Stūmoklinis vidaus degimo variklis: kaip jis veikia ir kokie jo tipai?
Stūmoklinis vidaus degimo variklis yra vidaus degimo variklio tipas, kuriame yra stūmoklis, kurio užduotis yra tarpininkauti cheminės reakcijos metu susidariusios šiluminės energijos pavertimui mechaniniu variklio darbu.
Todėl pagal terminą stūmoklinis degimo variklis galime įsivaizduoti klasikinį variklį su stūmoklio judesiu atgal arba mažiau naudojamą variklį su sukamuoju stūmokliu, taigi ir Wankel variklį.
Turinys
- Stūmoklinis degimo variklis
- Varikliai su išoriniu degimu ir tiesiniu stūmoklio judėjimu
- Varikliai su vidaus degimu ir sukamuoju stūmoklio judesiu
- Varikliai su vidaus degimo ir tiesiniu stūmoklio judėjimu
- Stūmoklinis vidaus degimo variklis ir jo konstrukcija
- Vieno veleno varikliai
- Kelių velenų varikliai
- Stūmoklinių degimo variklių skirstymas pagal paskirstymo tipą
- Pagrindiniai stūmoklinio vidaus degimo variklio parametrai
Stūmoklinis degimo variklis
1. Pagal vietą, kurioje vyksta degimas:
- vidaus degimo variklis (pavyzdžiui, benzininis arba dyzelinis variklis)
- išorinio degimo variklis (pavyzdžiui, Stirlingo variklis)
2. Variklis su pertraukiamu darbo ciklu:
- dvitaktis
- keturtaktis
3. Pagal stūmoklio judėjimą:
- variklis su tiesia linija stūmoklio judesiu
- variklis su sukamuoju stūmoklio judesiu (Wankel variklis)
Tačiau norint, kad variklis būtų laikomas stūmokliniu vidaus degimo varikliu, jis turi atitikti bent vieną sąlygą pagal kiekvieną iš šių trijų punktų. Tačiau šiuo metu plačiausiai naudojamas stūmoklinio degimo variklio tipas yra keturtaktis ir dvitaktis variklis su vidaus degimu ir tiesiniu stūmoklio judėjimu atgal.
Kitų tipų stūmokliniai degimo varikliai nebenaudojami arba naudojami tik minimaliai.
Varikliai su išoriniu degimu ir tiesiniu stūmoklio judėjimu
Šio tipo varikliai yra mažiausiai naudojami tarp stūmoklinių degimo variklių. Tai Stirlingo variklis, kuris naudoja šilumą iš išorinio šaltinio, kad sukurtų energiją darbo ciklui.
Stirlingo variklis: kaip jis veikia ir kokie jo pranašumai?
Stirlingo variklis naudoja cheminę energiją, gautą deginant kurą, kad pašildytų izoliuotą darbinę medžiagą, kuri vėliau atlieka darbą variklyje. Degimas visada vyksta už variklio ribų, o izoliuota darbinė medžiaga dažniausiai yra dujos.
Varikliai su vidaus degimu ir sukamuoju stūmoklio judesiu
Šiai kategorijai priklauso Wankel variklis, kuris kartais vadinamas rotoriniu varikliu. Tai vidaus degimo variklio tipas su sukamuoju stūmokliu, kuris slėgį paverčia sukamuoju judesiu. Skirtingai nuo klasikinio stūmoklinio degimo variklio, visos Wankel variklio dalys sukasi viena kryptimi.
Wankel variklis: kaip jis veikia ir kokie jo pranašumai?
Keturių taktų ciklas: įsiurbimas, suspaudimas, degimas, išmetimas, vyksta tarp ovalo formos vidinio korpuso ir trikampio formos sukamojo stūmoklio.
Stūmokliai sukasi aplink veleną, kuris vadinamas ekscentriniu velenu ir eina per rotoriaus centrą. Apvalų stūmoklio judėjimą užtikrina didelis krumpliaratis su vidiniais dantimis, kuris yra rotoriaus (stūmoklio) centre. Nedidelė krumpliaratis, kuri sujungia rotoriaus pavarą, yra standžiai pritvirtinta prie veleno.
Variklio stūmokliai: ką jie turi atlaikyti ir kokia jų funkcija?
Tose vietose, kur besisukantis stūmoklis susikerta su vidiniu variklio dangčio apvalkalu, yra sandariklis, užtikrinantis, kad tarp rotoriaus ir korpuso susidaro trys izoliuoti tarpai. Stūmokliui besisukant šios erdvės ne tik juda sukimosi kryptimi, bet ir didėja bei mažėja tūris.
Varikliai su vidaus degimo ir tiesiniu stūmoklio judėjimu:
Stūmoklinis degimo variklis su vidaus degimu ir linijiniu stūmoklio judėjimu stūmokliu yra vienas iš labiausiai paplitusių variklių, naudojamų automobiliams, motociklams, laivams ir mažiems orlaiviams varyti.
Vidaus degimo variklis: kaip jis veikia ir kokie jo privalumai?
Todėl jis yra gausiausias ne tik stūmoklinių, bet ir visų kitų vidaus degimo variklių atstovas.
Į šią kategoriją galime įtraukti:
- dvitakčiai benzininiai varikliai (tai maži varikliai, daugiausia naudojami motociklams vairuoti)
- dvitakčiai dyzeliniai varikliai (tai varikliai, dažniausiai naudojami pramonėje, pvz., atsarginiai generatoriai elektrai gaminti)
- keturių- taktiniai benzininiai varikliai (tai įvairaus tūrio varikliai, dažniausiai naudojami automobiliams vairuoti)
- keturtakčiai dyzeliniai varikliai (tai įvairaus tūrio varikliai, dažniausiai naudojami lengviesiems automobiliams, autobusams, furgonams ar sunkvežimiams ir kitai sunkiajai technikai vairuoti )
Šio variklio veikimo principas:
Stūmoklinio degimo variklis su vidaus degimu, degindamas mišinį, cheminę energiją paverčia mechanine energija. Uždegus mišinį degimo kameroje, kuri turi būti idealiai sandari, susidaro didelis slėgis, kuris veikia variklio stūmoklį ir jį išjudina.
Stūmoklio slydimo judesys per švaistiklį perduodamas į alkūninį veleną ir taip virsta sukamuoju, kurio dėka užtikrinama automobilio ar kitos mašinos pavara.
Vienas variklio darbo ciklas susideda iš šių fazių:
- Įsiurbimas – cilindro užpildymo nauja įkrova fazė
- Suspaudimas – mišinio suspaudimo fazė
- Degimas – degimo fazė, kurios metu virsta šiluminė energija mechaniniam darbui
- Išmetimas – išmetamųjų dujų išstūmimo iš cilindro fazė
Stūmoklinis vidaus degimo variklis ir jo konstrukcija:
Stūmoklio ir vidaus degimo tiesiaeigiu judesiu stūmoklinio degimo variklius galima suskirstyti į kelias grupes pagal keletą konstrukcijos ypatybių, būtent:
Pagal aušinimo būdą:
- oru aušinamas variklis
- skysčiu aušinamas variklis
Stūmoklinius degimo variklius pagal skaičių, cilindrų ir alkūninių velenų išdėstymą skirstome į:
Vieno veleno varikliai:
Vieno veleno variklis yra stūmoklinio vidaus degimo variklio tipas, kuriame yra tik vienas alkūninis velenas. Šio tipo varikliai yra dažniausiai atstovaujami stūmoklinių degimo variklių konstrukcijoje.
Vieno veleno variklių grupę sudaro:
- vieno cilindro varikliai
- eilėje varikliai (atitinkamai vienos eilės, kurių visi cilindrai vienoje eilėje)
- dviejų eilių varikliai (šakių varikliai su V formos cilindrais, varikliai su A cilindrais arba {} varikliai )
- trijų eilių varikliai (varikliai su cilindrais iki W
- ventiliatoriaus varikliai)
- keturių eilių varikliai (varikliai su cilindrais iki X - kryžminiai varikliai)
- žvaigždučių varikliai (su cilindrais, esančiais aplink alkūninis velenas
- kelių žvaigždučių varikliai (dviejų žvaigždučių, trijų žvaigždučių ir pan.))
Pagal cilindrų skaičių kai kurie iš minėtų tipų priklauso plokščių variklių grupei.
Kelių velenų varikliai:
Kelių velenų variklis yra stūmoklinio vidaus degimo variklio tipas, kuriame yra keli alkūniniai velenai. Pagal velenų skaičių kelių velenų varikliai vadinami dviejų velenų, trijų velenų ir pan.
Alkūninis velenas: kam jis skirtas ir kaip jis įtempiamas?
Kelių velenų variklio konstrukcija leidžia realizuoti vieno stūmoklio, dviejų stūmoklių, taip pat kelių stūmoklių variklius.
Į šią grupę įeina:
- varikliai su priešingai besisukančius stūmoklius
- varikliai su lygiagrečiais cilindrais (su U formos cilindrais)
- trikampis variklis
- varikliai su Y formos cilindrais
- keturkampis variklis • varikliai su H formos cilindrais • • • daugiakampiai varikliai • •
Pagal cilindrų skaičių kai kurie iš minėtų tipų priklauso plokščių variklių grupei.
Stūmoklinių degimo variklių skirstymas pagal paskirstymo tipą:
- Variklis su kanalų paskirstymu
- Variklis su slydimo paskirstymu
- Variklis su vožtuvų paskirstymu:
- Vožtuvų paskirstymas F – su vienu vožtuvu cilindro šone, o kitu – galvutėje (pasenusi konstrukcija)
- Vožtuvų paskirstymas SV (šoninis vožtuvas) – su vožtuvu cilindro šone (pasenusi konstrukcija) Vožtuvų paskirstymas OHV (virš galvos vožtuvas) - su vožtuvais cilindro galvutėje
- OHC vožtuvo eiga (virš galvos skirstomojo veleno) - su vožtuvais ir skirstomuoju velenu cilindro galvutėje
- DOHC arba 2xOHC vožtuvų eiga - su dviem skirstomaisiais velenais cilindro galvutėje Variklis su kombinuotu paskirstymu – mišinio įvadas dažniausiai sprendžiamas kanalu, išėjimas – vožtuvu.
Būdingi stūmoklio stūmoklio judėjimo stūmoklio variklio parametrai yra šie:
- Eiga – atstumas tarp stūmoklio apačios ir viršaus centro
- Eigos tūris – degimo kameros tūrių skirtumas tarp stūmoklio apačios ir viršutinio vidurio, cm3
- Suspaudimo erdvės tūris – tūris, kuris lieka cilindre cm3, kai stūmoklis yra viršutiniame negyvajame taške
- Suspaudimo laipsnis – cilindro tūrio santykis, kai stūmoklis yra apatiniame negyvajame taške, ir tūrio, kai stūmoklis yra viršutiniame negyvajame taške
Pagrindiniai stūmoklinio vidaus degimo variklio parametrai:
Pagrindiniai stūmoklinio vidaus degimo variklio techniniai parametrai apima galią ir sukimo momentą. Nuo šių parametrų priklauso ne tik maksimalus automobilio greitis ir įsibėgėjimas, bet ir degalų sąnaudos ar galimybė įkopti į įkalnes ir panašiai.
Variklio galia nurodoma kilovatais (kW), bet ir arklio galiomis (PS, AG, ks). Sukimo momento vienetas yra niutonmetras (Nm) arba svaras pėdai (ft-lbs).