуатации. Поскольку турбина работает при высоких температурах – срок службы масла и масляного фильтра намного меньше, чем у атмосферного, и примерно сокращается два раза. Для нормальной работы двигателя, ему необходимо исключительно высокое качество бензина или солярки, заправка топливом сомнительного качества сразу даст о себе знать и опустошит ваш кошелек во время ремонта. Что касается выбора масла и масляного фильтра, то они ни в коем случае также не должны уступать по качеству.

ВНИМАНИЕ! После завершения движения, машины, оснащенные турбированным двигателем нельзя сразу глушить, автомобиль должен некоторое время поработать в холостом режиме, для нормализации давления в системе. 

Примеры моделей авто с наиболее мощными атмосферными двигателями

Современный автомобильный рынок, благодаря такому понятию как конкурентоспособность, не останавливается на достигнутом, и всегда совершенствуется, многие автомобильные компании могут похвастаться моделями с превосходной динамикой атмосферных двигателей. Среди лидеров по мощности «атмосферников» можно выделить следующие модели:

• Автомобиль марки Mercedes C63 FMG Coupe Edition 507, на котором установлен бензиновый атмосферный двигатель силой 507 лошадиных сил;
• Американский автомобиль Chevrolet Corvette C7 Stingray, оснащен бензиновым движком с высокими характеристиками;
• Мощный внедорожник Jeep Grand Cherokee SRT, представляет собой комплектацию бензинового двигателя высокими мощностями и непревзойдённой динамикой;

К автомобилям не намного уступающим по мощностям так же можно отнести такие модели как: Chevrolet Camaro, Lexus LS 460, Porsche Cayenne GTS, Audi RS5, Mercedes SLK 55 AMG.

Что касается дизельных моделей, то лидерами являются следующие марки: Mercedes-Bez OM 602, OM 647, BMW M 57. Двигатели данных автомобилей показывают надежность и простоту конструкции.

При покупке автомобиля все же в первую очередь нужно обращать на его «сердце». Если вы предпочитаете хорошую динамику, меньший расход то ваш выбор должен пасть на турбо мотор. Однако если вы отдаете предпочтение долговечности, то без колебаний совести следует выбирать атмосферный двигатель.

Атмосферный двигатель дизельного и бензинового типа, характеристики

По типам двигатели автомобиля делится на атмосферные и турбированные. По части дизельных моторов, их абсолютное большинство оснащено турбинами, чего не сказать о бензиновых. Хотя тенденция наддува бензинового мотора растет, в СНГ к таким агрегатам относятся скептически. Название «атмосферный двигатель» говорит само за себя: давление воздуха, попадающего во впускной коллектор, равно атмосферному давлению.

Принцип работы атмосферного ДВС

Работа двигателя внутреннего сгорания основана на эффективном смесеобразовании и горении, следствие чего образуется механическая энергия в виде крутящего момента, передаваемого на колеса.

Топливно-воздушная смесь представляет собой смесь бензина или дизеля и воздуха. Эталонным соотношением является 1:14,7, то есть на 1 литр топлива приходится 14,7 килограмм воздуха.

Принцип работы атмосферного двигателя: воздух, поступающий во впускной коллектор, затягивается в цилиндры, а роль насоса играет поршень. Благодаря достаточной компрессии поршень при движении вниз всасывает воздух в требуемом количестве.

Конструктивные особенности атмосферного двигателя

Атмосферный дизельный или бензиновый двигатель, в силу невозможности затягивать больше воздуха, имеет слишком ограниченный порог увеличения мощности. Из-за того, что крутящий момент достигается ближе к максимальным оборотам, а диапазон момента слишком короток, это создает дискомфорт при движении в виде недостаточной тяги на малых и средних оборотах.

Автомобильные инженеры нашли выход благодаря следующим изобретениям:

Непосредственный впрыск

Топливо подается непосредственно в цилиндры под давлением 3 атмосферы. Смешивание воздуха и топлива происходит в цилиндре, что дает и топливную экономичность и прирост в мощности.

Фазовращатель

Чтобы крутящий момент смещался по ходу роста оборотов двигателя, были внедрены фазовращатели. Принцип работы состоит в следующем: при повышении оборотов коленвала возрастает давление в масляной системе, а под давлением масло давит на шестерни фазовращателя, смещая фазу.

Как итог – диапазон крутящего момента становится шире, а разгон – без провалов.

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

Принцип работы заключается в изменении геометрии впускных каналов, а именно – их длины. Для малых оборотов воздух движется по длинной траектории, а в режиме средних и максимальных оборотов – по короткой.

Подобная конструкция позволяет достигать максимального крутящего момента с малых оборотов, обеспечивая плавное изменение момента.

Достоинства и недостатки атмосферного двигателя

Достоинства:

• простая конструкция, если сравнивать с турбированным,
• невысокая стоимость обслуживания и ремонта,
• возможность самостоятельного ремонта,
• относительная неприхотливость к качеству топлива,
• ресурс двигателя от 250 000 км в силу низкой форсировки.

Недостатки:

• большой расход топлива,
• ограничение по повышению мощности без потери эластичности мотора и его ресурса,
• низкий КПД,
• внедрение сложных узлов для «выравнивания» полки крутящего момента, что сказывается на дальнейшей стоимости в обслуживании и ремонте негативно.

Выводы

Бензиновый и дизельный атмосферный двигатель – идеальный агрегат с точки зрения надежности и ресурса. В силу отсутствия сложной конструктивной начинки его можно самостоятельно ремонтировать и обслуживать. Не составляет труда подружить такой мотор с газом для экономии на расходе топлива.

Однако атмосферник слишком ограничен в возможностях повышения мощности без вреда системе и комфорту передвижения. Также повышение мощности в его случае прямо пропорционально увеличению расхода топлива. По этим причинам в новых автомобилях все больше внедряется турбина.

Что лучше: турбированный или атмосферный двигатель

Современная классификация двигателей внутреннего сгорания уже подразделят их на атмосферные моторы и те, что оборудованы турбонаддувом. Причем это может относиться как к бензиновым, так и к дизельным разновидностям.

Во второй половине минувшего столетия техника с турбированным силовым агрегатом начала получать все большее распространение. Однако поначалу развитие получили только дизельные установки с турбиной.

Просто карбюраторные аналоги не могли быть такими же экономичными и надежными, да и обслуживание их обходилось на порядок дороже. И лишь позже, с развитием и внедрением новых производственных технологий, стало возможным снова вернуться к вопросу турбомоторов, работающих на бензине. К тому же, ужесточились и международные экологические нормативы.

Основные различия устройства атмосферного и турбированного двигателя

В основе принципа работы любого современного ДВС лежит процесс сгорания топлива в его цилиндрах. Топливо подается не в чистом виде, а в виде рабочей смеси, состоящей из горючего и воздуха. Что турбомотор, что атмосферник устроены в этом смысле одинаково.

Для приготовления рабочей смеси используется горючее и многократно превосходящие по объему воздушные массы. Понятие «атмосферник» появилось и прижилось потому, что для создания смеси применено естественное атмосферное давление. Воздух затягивается через фильтр и систему воздуховодов благодаря работе поршней.

Отличия между различными силовыми агрегатами атмосферного (естественного) принципа действия заключаются только в том, как реализуется процесс образования смеси и его дальнейшая подача в цилиндры. Таким образом, атмосферный мотор не оснащается специальными узлами, которые отвечали бы за принудительную подачу воздушной массы.

Интересно, что схема питания атмосферного мотора основана на естественном притоке воздуха для формирования рабочей смеси. При разных режимах работы она не позволяет обеспечить соотношение 14 к 1 (количество частей воздуха на количество частей горючего). Из-за этого движок уже не способен тянуть на низких оборотах, а на высоких еще не может. Это приводит к снижению диапазона оборотов, при которых мотор способен обеспечить максимальную мощность и тяговые усилия.

Чтобы понять, что такое турбированный двигатель, необходимо понять, как он работает, и из каких состоит узлов. По сути, это тоже силовая установка, только подача воздуха в цилиндры происходит принудительным образом, за счет специального устройства. Основными частями турбокомпрессора являются вентилятор с турбиной.

Подключаются они к системе выпуска отработанных газов в машине, а дальше принимают на себя часть их энергии и воздействуют на лопасти турбины. От выхлопных газов создается давление, и они раскручивают ее, заставляя работать вентилятор компрессора. Далее под давлением закачивается большой объем воздушных масс.

Воздуха становится больше в системе и сгорает он более качественно — это значит, возрастает и мощность силовой установки. Имея меньший объем, турбомотор способен выдавать больше лошадиных сил, чем атмосферный аналог. Но система охлаждения функционирует также несколько по-иному. Функцию радиатора здесь выполняет другое приспособление, которое называется интеркуллером. Вместо охлаждающей жидкости в нем циркулирует обычный воздух. Чтобы усилить охлаждающие свойства, вместе с ним могут устанавливать дополнительный вентилятор.

Разница между атмосферным и турбированным движком заключается в принципе их устройства и функционирования. У последнего для создания рабочей смеси также необходим воздух. Однако воздушные массы не просто поступают извне, но еще и принудительно, за счет нагнетания турбиной. Чем отличается атмосферный агрегат от турбированного, так это как раз тем, что поступает больший объем кислорода в рабочие цилиндры. Из-за этого топлива сжигается больше и возрастает полезная мощность. Чтобы сделать автомобиль еще мощнее, нет необходимости наращивать объем камер сгорания или увеличивать число самих цилиндров.

Плюсы и минусы атмосферных моторов

Основные преимущества, которыми обладает атмосферный двигатель, а не турбированный его аналог, можно свести к следующему:

• большой эксплуатационный ресурс. Считается, что такие моторы более неприхотливы, причем это в равной степени касается, как бензиновых, так и дизельных движков. Многие из них рассчитаны более, чем на 1 миллион километров пробега, а без капитального ремонта они могут выходить по 300-400 тысяч км. Зачастую им удавалось пережить даже родной кузов, который «съедала» коррозия, тогда, как силовой агрегат оставался вполне работоспособным;
• конструктивная простота и надежность. Известно, что «атмосферники» непритязательны к качеству горючего и заливаемого в них масла. Для наших автолюбителей — это значительное преимущество, учитывая огромное количество заправок с сомнительным топливом. Даже при заправке плохим горючим, восстановить работоспособность атмосферного мотора будет дешевле и проще, по сравнению с турбированным аналогом;
• пригодность к ремонту и восстановлению. Достигается описанной выше простотой конструкции мотора. Ремонт каждого узла обойдется дешевле, чем в случае с турбо-версией.

Этих преимуществ достаточно для того, чтобы «атмосферники» пользовались спросом у потребителей еще много лет. Однако нельзя не отметить и несколько слабых сторон, которые им присущи. Во-первых, они не могут развить настолько высокую мощность при аналогичном объеме рабочих камер сгорания. Во-вторых, такие силовые агрегаты обладают более высокой массой. Их тяжелее эксплуатировать в горной местности, где воздух разрежен. Ну и, кроме того, они проигрывают турбированным собратьям в динамике.

Преимущества и недостатки современного турбомотора

Интересно, что первая турбина на силовом агрегате была установлена более столетия тому назад, однако в промышленном производстве на автомобилях их стали использовать с середины 20-го века. Для создания дополнительного давления конструкторы воспользовались отработанными газами — они принудительно повышали давление, создаваемое в рабочих цилиндрах. Увеличение мощности мотора, в среднем до 10%, достигалось за счет подачи большего объема воздуха.

Итак, главные достоинства, которыми обладает турбированный двигатель по сравнению с атмосферником, сводятся к следующим моментам:

• за счёт применения турбокомпрессора полезная мощность возрастает в среднем на 30%;
• повышается динамика, автомобиль разгоняется за более короткий отрезок времени;
• улучшаются тяговые усилия на низких оборотах;
• снижается расход топлива двигателем, а также и смазки, то есть, налицо общая экономичность движка;
• уменьшаются габариты силовой установки, а сама система турбонаддува тоже отличается компактностью;
• экологическая безопасность связана с тем фактом, что выхлопные газы используются повторно для того, чтоб раскручивать лопасти турбины;
• мотор с турбонаддувом при работе издает меньше шума;
• установить такой агрегат можно практически на любое транспортное средство. При одинаковом объеме и примерно таких же габаритах он может монтироваться на старые крепежные элементы, которые остались от атмосферника.

Так ли уж хорошо турбонаддув или атмосфернику не стоит опасаться конкуренции? Самое слабое звено в его конструкции — это небольшой эксплуатационный ресурс турбины, особенно на бензиновых двигателях. Цена этого узла довольно значительна, и она подвергается ускоренному износу из-за высокой температуры выпускных газов.

Конечно, турбины ремонтируются, однако далеко не каждый сервис способен выполнить это качественно, да еще и с предоставлением гарантии на проделанную работу. Другой момент: стоимость такого ремонта может достигать половины цены нового узла. Двигатели с турбонаддувом обходятся дороже в производстве, поскольку для них применяются жаропрочные металлы и сплавы, учитывая, в какой высокой температуре приходится им функционировать.

Ну и, наконец, такие движки очень восприимчивы к качеству горюче-смазочных материалов. Если игнорировать этот момент, то возрастает вероятность детонационных процессов, которые легко могут стать причиной преждевременного капитального ремонта. Что касается системы смазки, то масло тоже должно использоваться другого качества. В него добавляются специальные присадки, рассчитанные на работу при высокой температуре. Приобретая машину с такой силовой установкой, нужно быть готовым к тому, что производить замену фильтрующих элементов и самого масла придется чаще.

Автомобиль с каким двигателем лучше выбрать

Споры между автолюбителями и экспертами из разряда: «что лучше — турбированный или атмосферный мотор» не утихают и по нынешнее время. Движки, оснащенные турбогенераторами, выпускаются большим количеством автопроизводителей. Это связано со всевозрастающим спросом на машины с высокими динамическими, тяговыми и мощностными качествами. Проще говоря, многие мечтают иметь в своем гараже упрощенную версию спорткара, на которую был бы установлен надежный и очень мощный силовой агрегат. Однако не во всех случаях его преимущества приведут к однозначному выигрышу с точки зрения всех критериев.

Однозначный ответ на вопрос, какой же двигатель лучше из описанных 2-х вариантов, дать сложно. Если речь идет о том, чтобы ежедневно выжимать из своего авто максимум мощности и чувствовать спортивную динамику, тогда выбор должен быть только в пользу турбо версии. Ведь с каждого литра рабочего объема силового агрегата удается извлечь в 2-2,5 раза больше мощности, традиционно измеряемой лошадиными силами.

В то же самое время, ресурс у таких движков гораздо меньше — это обусловлено особенностями их конструкции и условиями эксплуатации. Турбомотор гораздо чаще может потребовать ремонта, к тому же, атмосферник более экономичный по потреблению горючего. Также стоит иметь в виду, что из-за его конструктивной простоты он потребует меньше затрат в случае поломки и необходимости ремонта, то есть, он однозначно надежнее по отношению к аналогу с турбиной.

Делаем следующий вывод: хотя турбина дает больше мощности, она потребует большей заботы и регулярного обслуживания, а, возможно, более дорогостоящего ремонта. Прежде всего, это контроль качества заливаемого в бак горючего, применение специальных масел, а также меньший эксплуатационный ресурс компрессора. Атмосферник проигрывает по показателю мощности и динамики, зато является более безотказным. Также он однозначно экономичнее, то есть содержание такое машины обойдется дешевле ее обладателю.

Принцип работы турбокомпрессора автомобиля — ПроТурбо

Принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор – важнейшая составляющая часть двигателя современного автомобиля. Благодаря ему достигается существенный прирост мощности при незначительной массе самой детали. Как известно, принцип работы турбокомпрессора заключается в сильном сжатии подаваемого в двигатель воздуха и, соответственно, создании высокой мощности взрыва в цилиндрах двигателя. Благодаря турбокомпрессору в двигатель поступает на 50% больше объема воздуха, таким образом, сжигается больший объем топлива, что увеличивает мощность двигателя на 30-40% при тех же затратах топлива. Мотор, который имеет турбину, вырабатывает намного больше полезной энергии, чем не оснащенный ею.

Механизм состоит из таких основных элементов:

• корпус турбины, в которой выхлопные газы вращают ротор;
• корпус компрессора, который всасывает воздух, а затем с помощью ротора нагнетает его в систему впуска;
• картридж между турбиной и компрессором, содержащий вал с крыльчатками ротора;
• интеркулер, который охлаждает воздух перед нагнетанием его в цилиндры двигателя.

Принцип действия автомобильной турбины

Турбокомпрессор на двигатель крепится к выпускному коллектору.  Система турбокомпрессора заключается в том, что турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором.

Принцип действия автомобильной турбины заключается в сжатии воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Так возникает давление турбокомпрессора. Выхлопные газы из цилиндров вращают лопатки ротора и выходят через боковое отверстие в корпусе турбины в глушитель. Благодаря устройству турбины автомобиля ее ротор, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорный ротор.

С другой стороны вала ротор компрессора всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и направляет его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора. Когда ротор компрессора вращается, воздух втягивается внутрь и сжимается, так как лопасти ротора вращаются с высокой скоростью. Корпус компрессора разработан таким образом, чтобы превращать поток воздуха, обладающий высокой скоростью и низким давлением, в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью с помощью процесса, называемого диффузией. В этом и заключается принцип действия автомобильной турбины.

Особенности функционирования

Оба эти ротора, турбинный и компрессорный, жестко закреплены на роторном валу, вращающемся на гидростатических подшипниках. Они поддерживают вал на тонком слое масла, которое постоянно подается для снижения трения и охлаждения вала. Для правильной работы подшипники скольжения должны быть покрыты пленкой масла. Зазоры подшипников очень малы, меньше толщины человеческого волоса.

В турбомоторах воздух, который поступает в цилиндры, приходится дополнительно охлаждать – тогда его сжатие можно будет сделать еще сильнее, закачав в цилиндры двигателя больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух легче, чем горячий. Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, от деталей турбонаддува. Поэтому перед попаданием в цилиндры двигателя сжатый воздух охлаждается в интеркулере. Интеркулер – это радиатор жидкостного или водяного охлаждения, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя. За счет охлаждения увеличивается плотность воздуха и, соответственно, закачать в цилиндры его можно больше.

Мощность турбины автомобиля такова, что ротор турбокомпрессора вращается со скоростью до 150 тыс. оборотов в минуту, что примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения автомобильного двигателя. Так как она соединена с выхлопной системой, температура в турбине также очень высокая. Работа турбокомпрессора заключается в том, что воздух поступает в компрессор при температуре окружающей среды, но при сжатии температура растет и на выходе из компрессора достигает 200°С.

На «самообслуживание» системы наддува тратится немного энергии от двигателя – всего лишь около 1,5%. Это происходит потому, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов за счет их охлаждения. Кроме этого, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объема большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Все это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными аналогами такой же мощности.

В последнее время популярность турбокомпрессоров резко возросла. Они оказалось перспективнее не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Если вы хотите купить турбокомпрессор с доставкой – вы обратились по адресу. На нашем сайте можно сделать заказ, а также узнать характеристики турбокомпрессора и характеристики турбины для модели своего автомобиля.

Вт атмосферный двигатель

Ниже котел для двигателя. Котел находится за двигателем; то кирпичная колонна слева от котла — основная опорная колонна; стена справа на фото стена на фото поршня (вверху слева) с подвесные инструменты.

Этот насос мощностью 1796 Вт очень похож на рисунок ниже. Основное отличие двигателя в музее от эскиза — расположение конденсатора.В музее, конденсатор находится на стороне насоса главной опорной колонны, а не на стороне пару поршня. Однако принципы работы парового поршня такие же.

Обратите внимание, что рисунок справа перевернут относительно фотографии выше. Как и двигатель Ньюкомена, этот цилиндр работает только при движении вниз парового поршня; двигатель полагается на вес стороны насоса, чтобы наклонить балку так, чтобы паровой поршень поднялся. Обратите внимание, что цепи соединяют шток поршня и балку. Пар не может подтолкнуть балку вверх. Скорее, восходящая балка тянет вверх по поршню.

Паровой поршень / цилиндр заметно сложнее, чем у Ньюкомена. Во-первых, обратите внимание, что верхняя часть парового цилиндра закрыта. Пар будет находиться над поршнем при атмосферном давлении во время хода как вверх, так и вниз. Пар будет находиться под поршнем при ходе вверх и под вакуумом при ходе вниз. Эти шаги более подробно описаны ниже.

Поршень имеет «рубашку». Это вторая оболочка вокруг главного цилиндра. В этой рубашке можно было хранить пар, чтобы цилиндр всегда оставался горячим.

Обратите внимание, что водяной насос конденсатора подает холодную воду (вероятно, из шахты) в большой колодец, чтобы конденсатор оставался холодным. Воздушный насос (так его называет Ватт) служит для откачки конденсата и любого неконденсируемого газа из конденсатора х . Выход воздушного насоса и находится в меньшей камере, отдельно от колодца с холодной водой.Эта камера заполняется горячим конденсатом от воздушного насоса k . Эта горячая вода возвращается в котел с помощью насоса питательной воды котла.

Шаг 1 — ход парового поршня вверх.

Вес со стороны насоса тянет балку вниз слева. (На некоторых двигателях дополнительный вес добавляется к насосной стороне балки, чтобы гарантировать, что она тяжелее, чем сторона пара). Это действие подтягивает вверх паровой поршень. Клапаны c, e, f находятся в паропроводе слева от парового цилиндра сверху вниз соответственно.На шаге 1 закрываются c и f , а клапан e открыт. Пар сверху поршня проходит через трубу o слева и попадает в нижнюю часть поршня.

Обратите внимание, что водяной насос конденсатора и насосы питательной воды на странице описания насоса выглядят как тип B (за исключением впускного отверстия внизу), и они будут заполняться на этом этапе, когда штоки насоса опускаются. Шток воздушного насоса поднимется, выталкивая свое содержимое на этом этапе и одновременно создавая вакуум в конденсаторе и удаляя любую жидкость.Обратите внимание, что воздушный насос явно относится к типу B на странице описания насоса. Между воздушным насосом и конденсатором установлен обратный клапан, а в поршне просверливаются обратные клапаны сверху. В верхней части хода парового поршня штифты n на штоке воздушного насоса приводят в действие три рычага m для изменения положения клапана.

Шаг 2 — ход парового поршня вниз

Клапан e закрыт, клапаны c и f открыты.В этом положении клапана верхняя поршневая камера открыта для котла, а нижняя поршневая камера открыта для конденсатора. Это рабочий ход. Давление в котле примерно атмосферное, в конденсаторе вакуум. Пар из-под поршня устремляется в конденсатор. Пар конденсируется, поддерживая вакуум. Дополнительный водный конденсат впускается в конденсатор с помощью струи через отверстие сбоку конденсатора (можно увидеть регулирующий стержень для струи, начинающийся между клапанами e и f и стекающий вниз к немаркированному белому ящику на сторона конденсатора).Поршень втягивается вакуумом вниз, заполняя пространство над поршнем паром, отбираемым из котла. Во время хода поршень остается горячим.

На этом этапе штоки насоса питательной воды и водяного насоса конденсатора поднимаются, вытесняя из них содержимое насоса и одновременно всасывая больше жидкости в корпус насоса. Шток воздушного насоса опускается, позволяя поршню проваливаться через конденсат и воздух, попадающий в корпус цилиндра во время движения вверх. (Обратите внимание, что обычно в воде растворено некоторое количество воздуха, и этот воздух входит в поршень и должен быть удален).В конце хода вниз несколько различных штифтов n на штоке воздушного насоса приводят в действие рычаги m и снова переключаются клапаны c, e, f , позволяя двигателю повторить ход вверх. Жиклер конденсатора также закрыт.

Анимированные двигатели — Newcomen Atmospheric

Newcomen Atmospheric Engine

Этот великолепный двигатель был запатентован в 1705 году Томасом Ньюкоменом и является обычно считается первой «современной» паровой машиной. В отличие от более поздних паровые двигатели, Newcomen работает по принципу атмосферы .

Newcomen был впервые использован для откачки воды из шахт в Англии. В Шток насоса слева соединен с приводным поршнем большим качающимся луч.

Впуск

Вода непрерывно кипятится для получения пара. Во время поршня ход вверх, этот пар низкого давления (около 5 фунтов / кв. дюйм) попадает в цилиндр. Давления недостаточно, чтобы поднять поршень на своем собственный — вес насосной штанги делает большую часть работы.

Впрыск воды

В верхней части хода паровой клапан закрыт и струя воды ненадолго включился, охлаждая пар в цилиндре.

Мощность

Холодный пар сжимается, всасывая поршень вниз. Другими словами, чем выше атмосферное давление, тем больше поршень движется вниз, следовательно, название атмосферный двигатель . В конце хода охлаждающая вода сливается из цилиндра через дополнительный канал, который здесь не показан.

Вспомогательный насос

При движении вверх вспомогательный насос заполняет охлаждающую воду. резервуар.

---

Двигатели Newcomen были успешными отчасти потому, что они были очень безопасны для работать.Поскольку пар находился под таким низким давлением, риска не было. опасного взрыва котла.

---

Примечание о клапанном механизме

Самые ранние двигатели Newcomen имели клапаны с ручным управлением (как показано здесь). Оператор стоял на платформе возле цилиндра база и закидывала рычаги клапана на каждый ход.

Популярная легенда гласит, что мальчики, выполняющие эту утомительную задачу изобрел автоматический клапан, натянув тросы и рычаги для цель.

Книга Томас Ньюкомен, Предыстория пара Двигатель убедительно развеивает это представление и дает детали автоматических клапанов, разработанных Ньюкоменом и его сотрудником Джон Колли. Чтобы узнать больше о движке Newcomen, я настоятельно рекомендую этот книга. Я надеюсь когда-нибудь проиллюстрировать автоматические клапаны.

BBC — Девон — Откройте для себя Девон

Томас Ньюкомен, родившийся в Дартмуте в 1663 году, внес значительный вклад в промышленную революцию, создав атмосферный двигатель.

К 1685 году Ньюкомен стал торговцем скобяными изделиями в своем родном городе.

Некоторыми из его крупнейших клиентов были владельцы шахт в Корнуолле, которые столкнулись со значительными трудностями из-за затопления, поскольку шахты становились все глубже.

Стандартные методы, используемые для удаления воды — ручная откачка или команды лошадей, тянущих ведра на веревке, — были медленными и дорогими, и они искали альтернативу.

В 1712 году Ньюкомен изобрел первый в мире успешный атмосферный паровой двигатель.

Двигатель перекачивает воду с помощью вакуума, создаваемого конденсированным паром.

Он стал важным методом слива воды из глубоких шахт и, следовательно, был жизненно важным компонентом промышленной революции в Великобритании.

Изобретение Ньюкомена позволило развести шахты на большие глубины, чем это было экономически возможно раньше, и таким образом помогло добывать уголь, железо и другие металлы, которые были жизненно важны для развития промышленности.

Атмосферный двигатель с некоторыми основаниями может претендовать на звание самого важного изобретения промышленной революции.

Newcomen Engine

Хотя его КПД составлял всего один процент, это было дешевле, чем использование лошадей для приведения в действие насоса.

Первый рабочий двигатель Newcomen был установлен на угольной шахте в замке Дадли в Стаффордшире в 1712 году.

У него был цилиндр диаметром 21 дюйм и длиной почти восемь футов, и он работал со скоростью 12 движений в минуту, поднимая 10 галлонов воды. с глубины 156 футов.

Двигатели были прочными и надежными и работали днем ​​и ночью, что сделало их чрезвычайно успешными.

К моменту смерти Томаса Ньюкомена в 1729 году по крайней мере 100 его двигателей работали в Великобритании и по всей Европе.

Они использовались на протяжении 18 века и по-прежнему имели влияние в 20 веке.

Один двигатель в Pentich все еще работал 127 лет после того, как он был впервые установлен.

Однако Ньюкомен не умер богатым человеком. Он не получил большого признания за свое изобретение, большая часть внимания пришлась на Джеймса Ватта, который усовершенствовал идею Ньюкомена.

Этот принцип был использован в следующем столетии для создания «Атмосферной железной дороги», где поезд двигался по линиям, приводимый в движение перепадом давления, создаваемым в трубе, соединенной с паровыми машинами вдоль маршрута.

Анимированная иллюстрация любезно предоставлена ​​Обществом Ньюкомен США.

Двигатели

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Какие такое UEET?
Словарь | Веселье и игры | Образовательные ссылки | Урок ланы | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?

---

НОВИНКА! Видео «Как работает реактивный двигатель». Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов отрывается от земли с такой легкостью. Как это бывает? Ответ прост. Это двигатели. Позвольте Терезе Бенио из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснить подробнее … Как показано на НАСА Пункт назначения завтра.

---

Реактивные двигатели перемещают самолет вперед с большой силой, создаваемой огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называют газовые турбины, работают по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор повышает давление воздуха. Компрессор сделан с множеством лезвий, прикрепленных к валу. Лезвия вращаются на высокой скорости и сжимают или сжимают воздух. Сжатый затем воздух распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. В горящие газы расширяются и выбрасываются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа летят назад, двигатель и самолет движутся вперед. Когда горячий воздух попадает в сопло, он проходит через другую группу лопастей. называется турбина. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины вызывает вращение компрессора.

На изображении ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторую часть воздуха чтобы было очень жарко, а некоторым было прохладнее. Затем более холодный воздух смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

Это изображение того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга это передовая сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Сэр Исаак Ньютон обнаружил, что «каждому действию соответствует и противоположная реакция. «Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топлива, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. В мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, он выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Детали реактивного двигателя

Поклонник — Вентилятор — это первый компонент в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий Вентиляторы изготовлены из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть продолжается через «ядро» или центр двигателя, где на него действуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» ядро ​​двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро ​​к задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая толкает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор — Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает попадающий в него воздух в постепенно уменьшаются площади, что приводит к увеличению давления воздуха. Этот приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Сдавленный воздух попадает в камеру сгорания.

Камера сгорания — В камере сгорания воздух перемешивается с топливом, а затем воспламеняется. Имеется до 20 форсунок для впрыска топлива. воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Топливо горит вместе с кислородом в сжатом состоянии. воздух, выделяющий горячие расширяющиеся газы. Внутри камеры сгорания часто делают из керамических материалов для создания термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

Турбина — Приближается высокоэнергетический воздушный поток из камеры сгорания попадает в турбину, в результате чего лопатки турбины вращаются. Турбины соединены валом для вращения лопаток компрессора и для вращения впускного вентилятора спереди.Это вращение забирает некоторую энергию из поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы вырабатываемые в камере сгорания движутся через турбину и раскручивают ее лопатки. Турбины реактивного самолета вращаются тысячи раз. Они закреплены на валах между которыми установлено несколько комплектов шарикоподшипников.

Сопло — Форсунка — вытяжной канал двигатель. Это часть двигателя, которая на самом деле создает тягу для самолет.Поток воздуха с пониженным энергопотреблением, который проходил через турбину, в дополнение к более холодный воздух, проходящий мимо сердечника двигателя, создает силу при выходе из сопло, которое толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. Комбинация горячего и холодного воздуха выбрасывается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из сердечника двигателя, с более низкая температура воздуха, обводимого вентилятором.Миксер помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель — А Краткая история первых двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был первым предположил, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с большой скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло назад, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который приводился в движение первым авиадвигателем — паровым двигателем мощностью три лошадиные силы. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Темпл построил моноплан. который пролетел всего лишь короткий прыжок с холма с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести свой трехместный биплан в движение двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетел несколько секунд.

Первые паровые машины приводились в действие нагретым углем и, как правило, слишком тяжелый для полета.

Американец Сэмюэл Лэнгли сделал модель самолетов которые приводились в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно пилотировал беспилотный самолет с паровым двигателем, получивший название Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем выдохся. Затем он попытался построить полную размерный самолет Aerodrome A, с газовым двигателем.В 1903 г. разбился сразу после спуска с плавучего дома.

В 1903 году братья Райт летал, Flyer , с бензиновым двигателем мощностью 12 лошадиных сил. двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х гг. газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания с воздушным винтом был единственное средство, используемое для приведения в движение самолетов.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттла впервые успешно полетел в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему внутреннего сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над подобным дизайном в Германии. Первый самолет, который успешно использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель. полет.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Опытный самолет XP-59A впервые поднялся в воздух в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель это просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается до 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания, чтобы повысить температуру жидкой смеси примерно до 1100-1300 ° F. Образующийся горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в действие компрессор. Если турбина и компрессор эффективны, давление на выходе из турбины будет почти вдвое выше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу для создания высокоскоростного потока газа, создающего тягу.Существенного увеличения тяги можно добиться, используя форсаж. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Форсажная камера увеличивает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является повышение температуры примерно на 40 процентов. по тяге на взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, когда самолет в воздухе.

Турбореактивный двигатель является реактивным.В реактивном двигателе расширяющиеся газы сильно надавите на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает его. Газы проходят через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопной трубы, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинтовые

А турбовинтовой двигатель представляет собой реактивный двигатель, прикрепленный к пропеллеру.Турбина на спина поворачивается горячими газами, и это вращает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты оснащены турбовинтовыми двигателями.

Турбореактивный двигатель, как и турбореактивный, состоит из компрессора, камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель имеет лучшую тяговую эффективность на скоростях полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены гребными винтами, которые иметь меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособиться к более высоким скоростям полета, лопасти имеют форму ятагана со стреловидными передними кромками на концах лопастей. Двигатели с такими винтами называются пропеллеры .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбореактивные двухконтурные двигатели

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздуха.Большая часть воздуха обтекает двигатель снаружи, что делает его тише. и дает больше тяги на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров оснащены двигателями турбовентиляторными двигателями. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий во впускное отверстие, проходит через газогенератор, состоящий из компрессора, камеры сгорания и турбина. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха попадает в камера сгорания. Остальное проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно в виде «холодной» струи или смешивается с выхлопом газогенератора. для получения «горячей» струи.Целью такой системы байпаса является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается за счет увеличения общий массовый расход воздуха и снижение скорости при той же общей подаче энергии.

Изображение турбовентиляторного двигателя

Турбовалы

Это еще один вариант газотурбинного двигателя, который работает как турбовинтовой. система.Он не управляет пропеллером. Вместо этого он обеспечивает питание вертолета. ротор. Турбовальный двигатель устроен так, чтобы скорость вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это позволяет скорость ротора должна оставаться постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы регулировать количество производимой мощности.

Изображение турбовального двигателя

Ramjets

ПВРД — это Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость реактивного «тарана» или нагнетает воздух в двигатель. По сути, это турбореактивный двигатель, в котором вращающийся оборудование было опущено. Его применение ограничено тем, что его степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не развивает статического электричества. тяга и тяга вообще очень маленькая ниже скорости звука. Как следствие, ПВРД требует некоторой формы вспомогательного взлета, например другого самолета. Он использовался в основном в ракетных комплексах.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение ПВРД

Вернуться к началу

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | Что такое UEET?
Словарь | Веселье и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы | Индекс сайта | Дом

Двигатель внутреннего сгорания — Energy Education

Двигатели внутреннего сгорания (ICE) — наиболее распространенная форма тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах.Они названы так потому, что топливо воспламеняется для выполнения работы внутри двигателя. ^[1] В качестве выхлопных газов выбрасывается та же смесь топлива и воздуха. Это можно сделать с помощью поршня (так называемого поршневого двигателя) или турбины.

Закон идеального газа

Тепловые двигатели внутреннего сгорания работают по принципу закона идеального газа: [math] pV = nRT [/ math]. Повышение температуры газа увеличивает давление, которое заставляет газ расширяться. ^[1] Двигатель внутреннего сгорания имеет камеру, в которую добавлено топливо, которое воспламеняется для повышения температуры газа.

Когда в систему добавляется тепло, это заставляет внутренний газ расширяться. В поршневом двигателе это заставляет поршень подниматься (см. Рисунок 2), а в газовой турбине горячий воздух нагнетается в камеру турбины, вращая турбину (Рисунок 1). Присоединяя поршень или турбину к распределительному валу, двигатель может преобразовывать часть энергии, поступающей в систему, в полезную работу. ^[2] Для сжатия поршня в двигателе прерывистого внутреннего сгорания двигатель выпускает газ.Затем используется радиатор, чтобы система работала при постоянной температуре. Газовая турбина, которая использует непрерывное горение, просто выбрасывает свой газ непрерывно, а не по циклу.

Поршни и турбины

Рисунок 1. Схема газотурбинного двигателя. ^[3]

Двигатель, в котором используется поршень , называется двигателем прерывистого внутреннего сгорания , тогда как двигатель, в котором используется турбина , называется двигателем непрерывного действия внутреннего сгорания.Разница в механике очевидна из-за названий, но разница в использовании менее очевидна.

Поршневой двигатель чрезвычайно отзывчив по сравнению с турбиной, а также более экономичен при низкой мощности. Это делает их идеальными для использования в транспортных средствах, так как они также запускаются быстрее. И наоборот, турбина имеет превосходное отношение мощности к массе по сравнению с поршневым двигателем, а ее конструкция более надежна для продолжительной работы с высокой выходной мощностью. Турбина также работает лучше, чем поршневой двигатель без наддува, на больших высотах и ​​при низких температурах.Его легкий вес, надежность и возможность работы на большой высоте делают турбины предпочтительным двигателем для самолетов. Турбины также широко используются на электростанциях для выработки электроэнергии.

Двигатель четырехтактный

главная страница

Рис. 2. 4-тактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. ^[4]

Хотя существует множество типов двигателей внутреннего сгорания, четырехтактный поршневой двигатель (рис. 2) является одним из самых распространенных.Он используется в различных автомобилях (которые, в частности, используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы. Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня. Справа есть анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса ниже.

1. Топливо впрыскивается в камеру.
2. Топливо загорается (в дизельном двигателе это происходит иначе, чем в бензиновом).
3. Этот огонь толкает поршень, что является полезным движением.
4. Отходы химикатов, по объему (или массе) это в основном водяной пар и диоксид углерода. Могут быть загрязнители, а также окись углерода от неполного сгорания.

Двухтактный двигатель

главная страница

Рис. 3. 2-тактный двигатель внутреннего сгорания ^[5]

Как следует из названия, системе требуется всего два движения поршня для выработки энергии. Основным отличительным фактором, который позволяет двухтактному двигателю работать только с двумя движениями поршня, является то, что выпуск и впуск газа происходят одновременно, ^[6] , как показано на рисунке 3.Сам поршень используется в качестве клапана системы вместе с коленчатым валом для направления потока газов. Кроме того, из-за частого контакта с движущимися компонентами топливо смешивается с маслом для добавления смазки, что обеспечивает более плавный ход. В целом двухтактный двигатель содержит два процесса:

1. Воздушно-топливная смесь добавляется, и поршень движется вверх (сжатие). Впускной канал открывается из-за положения поршня, и топливовоздушная смесь поступает в удерживающую камеру.Свеча зажигания воспламеняет сжатое топливо и начинает рабочий такт.
2. Нагретый газ оказывает высокое давление на поршень, поршень движется вниз (расширение), отработанное тепло отводится.

Роторный двигатель (Ванкеля)

главная

Рисунок 4. Цикл роторного двигателя. Он всасывает воздух / топливо, сжимает его, воспламеняется, обеспечивая полезную работу, а затем выпускает газ. ^[7]

В двигателе этого типа имеется ротор (внутренний круг обозначен буквой «B» на рисунке 4), который заключен в корпус овальной формы.Он выполняет стандартные этапы четырехтактного цикла (впуск, сжатие, зажигание, выпуск), однако эти этапы выполняются 3 раза за один оборот ротора , создавая трех тактов мощности за один оборот .

Для дальнейшего чтения

Ссылки

1. ↑ ^{1.0 1.1} Р. Д. Найт, «Тепловые двигатели и холодильники» в журнале «Физика для ученых и инженеров: стратегический подход», 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, гл.19, сек 2, с. 530
2. ↑ Р. А. Хинрихс и М. Кляйнбах, «Тепло и работа», в Энергия: ее использование и окружающая среда , 5-е изд. Торонто, Онтарио. Канада: Брукс / Коул, 2013, глава 4, стр.93-122
3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
5. ↑ «Файл: Двухтактный двигатель.gif — Wikimedia Commons «, Commons.wikimedia.org, 2018. [Online]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif.[ Доступно: 17 мая 2018 г.].
6. ↑ С. Ву, Термодинамика и тепловые циклы. Нью-Йорк: Nova Science Publishers, 2007.
7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Wankel_Cycle_anim_en.gif

Как работают двигатели Стирлинга?

Как работают двигатели Стирлинга? — Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 10 апреля 2020 г.

Двигатели работают в нашем мире с Промышленная революция: сначала грязные паровые машины на угле, затем более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время реактивные двигатели в самолетах. Основная концепция двигателя — то, что использует разницу между высокой и низкой температурой. один — не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все же придумывают незначительные улучшения, которые сделайте процесс немного быстрее или эффективнее.Один двигатель ты возможно, в последнее время много слышал о двигателе Стирлинга, что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует тот же воздух или газ. снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. В команде Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям, двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но они действительно были с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования Возобновляемая энергия.На этом фото вы видите массив зеркал. концентрация солнечного тепла на двигателе Стирлинга, вырабатывающем электричество. Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Что такое двигатель?

Двигатели транспортных средств или заводских машин являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для выпуска тепловая энергия, которая используется для производства газ расширяется и охлаждается, толкает поршень, поверните колесо и заведите машину.Двигатели бывают двух основных типов: двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят топливо в одном месте и производить энергию в другой части та же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные) сжигать топливо и производить мощность в одном и том же месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Оба типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляя газ расширяться, а затем остывать. Чем больше разница температур (между газом при самый горячий и самый холодный), тем лучше работает двигатель.Теория того, как двигатель работает на основе науки термодинамики (буквально «как движется тепло») и теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются. газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде, чем мы узнаем, что такого хорошего Двигатели Стирлинга, это помогает, если мы знаем, что в них такого плохого Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает вода, пока она не закипит и не станет паром. Пар движется по трубе в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень и водит колесо.Затем входной клапан закрывается, а выходной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Паровозы, такие как в этом локомотиве, являются примерами. двигателей внешнего сгорания. Огонь, который обеспечивает энергию за счет горения (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3).Между ними есть бойлер (2), преобразующий тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ питания движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было в изобилии, и никого не волновало нанесение ущерба планете.

Проблем со steam много двигателей, но вот четыре наиболее очевидных.Во-первых, котел что заставляет пар работать под высоким давлением и есть риск что он может взорваться (взрывы котла были серьезной проблемой с очень ранней паровой двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстояние от цилиндра, поэтому энергия теряется на получение тепла от один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще достаточно горячий, поэтому он содержит потерянную энергию В-четвертых, потому что пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные количества воды, а также топлива.(Вот почему у паровозов постоянно останавливаться у бортовых цистерн с водой.)

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, который преодолеет эти проблемы? Допустим, мы избавимся от котла (что решит риск взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для передачи тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и используйте обычный воздух (или какой-то другой простой газ), чтобы переместить тепло энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда назвали паровоздушными двигателями .) Если мы закроем этот воздух в закрытую трубу, то один и тот же воздух снова и снова движется вперед и назад, собирая энергию от огня и выпустив его в баллон, решаем проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы и нет добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми Двигатель Стирлинга лучше паровой машины.Иногда ты увидишь Двигатели Стирлинга описываются как «замкнутый цикл регенеративного тепла». двигателей «, что является очень кратким выражением того, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют запечатанный объем газа для отвода тепла обратно и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они используйте теплообменники, чтобы сохранить часть тепла, которое в противном случае теряться в каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровом двигателе).

Простой или сложный?

Некоторые говорят, что двигатели Стирлинга просты.Если это правда, то это так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но они будут более богатыми, сложными и потенциально очень запутанными, пока вы их не разберетесь. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube. покажите, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за тем, как он работает снаружи: вам нужно хорошенько подумать о цикле шагов, которые он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычном паровом двигателе.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы объяснить двигатель Стирлинга должным образом, сначала посмотрев на компоненты, которые он содержит, затем подумав о том, что они делают, и, наконец, посмотрим на более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Маленькие компактные двигатели Стирлинга, подобные этому, могут работать от крошечных перепады тепла — даже если положиться на чьи-то руки и отвести тепло, которое они содержат. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Каковы основные части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как вытеснительный (или вытеснительный) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга).Это ключевые части:

Источник тепла

Источник тепла — это источник энергии, от которого двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь. огонь в солнечное зеркало, концентрирующее тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга описываются как двигатели внешнего сгорания, они не должны вообще использовать сжигание (фактическое сжигание топлива): они просто нужна разница в температуре источника тепла (откуда берется энергия) и радиатор (где он попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга с теплом от чашки кофе, теплой ладонью чьей-то руки или даже (к полному удивлению многих) кубиком льда: энергия, выделяемая двигателем, исходит от любой разницы в температуре между источником тепла и теплом раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, приводимым в движение что-то вроде чашки кофе просто потому, что он содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Иллюстрация: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Внутри машины в закрытом баллоне постоянно находится объем газа. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, которое остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия операции, через которые он проходит). Его единственная цель — переместить тепловую энергию от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к подобрать еще.Газ, передающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом в источник тепла. Обычно это какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который отводит отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня — это один из более очевидных вещей, которые отличает их от других двигателей.В общей конструкции под названием двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, есть два одинаковых поршня и цилиндра, а газовые челноки назад и вперед между ними, нагревание и расширение, затем охлаждение и сжатие, прежде чем цикл повторится.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой объемным (или бета) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (зеленого цвета), задача которого заключается в перемещении газа между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровом двигателе, буйковый уровнемер устанавливается очень свободно (с небольшим свободным пространством между край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад.Также есть рабочий поршень (темно-синего цвета), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, которая приводит в движение независимо от того, какой двигатель работает. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелый маховик прикреплен для наращивания импульс и обеспечить бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень буйка постоянно движутся, но они не совпадают (одна четверть цикла или 90 ° по фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень буйка всегда на одну четверть цикла (90 °) опережает рабочего поршня.

Теплообменник

Также известный как регенератор, теплообменник находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла, за которую держится регенератор. Когда газ движется обратно, он снова улавливает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Итого

Как паровой двигатель или двигатель внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя серия основных операций, известная как ее цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга буйкового типа. На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит именно из-за того, что газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках перемещается от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно.Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для приведения в действие механизма, приводимого в действие двигателем, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повторяться. Работа зеленого поршня буйка заключается в перемещении газа от горячей стороны цилиндра (слева) к холодной стороне (справа) и обратно. Работая в команде, два поршня гарантируют, что тепловая энергия многократно перемещается от источника к раковине и преобразуется в полезную механическую работу.

Подробнее

1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) заканчивается справа на более холодном конце цилиндра.По мере того, как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня перемещаются внутрь (к центру).
2. Передача и регенерация: Поршень буйка перемещается вправо, а охлажденный газ перемещается вокруг него к более горячей части цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделял.
3. Нагрев и расширение: Большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра.Он нагревается огнем (или другим источником тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводится в действие двигателем. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую (и работает).
4. Передача и охлаждение: Поршень буйка перемещается влево, а горячий газ перемещается вокруг него к более холодной части цилиндра справа. Объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор (теплообменник), отдавая часть своей энергии по пути.Теперь цикл завершен и готов к повторению.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому месту, где он был запущен, это не симметричный процесс: энергия постоянно отводится от источника и откладывается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ объем работы над рабочим поршнем, когда он расширяется, но поршень выполняет меньше работы, сжимая охлажденный газ и возвращая его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, когда простой паровой двигатель может обойтись только одним? Почему все эти отдельные ступени? Почему бы не упростить все это?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам необходимо понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с законами газа (основные законы классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (сохранение тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

1. Изотермическое (при постоянной температуре) сжатие: наш этап (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается, поскольку он отдает тепло в сток.
2. Изометрический (постоянный объем) нагрев: наш этап (2) выше, на котором объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего предыдущего тепла.
3. Изотермическое (при постоянной температуре) расширение: наш этап (3) выше, на котором газ поглощает энергию из источника, его объем увеличивается, а его давление уменьшается, в то время как температура остается постоянной.
4. Изометрическое (постоянный объем) охлаждение: наш этап (4) выше, на котором объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор и охлаждается.

Настоящий двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки данной статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, об этом можно прочитать в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

• В Википедии есть еще одна анимация двигателя Стирлинга бета-типа (хотя и красиво нарисован, за ним трудно проследить, потому что этапы рядом не поясняются).
• MIT также имеет небольшую приятную анимацию, но сопровождающее объяснение довольно минимально.
• Лучшее из всех: на сайте есть отличная анимация и объяснение. Animated Engines, превосходный веб-сайт с множеством понятных и простых страниц, посвященных всем другим движкам, которые стоит изучить. Мне нравится, что все движки выполнены в одинаковом простом стиле, поэтому вы можете легко их сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались установить на автомобили двигатели Стирлинга, эксперименты не увенчались успехом.Двигателю Стирлинга нужно время, чтобы набрать скорость, и он не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для привода автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом направлении: автомобили будущего, скорее всего, будут приводиться в действие электродвигателями или топливными элементами. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, требующих непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-то горячее и что-то холодное.Они идеально подходят для солнечных электростанций, где тепло Солнца играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которым необходимо обеспечивать стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга. используя их как основу для компактного домашнего электроснабжения генератор, названный Beacon 10, размером с бытовую стиральную машину.

В нормальном двигателе Стирлинга тепло нагревается до горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора).Как только электродвигатели могут быть реверсированы как генераторы, поэтому вы можете энергии в двигатель Стирлинга и запустить его назад, эффективно отвод тепла от радиатора и отвод его на источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криокулер» — очень эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронное исследование.

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за замкнутый цикл и регенеративный теплообменник).У них нет котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в водоснабжении и не имеют сложную систему открытия и закрытия клапанов, которые пар двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише, чем паровые двигатели, и потому что они не обязательно предполагают сжигание топлива, они могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей, которые обычно сжигают уголь до кипения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разные виды топлива.

С другой стороны, двигатели Стирлинга запускаются не мгновенно (это требуется время для разогрева важнейшего теплообменника и для того, чтобы маховик набирают скорость), и они не работают так хорошо в режиме остановки-запуска (в отличие от внутреннего сгорания двигатели).Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло, что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Изображение: Эта иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года). напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложен. Два больших чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор) и поршни буйка перемещаются внутри них вперед и назад.Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Произведение искусства из истории и прогресса парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стирлинг двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать двигатель, который был бы более безопасным и многогранным. эффективнее паровых двигателей, которые были разработаны примерно за столетие до этого Томас Ньюкомен (а позже улучшил Джеймсом Ваттом и другими). Рост объемов внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные двигатели) привел к Двигатели Стирлинга не использовались, хотя Компания Philips в середине 20 века.Совсем недавно они становятся популярными на солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии. энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология получил новый импульс в 1980-х, когда Иво Колин из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новый, очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между источник тепла и радиатор.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги.Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

Книги

Двигатели Стирлинга

Термодинамика двигателя

• Двигатели: Введение Джона Лиска Ламли. Cambridge University Press, 1999. Хотя здесь основное внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания, оно будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
• «Термодинамика для чайников» Майка Паукена. Джон Вили и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение в таких вещах, как двигатели.

Видео

• Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация реального двигателя Стирлинга бета-типа, подобного показанному в моей анимации выше.
• Двигатель Стирлинга: разбираем один: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам различные детали внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают воздушные компрессоры: анимированное руководство

Воздушные компрессоры — универсальные и жизненно важные компоненты любого завода или мастерской. За последние годы они стали меньше и менее громоздкими, что делает их более удобными в различных рабочих ситуациях.Это очень полезные портативные машины, которые приводят в действие отдельные пневматические инструменты.

Основное преимущество воздушных компрессоров в том, что они намного мощнее обычных инструментов и не требуют собственных громоздких двигателей. Поскольку единственное реальное обслуживание, которое требуется от них, — это небольшая смазка, различные инструменты могут приводиться в действие одним двигателем, который использует давление воздуха для достижения максимального потенциала.

Их универсальность не ограничивается только верстаком для сверл или шлифовальных машин; их можно использовать для чего угодно, от накачивания шин (например, на вашей местной заправке) до прочистки раковины дома.

Воздушные компрессоры — это свидетельство человеческой изобретательности. Важно понимать, как они работают, чтобы вы могли выбрать подходящий воздушный компрессор для своего проекта.

Как работают воздушные компрессоры

Воздушные компрессоры работают за счет нагнетания воздуха в контейнер и повышения его давления. Затем воздух проходит через отверстие в резервуаре, где нарастает давление. Думайте об этом как об открытом воздушном шаре: сжатый воздух может использоваться как энергия, поскольку он высвобождается.

Они приводятся в движение двигателем, который превращает электрическую энергию в кинетическую. Это похоже на то, как работает двигатель внутреннего сгорания, используя коленчатый вал, поршень, клапан, головку и шатун.

Отсюда сжатый воздух можно использовать для питания различных инструментов. Некоторые из наиболее популярных вариантов — гвоздезабиватели, гайковерты, шлифовальные машинки и краскораспылители.

Существуют разные типы воздушных компрессоров, и каждый из них имеет свою специализацию. Как правило, различия не такие уж и серьезные: все сводится к тому, как компрессор обрабатывает вытеснение воздуха.

Как работает каждый тип воздушного компрессора

Есть два метода сжатия воздуха: принудительное и динамическое вытеснение. У каждого метода есть несколько подкатегорий, которые мы рассмотрим ниже. Результаты относительно схожи, но процессы их достижения различаются.

Вот как работают положительное и динамическое смещение:

Объемный объем

Воздушные компрессоры прямого вытеснения нагнетают воздух в камеру, объем которой уменьшается для сжатия воздуха.

Объемный объем — это общий термин, который описывает различные воздушные компрессоры, мощность которых обеспечивается за счет объемного вытеснения воздуха. Хотя внутренние системы различаются между разными машинами, метод подачи питания одинаков.

Некоторые типы компрессоров прямого вытеснения лучше подходят для промышленных нагрузок, а другие лучше подходят для любителей или частных проектов. Вот три основных типа воздушных компрессоров, в которых используется объемный объем:

1.Винтовой поворотный

Винтовые компрессоры имеют два внутренних «винта», которые вращаются в противоположных направлениях, захватывая и сжимая между собой воздух. Два винта также создают постоянное движение при вращении.

Это распространенный тип воздушного компрессора, который является одним из самых простых в уходе. Двигатели обычно имеют промышленные размеры и отлично подходят для непрерывного использования.

2. Поворотная заслонка

Роторно-лопастные компрессоры похожи на роторно-винтовые компрессоры, но вместо винтов на роторе устанавливаются лопасти, которые вращаются внутри полости.Воздух сжимается между лопаткой и ее кожухом и затем выталкивается через другое выпускное отверстие.

Роторно-пластинчатые компрессоры

очень просты в использовании, что делает их очень популярными для частных проектов.

3. Поршневой / поршневой тип

Поршневой (возвратно-поступательный) компрессор использует поршни, управляемые коленчатым валом, для подачи газа под высоким давлением. Обычно они используются на небольших предприятиях и не предназначены для постоянного использования.

Есть два типа поршневых компрессоров: одноступенчатые и двухступенчатые.

1. Одноступенчатый

В одноступенчатых компрессорах воздух сжимается с одной стороны поршня, а другая сторона отвечает за его работу: когда поршень движется вниз, воздух всасывается, а когда он движется вверх, воздух нагнетается. сжатый.

Одноступенчатые компрессоры относительно доступны по цене по сравнению с другими компрессорами и, как правило, их легко приобрести; их можно найти практически в любом механическом магазине.

2.Двухступенчатый

Двухступенчатые компрессоры имеют две камеры сжатия по обе стороны от поршня. Компрессоры двойного действия обычно охлаждаются водой за счет постоянного потока воды через двигатель. Это обеспечивает лучшую систему охлаждения, чем другие компрессоры.

Из-за своей высокой стоимости двухступенчатые компрессоры лучше подходят для заводов и мастерских, чем для частных проектов.

Динамическое смещение

В компрессорах с динамическим рабочим объемом

используется вращающаяся лопасть, приводимая в движение двигателем для создания воздушного потока.Затем воздух ограничивается для создания давления, а кинетическая энергия сохраняется внутри компрессора.

Они в основном предназначены для крупных проектов, таких как химические заводы или производители стали, поэтому маловероятно, что вы сможете найти такой у местного механика.

Как и в случае компрессоров прямого вытеснения, существует два различных типа динамического вытеснения: осевое и центробежное.

1. Осевые компрессоры

В осевых компрессорах используется серия лопаток турбины для выработки воздуха, прогоняя его через небольшую площадь.Осевые компрессоры, похожие на другие лопаточные компрессоры, работают со стационарными лопастями, которые замедляют воздушный поток, увеличивая давление.