Stempelmotor

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Fig. 1: Skematisk tegning af en frem- og tilbagegående stempelmotor

I en frem- og tilbagegående motor bevirker ekspansionen af ​​en gas via en skyderkrumme mekanisk energi, der frigives eller arbejde udføres. Stempelmotorer er stempelmotorer .

Arbejdsprincip

Gasens ekspansion i en cylinder virker på et stempel , der overføres til krumtapakslen gennem en forbindelsesstang . Dette omdanner stemplets oscillerende bevægelse til en roterende bevægelse , og stemplerne kan levere arbejde til krumtapakslen via forbindelsesstængerne (fig. 1). To designs kendes:

  • I tilfælde af den stationære motor fastgøres motorhuset med cylindrene, og krumtapakslen roterer. Dette design er normen i dag.
  • I en roterende motor roterer motorhuset omkring krumtapakslen. Den kan stå stille eller også rotere og kobles til motorhuset via gear, f.eks. På Megola motorcyklen. Cylindrene drejer rundt om krumtapakslen. Krankstifterne er arrangeret excentrisk, hvilket skaber slag for de enkelte stempler i cylindrene, ligesom med den stationære motor. Tidlige flymotorer var ofte stjernedrejende motorer.

Hvis du kun overvejer bevægelsen af ​​delene i forhold til hinanden, er de to designs ikke forskellige. Cylindrene i en radialmotor er anbragt rotationssymmetrisk omkring krumtapakslen, hvilket forhindrer ubalance. Deres antal er normalt ulige i firetaktsmotorer, så tændingerne finder sted med jævne mellemrum.

Eksempler på frem- og tilbagegående motorer er:

Stempelmotorer er også klassificeret efter antal og arrangement af stempler pr. Forbrændingskammer:

  • normal stempelmotor med et stempel pr. forbrændingskammer (langt det mest almindelige)
  • Dobbeltstempelmotor med to stempler i parallelle cylindre, med fælles forbrændingskammer og koblet løftebevægelse
  • Modsat stempelmotor med to stempler, der arbejder mod hinanden og koblet slagbevægelse i den samme cylinder

De er også klassificeret i henhold til antallet og arrangementet af cylindrene:

Betingelser og betegnelser

  • Krumtapakseldrevet [1] omdanner kraften ved gasudvidelse og stemplets oscillerende bevægelse til en roterende bevægelse af krumtapakslen og styrer gasudvekslingsprocessen og om nødvendigt andre synkrone processer. Krumtapakslens drev omfatter stemplet, forbindelsesstangen og krumtapakslen.
  • Stemplet glider op og ned i cylinderen . Stempelringene forsegler ekspansionsrummet mellem stemplet og cylinderen.
  • Stemplet danner en bevægelig væg i ekspansionsrummet. Bevægelsen konverterer gasens ekspansion til mekanisk arbejde. Desuden kan stemplet i nogle designs (især totaktsmotorer ) kontrollere gasudveksling (med forbrænding som gasudveksling i det følgende).
  • I dødpunktet vender stemplet sin bevægelse. Top dead center (OT) nås, når udvidelsesrummet har den mindste volumen, som i forbrændingsmotorer også kaldes kompressionsvolumen (V C ). Det nederste dødpunkt (BDC) nås, når udvidelsesrummet har sit største volumen.
  • Forskydningen (V H ) er forskellen mellem cylindervolumen i BDC og TDC.
  • I forbrændingsmotoren omtales forholdet mellem det minimale kompressionsvolumen og det maksimale brændkammervolumen, dvs. ε = 1 + V H / V C, som det geometriske kompressionsforhold (ε). Det er normalt givet som 1: ε.
  • Designet beskriver cylindrenes placering i motorer med mere end en cylinder. Ofte anvendte designs er inline motorer , V-motorer og boxermotorer . H-motor , W-motor , stjerne , dobbeltstempel og modstående stempelmotorer findes sjældent.
  • Massekræfter opstår fra bevægelsen af ​​krumtapmekanismen på hver cylinder. Årsagen er stemplets oscillerende bevægelse, modvægternes roterende bevægelse på krumtapakslen og den komplekse overlejring af begge komponenter i forbindelsesstangen.
  • Motorens vibrationer kan reduceres ved at afbalancere inertikræfter. Kompensation kan opnås ved hjælp af balanceaksler . Disse roterer med samme eller fordobling af krumtapakslen (f.eks. Lanchester -kompensation [2] ). Der findes også systemer med kompensationsstænger [3] (f.eks. BMW F800 ).
  • Massemomenter opstår også omkring hele motorens tyngdepunkt. Ved hjælp af et passende antal og arrangement af cylindrene kan inertimomenter elimineres.
  • Krumtapvinklen måles på krumtapakslens krumtap og tælles i retning af krumtapakslens rotation. I Otto -motorer er tændingspunktet (tændingsvinkel) relateret til krumtapvinklen, negative vinkler er ofte specificeret som "φ grader før TDC". Med firetaktsmotoren fortsættes tællingen lejlighedsvis over alle arbejdscyklusser (2 krumtapakselomdrejninger), så krumtapvinklen kan være mellem 0 og 720 °.
  • Torsionsvibrationer opstår ved den periodiske excitation af gasstyrkerne. De skaber uregelmæssig hastighed og drejningsmoment på krumtapakslen.
  • Tændingssekvensen for en forbrændingsmotor (også kaldet denne for dieselmotorer) angiver forbrændingssekvensen i flercylindrede motorer. Som regel skal man sørge for, at tændingerne finder sted med samme intervaller i forhold til krumtapakslens rotationsvinkel for at reducere torsionsvibrationer.
  • Svinghjulet tjener også til at begrænse torsionsvibrationer og som et mellemlager for energien til gasudveksling og gaskomprimering før forbrænding.
  • Gasudvekslingen styres af ventiler (firetakts og nogle totakts store motorer), rotationsskred [4] (totakts, sjældent firetakts), lamellære eller snifferventiler [5] (totakts) eller slots (især totakts- og Wankel-motorer).

Massekræfter

Som et resultat af slaget bevægelse af stemplerne og plejlstænger, samt den uensartede transmission adfærd den krumtapdrevet , inertikræfter forekomme, der understøttes i motorens lejer og forårsage omkringliggende strukturer til at vibrere .

Træghedskræfterne for de lineært bevægelige dele af krumtapdrevet (oscillerende masser) kan omtrentligt beregnes ved hjælp af følgende formel:

med

: Oscillerende inertial kraft
: Oscillerende masse
: Crank radius
: Krumtapakslens vinkelhastighed
: Håndvinkel
: Længde på forbindelsesstang
: Tid siden det øverste dødpunkt blev passeret

Da udtrykket i parentes er de to første medlemmer af en serieudvidelse , betegner det ene som inertialkraft af første orden, som anden orden inertiskraft.

Teoretisk er der ikke kun 1. og 2. orden, men et uendeligt antal heltalsordrer, som dog for det meste er ubetydelige fra 4. orden på grund af deres lille størrelse.

Massebalancering

Fig. 2: Lanchester -kompensation

Krumtappedrevets roterende masser kan afbalanceres med modvægte på krumtapakslen. Oscillerende inertikræfter af 1. og 2. orden kan undgås eller reduceres i flercylindrede motorer ved et smart arrangement af cylindrene. For fuldt ud at kompensere for disse inertikræfter kræves der mindst seks cylindre til en firetakts inline-motor eller otte cylindre til en V-motor . I motorer med færre cylindre bruges ofte balanceaksler , hvor de tilsvarende balanceringsubalancer roterer ved enkelt eller dobbelt krumtapakselhastighed ( f.eks. Lanchester balancer (fig. 2)).

En anden måde at opnå en perfekt massebalance (og ikke kun cirka) er at bruge to moddrejende krumtapaksler, som det er tilfældet med f.eks. H-motoren .

bord

Antal cylindre 1. orden frie kræfter 2. orden frie kræfter 1. orden gratis øjeblikke 2. orden gratis øjeblikke Fyringsintervaller for firetaktsmotorer
1 2 3 - - 720 °
2 række [6] (180 °) 0 2 2 0 180 ° / 540 °
2 tvillinger (360 °) 2 3 0 0 360 °
2 (V 90 °) 1 3 - - 270 ° / 450 °
2 (V 60 °) 2 3 - - 300 ° / 420 °
2 (bokser) 0 0 2 3 360 °
3 (række 120 °) 0 0 2 3 240 °
4 (række) 0 3 0 0 180 ° / 180 ° eller 270 ° / 90 °
4 (V 90 °) 1 0 3 2 0 90 ° / 270 °
4 (Boxer 180 °) 0 0 0 2 180 ° / 180 °
5 (række) 0 0 2 2 144 ° / 144 °
6 (række) 0 0 0 0 120 ° / 120 °
6 (V 90 °) 1 0 0 3 3 150 ° / 90 ° eller 120 ° / 120 ° (håndsvingstang forskudt med 30 °)
6 (V 60 °) [6] 1 0 0 3 3 120 ° / 120 ° (crank pin forskydes med 60 °)
6 (bokser 120 °) 0 0 1 2 120 ° / 120 °
8 (V 90 °) 0 0 1 0 90 ° / 90 ° /
12 (V 60 °) 0 0 0 0 60 ° / 60 °

Forklaring: 0 = fuldstændig afbalanceret 1 = fuldt afbalanceret 2 = delvist afbalanceret 3 = ikke afbalanceret [7] [8]

1 Fire- og sekscylindrede V-motorer (undtagen racermotorer) er normalt designet med forskudte krumtapstifter, så tændingsintervallerne er de samme.

Ujævne bevægelsessekvenser

Rotationsuregelmæssighed

Da frem- og tilbagegående stempelmotorer ikke kører kontinuerligt som møller , men gennemgår en proces opdelt i forskellige cyklusser, er der en hastighed og momentpulseringkrumtapakslen, der svinger omkring en stabil middelværdi (fig. 3).

Fig. 3: Momentpulsering og rotationsuregelmæssighed

Torsionsuregelmæssighedens form bestemmes af antallet af cylindre, trykkurven i cylinderen, geometrien og motorkomponenternes masse samt arbejdsprocessen (f.eks. Totakts- eller firetaktsproces ) og drift punkt (belastning / hastighed) på motoren. Kraftudtaget z. B. en knastaksel og det sekundære drev af hjælpeenheder kan også have indflydelse.

Denne såkaldte rotationsuregelmæssighed er årsag til vridningsvibrationer i nedstrøms drivlinje , som ofte fører til ubehagelige motorlyde . For at reducere dette, dual masse svinghjul eller vridningsvibrationerne absorbere eller spjæld anvendes. En konverter gearkasse dæmper også stødene.

Stempelslag og kompression

Den leddelte ledestangsteknologi og andre metoder til at opnå et variabelt krumtapdrev bør blandt andet styre kompressionsforholdet og kursen.

litteratur

  • Richard van Basshuysen; Fred Schäfer: Håndbog Forbrændingsmotor Basics, Components, Systems, Perspectives . Wiesbaden: Vieweg, 3. udgave 2005, ISBN 3-528-23933-6 .
  • Eduard Köhler: Forbrændingsmotorer. Motormekanik, beregning og design af stempelmotoren. Wiesbaden: Vieweg, 3. udgave 2002, ISBN 3-528-23108-4 .

Weblinks

Individuelle beviser

  1. Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (red.), " Handbook Internal Combustion Engine ", afsnit 6.1 " Crank Drive ", 8. udgave 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
  2. Eduard Koehler; Rudolf Flierl, “ Forbrændingsmotorer ”, afsnit 5.2.1.3.1 “ Kompensation af inertialkræfter gennem balanceaksler; Muligheder og applikationer ”, 6. udgave 2011, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2011, ISBN 978-3-8348-1486-9 .
  3. Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (red.), " Handbuch forbrændingsmotor ", afsnit 8.3.1.2 " To- cylindrede motorer", 8. udgave 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
  4. Richard van Basshuysen; Fred Schäfer (red.), "Handbuch forbrændingsmotor", afsnit 10.1 "Gas Exchange-enheder i firetaktsmotorer", 8. udgave 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
  5. Richard van Basshuysen; Fred Schafer (red.), "Håndbogsmotor", afsnit 10.3.2 "gasudvekslingsorganer", 8. udgave 2017, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ISBN 978-3-658-10901-1 .
  6. a b Braess, Seiffert (red.): Vieweg Handbook Motor Vehicle Technology . 6. udgave. Vieweg + Teubner. Wiesbaden. 2012. ISBN 9783834882981 . S. 165 ff.
  7. Helmut Werner Bönsch: Introduktion til motorcykel teknologi. 3. Udgave. Motorbuch-Verlag Stuttgart 1981, ISBN 3-87943-571-5 ., S. 191.
  8. ^ Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 28. udgave, maj 2014. ISBN 978-3-658-03800-7 , s. 452.