Вакуумный двигатель принцип работы будущее применения в автомобилях

Вакуумный двигатель — Vacuum engine

Вакуумный двигатель (называемый также пламенно-Licker двигателем, пламенно-двигателем, пламенно-танцор ) получает свою силу от давления воздуха против одной стороны поршня, который имеет частичный вакуум на другой стороне его. В начале хода клапана в головке цилиндра открывается и впускает заряд горючего газа и воздуха, который улавливается закрытием клапана и расширяется. Ближе к концу хода заряд входит в контакт с охлаждаемой водой или воздухом частью цилиндра и охлаждается, вызывая внезапное падение давления, достаточное для всасывания поршня, который открыт в сторону кривошипа, обратно на обратном пути. инсульт. Клапан открывается снова вовремя, чтобы поршень вытеснил сгоревшие газы до того, как начнется следующий ход.

Содержание

История

Некоторые ранние газовые двигатели работали по принципу «вакуума» или «атмосферы» аналогично паровому двигателю Ньюкомена . Смесь газа и воздуха была втянута в цилиндр и воспламенена; смесь расширилась и часть ее улетела через выпускной клапан; затем клапан закрывается, смесь охлаждается и сжимается, и атмосферное давление толкает поршень внутрь. Такие двигатели были очень неэффективны и были заменены двигателями, работающими по циклу Отто .

Вакуумный мотор

В вакуумном двигателе частичный вакуум создается внешним насосом. Эти двигатели обычно использовался для питания железнодорожных вертушки в Великобритании , с использованием вакуума , созданный паровозом «s вакуумного тормозного эжектором . Принцип работы похож на паровой двигатель — в обоих случаях мощность извлекается из разницы давлений.

Небольшие вакуумные двигатели также использовались для управления дворниками в автомобилях . В этом случае двигатели питались от коллекторного вакуума . Такое расположение было не очень удовлетворительным, потому что, если бы дроссельная заслонка была широко открыта, дворники замедлились бы или даже остановились. В современных автомобилях используются дворники с электроприводом. В современных автомобилях по-прежнему используется своего рода вакуумный двигатель, но вакуумный сервопривод . Тормоза приводятся в действие гидравлической системой, но они используют «вакуумный двигатель» для усиления силы, создаваемой водителем. Небольшие вакуумные двигатели также использовались с конца 1960-х годов для управления сервомеханизмами, такими как дверные замки, органы управления обогревателем или подвижные вентиляционные заслонки капота.

Можно сказать, что глобальная промышленная революция возникла из-за «вакуумного двигателя», потому что все первые паровые двигатели, особенно новаторские двигатели Бултона и Ватта, работали с паром почти атмосферного давления. Вы можете легко создать демонстрационный вакуумный двигатель, используя маховик, простые детали водопровода и несколько других простых компонентов, как показывает Нил Дауни в справочнике.

Вакуумная система может использоваться для передачи энергии, хотя максимальная мощность, которая может быть передана на вакуумный двигатель, меньше, чем у обычной пневматики. Как показывает Дауни, оптимальное давление для работы вакуумной системы передачи энергии составляет около 0,4 бара (8 фунтов на кв. Дюйм). Хотя он менее эффективен, чем пневматика, он может быть вполне работоспособным. Например, труба диаметром 22 мм (7/8 дюйма) в вакууме может передавать столько же мощности при давлении 0,4 бара (8 фунтов на кв. Дюйм), сколько труба 6 мм (1/4 дюйма) при давлении 8 бар (100 фунтов на кв. Дюйм). Система достаточно эффективна, чтобы Боултон и Ватт использовали вакуумную передачу энергии на своем заводе. Заводскую вакуумную магистраль они назвали «спиртовой трубкой».

Идеальный термодинамический процесс

В отличие от идеального двигателя с циклом Отто , вакуумный двигатель полагается на постоянный источник тепла, обеспечиваемый сжиганием топлива. Как упоминалось выше, клапан позволяет впускать тепло в камеру поршня. Оценка тепла в или Qin является постоянной величиной в пространстве контролируемого объема, уравнение идеального газа PV = nRT подразумевает увеличение давления в поршневой камере. После закрытия клапана поршень претерпевает адиабатический процесс во время хода вниз. Как только поршень достигает нижней точки своего хода, камера охлаждается либо окружающим воздухом, либо водой, и в результате Qout заставляет давление в поршне уменьшаться. Затем система подвергается еще одному адиабатическому сжатию газа в камере, которое впоследствии выпускается клапаном в верхней части хода цилиндра, одновременно позволяя новому нагретому газу войти в камеру.

Одна из основных проблем, с которой столкнулся этот движок при разработке, заключалась в том, что эффективность этой модели была крайне низкой в ​​реальных приложениях. Поскольку источник тепла не ограничен определенной областью, только небольшая часть потенциального топлива потребляется для питания двигателя. Поскольку КПД двигателя определяется соотношением между объемом проделанной работы и потенциальной энергией в потребляемом топливе, можно видеть, что в вакуумном двигателе только небольшое количество горящего топлива используется для приведения в действие двигателя. Остальная энергия топлива теряется в окружающей атмосфере.

Читайте также:  Долгий запуск двигателя ваз 2170

Источник

Вакуумный двигатель принцип работы будущее применения в автомобилях

авиамоделизм — мир увлеченных

Главная > Интересное из мира авиации, космонавтики и авиамоделизма.

Вакуумный двигатель — будущее космонавтики

Одна из задач космонавтики – познание законов самодвижения материи во Вселенной и практическое их использование. Но современную технику, основанную на принципах реактивного движения тел за счет отброса части своей массы, значительно ограничивает низкий КПД выведения. Есть ли выход из этого тупика?

КПД реактивных средств выведения составляет в лучшем случае около пяти процентов, а космический полет из-за малой скорости движения по инерции (

Другие новости:

Самолетный двигатель, работающий за счет небольших термоядерных взрывов, на бумаге спроектировали инженеры Boeing. Насколько реальна подобная разработка и какие термоядерные устройства существуют в ми. [ читать дальше ]

«Объединенная приборостроительная корпорация» начала разработку системы связи для перспективного авиационного комплекса дальней авиации (ПАК ДА) полностью на российской элементной базе, говорится в со. [ читать дальше ]

Состоялся первый полет электрического самолета через пролив Ла-Манш, сообщает агентство Ассошиэйтед Пресс.Самолетом управлял французский пилот Юг Дюваль (Hugues Duval). Двухмоторный одноместны. [ читать дальше ]

Источник

ТУРБОНАДДУВ (ТУРБИНА) ДВИГАТЕЛЯ: ВИДЫ, КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

Добрый день, сегодня мы узнаем, что такое турбонаддув (турбина) двигателя внутреннего сгорания, каков принцип работы, конструкция, а также, какими плюсами и минусами обладают системы наддува мотора. Кроме того, в статье мы выясним, какие существуют виды систем наддува двигателя и, чем они отличаются. В заключении мы наглядно рассмотрим типовую схему функционирования турбонаддува силового агрегата.

Как мы знаем, мощность двигателя зависит от количества воздуха и смешанного с ним топлива, которое может быть доставлено в мотор. Если мы хотим увеличить мощность двигателя, необходимо увеличить как количество подаваемого воздуха, так и топлива. Подача большего количества топлива не имеет никакого эффекта до тех пор, пока не будет необходимого для его сгорания количество воздуха, иначе образуется избыток не сгоревшего топлива, что приводит к перегреву двигателя и повышенной непрозрачности или дымности от отработанных выхлопных газов, причем также, как это происходит при масложоре.

1. ОСОБЕННОСТИ И КОМПОНЕНТЫ ТУРБОНАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ

Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто путем увеличения либо его рабочего объема, либо частоты вращения коленчатого вала. Увеличение смещения увеличивает вес, размеры двигателя и, в конечном счете, его стоимость. Увеличение частоты вращения коленчатого вала проблематично из-за возникших технических проблем, особенно для двигателей с большим объемом.

Технически приемлемым решением проблемы увеличения мощности является использование нагнетателя (компрессора). Это означает, что поступающий в двигатель воздух сжимается перед входом в камеру сгорания. Другими словами, компрессор обеспечивает подачу необходимого количества воздуха, достаточного для полного сгорания увеличенной дозы топлива. Следовательно, при предыдущем рабочем объеме и той же частоте вращения коленчатого вала мы получаем больше мощности.

Существует две основные системы наддува: с механическим приводом, которая отражена ниже на изображении “A” и просто “турбо”, отражена на рисунке “B” (использующие энергию отработавших газов). Кроме того, существуют также комбинированные системы, например, турбо компаундная, отображена на рисунке “в”. Ниже на фото наглядно продемонстрированы вышеописанные системы наддува двигателя.

В случае компрессора с механическим приводом необходимое давление воздуха получают благодаря механической связи между коленчатым валом двигателя и компрессором. Давление воздуха турбокомпрессора достигается за счет вращения потока выхлопных газов турбины. Турбокомпрессор состоит из двух турбин впрыска и привод, соединенный с валом. Вал установлен на двух подшипниках, которые постоянно подается масло, оказывающие охлаждающее и смазочную поддержку.

Обе турбины вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они ускоряются до высокой скорости (около 10 000 оборотов в минуту) и соприкасаются с лопастным приводным колесом, и преобразуют свою кинетическую энергию в механическую вращательную энергию (крутящий момент). С такой же скоростью и давлением вращается колесо турбины, которое подает сжатый воздух в двигатель. Разрядное колесо сконструировано таким образом, что уже при небольшом расходе выхлопных газов достигается достаточное давление нагнетаемого воздуха. При полной нагрузке двигатель достигает максимального избыточного давления (от 1,1 до 1,6 атмосфер); при этом обороты двигателя составляют около 2000 оборотов в минуту и остаются постоянными при дальнейшем наборе частоты вращения до максимальной.

Между двигателем и турбокомпрессором имеется соединение только через поток выхлопных газов. Частота вращения турбины напрямую не зависит от скорости вращения коленчатого вала двигателя и характеризуется некоторой инерцией, то есть увеличением подачи топлива, увеличением энергии выхлопного потока, а затем увеличением частоты вращения турбины и напором разряда, а мотор, следовательно, получает больше воздуха в цилиндры, что позволяет увеличить подачу топлива. Ниже на фото продемонстрирована схема типового турбокомпрессора и его основных элементов.

Основные компоненты турбокомпрессора: 1 – трубопровод для подачи сжатого воздуха от турбины к диафрагме; 2 – нагнетательное колесо турбины; 3 – корпус нагнетательного колеса; 4 – промежуточный корпус; 5 – сбрасывающий клапан; 6 – диафрагма; 7 – пружина; 8 – диафрагменная камера; 9 – приводное колесо; 10 – корпус турбонагнетателя; 11, 12 – опоры; А – подача воздуха от воздушного фильтра; B – подача воздуха к впускным клапаном; C – обводной канал сбрасывающего клапана для ограничения давления нагнетания; D – подача отработавших газов от двигателя; E – подача отработавших газов к выпускной системе; H – подача смазки; J – отвод смазки; K – подача сжатого воздуха для открытия сбрасывающего клапана.

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ СИСТЕМ ТУРБОНАДДУВА

Для предотвращения нарастания давления более, чем необходимо на высоких оборотах двигателя, в компрессоре находится специальное устройство, состоящее из разгрузочного клапана и диафрагмы с пружиной, которое обеспечивает контроль давления и оборотов мотора. Полость перед мембраной связана с давлением поступающего воздуха через трубопровод. С увеличением давления, которое происходит с нарастанием частоты вращения коленчатого вала, диафрагма сгибается, сжимая пружину опуская и открывая клапан. Выхлопные газы таким образом проходят через дополнительный обводной канал с тем, чтобы снизить скорость вращения приводного колеса турбины, а значит и разгрузочного колеса. Повышение давления становится постоянным.

Для двигателей, работающих в широком диапазоне скоростей (например, в легковом автомобиле), высокое давление наддува желательно даже на низких оборотах. Поэтому будущее принадлежит турбокомпрессорам с регулируемым давлением. Небольшой диаметр современных турбин и специальные сечения газовых каналов способствуют уменьшению инерционности, то есть турбина очень быстро разгоняется, и давление воздуха очень быстро достигает требуемого показателя.

Для удовлетворения все возрастающих требований, которые необходимы для автомобильной техники в областях потребления топлива, выбросов выхлопных газов и шума, сегодня проектируются и разрабатываются электронные системы контроля за наддувом.

На первом этапе, исходя из определенного количества параметров, таких как температура охлаждающей жидкости, масла, впускной воздух и выхлопные газы происходит анализ состояния двигателя. Кроме того, измеряются обороты двигателя, положение педали акселератора и другие параметры. Все эти данные анализируются компьютером и используются для определения оптимума в условиях давления наддува на мотор.

На втором этапе значение давления передается исполнительным устройствам, контролирующим этот показатель во впускной системе. При определении этого давления также учитываются критические условия работы двигателя, в частности, детонация. Акустические датчики позволяют определить даже самовозгорание в системах мотора. Давление наддува в этом случае уменьшается. Эта операция повторяется до тех пор, пока детонация не исчезнет. Когда детонация остановится, давление наддува снова возрастет до исходного значения. Компьютер также определяет идеальное давление наддува в случае повторяющейся детонации, возникающей, например, из-за использования некачественного топлива.

Электромагнитный клапан получает электрический сигнал, который определяет время его открытия, и работает, соответственно, как специальный регулятор турбины. Таким образом, мембрана действует не на все давление наддува, а только на ее небольшую часть. Данный момент зависит от положения электромагнитного клапана.

При нажатии на педаль акселератора компьютер выдает команду закрыть клапан и все выхлопные газы заходят в турбину, вызывая повышение давления наддува и мотор развивает значительную мощность, что делает возможным быстро ускориться автомобилю. После достижения желаемой скорости сбрасывающий клапан открывается, и давление наддува становится стандартным. Ниже на фото продемонстрирована принципиальная схема электронного управления турбонаддувом.

Вариантом системы наддува для двигателей легковых автомобилей является волновой нагнетатель воздуха, также известный, как Comprex. Двигатель, управляемый через зубчатый ремень, делится на секции, ротор вращается в цилиндрическом корпусе с торцами прорезных окон для прохождения свежего воздуха и выхода выхлопных газов. Система окон и полостей выполнена особым образом, что позволяет волнам давления выхлопного потока преобразовать под давлением поток свежего воздуха. Ниже на изображении наглядно отображен волновой нагнетатель системы турбонаддува.

Основные элементы волнового нагнетателя системы наддува двигателя: 1 – поток свежего воздуха под высоким давлением; 2 – зубчатый ремень; 3 – поток свежего воздуха под низким давлением; 4 – поршень двигателя; 5 – поток отработавших газов под высоким давлением; 6 – поток отработавших газов под низким давлением; 7 – ротор; 8 – щелевые окна.

Существенным достоинством волнового нагнетателя является непосредственный газодинамический энергообмен между отработавшими газами и свежим воздухом без участия каких-либо промежуточных механизмов. Такой энергообмен происходит со звуковой и сверхзвуковой скоростью. Волновой обменник, как и механический нагнетатель, автоматически реагирует на изменения нагрузки изменением давления наддува. При постоянном передаточном отношении между двигателем и волновым нагнетателем, энергооб­мен оптимален только для одного рабочего режима.

Для устранения вышеописанного недостатка, на торцах корпуса имеется ряд воздушных «карманов» разной формы и размера, благодаря которым диапазон оптимальной работы нагнетателя расширяется. Кроме того, это позволяет достичь благоприят­ного протекания кривой крутящего момента, чего невозможно добиться при помощи других методов наддува.

Нагнетатель волнового типа по сравнению с другими устройствами наддува требует много места для ременной передачи и систем трубопроводов. Это усложняет возможность его установки в подкапотном пространстве автомобиля. Однако для дизельных двигателей используется турбонаддув с изменяемой геометрией турбины, который позволяет ограничить поток выхлопных газов через турбину при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Ниже на изображение наглядно продемонстрирован принцип работы волнового турбонаддува.

Основные фазы и компоненты участвующие в работе волнового наддува двигателя: а – положение направляющих лопаток при высокой скорости потока отработавших газов; б – положение направляющих лопаток при низкой скорости потока отработавших газов; 1 – крыльчатка турбины; 2 – управляющее кольцо; 3 – подвижные направляющие лопатки соплового аппарата; 4 – управляющий рычаг; 5 – управляющий пневматический цилиндр; 6 – поток отработавших газов.

Подвижные направляющие лопатки соплового типа изменяют сечение каналов, через которые отработанные газы устремляются на крыльчатку турбины. Они соприкасаются в турбине и происходит выброс газа под давлением с желаемым повышающим коэффициентом. При низкой нагрузке двигателя подвижные лопасти открывают небольшое поперечное сечение каналов, так что повышается давление выхлопа назад. Поток газов в турбине развивается на высокой скорости, обеспечивая высокую скорость вала нагнетателя. Поток выхлопных газов действует на более удаленную от оси вала область лопаток крыльчатки турбины.

Таким образом, имеется большая моментная нагрузка на рукоятку, которая увеличивает крутящий момент. При высокой нагрузке направляющие лопатки открывают большее поперечное сечение каналов, что снижает скорость течения потока выхлопных газов. В результате этого турбо нагнетатель при равном количестве выхлопных газов меньше ускоряется и работает с меньшей частотой при большем количестве газов. Этот метод ограничивает давление наддува. Поворачивая кольцо управления, он изменяет угол наклона лопастей, которое устанавливаются под определенным углом либо непосредственно отдельным рычагом управления, установленным на лопастях, или при помощи поворотных камер.

В свою очередь поворотное кольцо осуществляет управление пневматическим цилиндром под действием вакуума или давления воздуха и в качестве альтернативы, с помощью положения обратной связи двигателя лопастей (датчика положения) их открывает. Открытый нагнетатель с изменением геометрии находится в определенном положении и поэтому безопасен, то есть в случае отказа управления ни он, ни двигатель не повреждаются. Однако могут возникать потери, но только от производительности и при низких частотах вращения коленчатого вала.

В заключении отметим, что турбонаддув — это определенный тип наддува, при помощи которого воздух в рабочую область цилиндров нагнетается под сильным давлением за счет использования энергии отработанных газов. Турбонаддув используется на бензиновых и дизельных двигателях. Наиболее эффективен в сочетании с дизельным мотором вследствие высокой степени сжатия газов в двигателе и довольно невысокой частоты вращения вала коленчатого типа. Однако сдерживающими факторами использования и применения систем наддува двигателей на бензиновых моторах являются моменты, связанные с наступлениями детонаций, которые возникают в связи с резким повышением частоты вращения двс. Кроме того, при работе на высоких температурах с отработанными газами может происходить сильный перегрев системы наддува мотора, что в свою очередь приводит к выходу из строя самой турбины автомобиля.

Источник

Adblock
detector