Sisemine mootor: tüübid, seade, eelised ja puudused

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-02-19 14:40

Reas olev sisepõlemismootor on üks lihtsamaid mootoreid. Neid üksusi nimetatakse sellisteks, kuna silindrid on paigutatud järjestikku. Kolvid panevad ühe väntvõlli pöörlema, kui mootor töötab. Reamootor oli üks esimesi, mis autodele paigaldati. Need projekteeriti ja ehitati autotööstuse koidikul.

Kuidas see kõik alguse sai?

Kaasaegse reas-sisepõlemismootori esivanem oli ühesilindriline mootor. Projekteeris ja ehitas Etienne Lenoir 1860. aastal. On üldtunnustatud, et see nii on, kuigi sellele mootorile üritati patenti saada juba enne Lenoiri. Kuid just selle arendus on võimalikult sarnane nende konstruktsioonidega, mis on praegu paigaldatud enamiku soodsate seeriaautode kapoti alla.

Mootoril oli ainult üks silinder ja selle võimsus oli 1,23 hobujõudu, mis oli sel ajal tohutu. Võrdluseks, tänapäevasel "Oka" 1111-l on kaks silindrit ja selle võimsus on 30–53 hobujõudu.

Suurem ja võimsam

Lenoiri idee osutus geniaalseks. Paljud insenerid ja leiutajadkulutas aastaid ja vaeva, püüdes mootorit nii palju kui võimalik täiustada (muidugi tol ajal eksisteerinud tehniliste võimaluste tasemel). Põhirõhk pandi võimsuse suurendamisele.

Alguses keskenduti ühele silindrile – selle suurust üritati suurendada. Siis tundus kõigile, et suurust suurendades saate jõudu juurde. Ja mahu suurendamine oli siis kõige lihtsam. Kuid ühest silindrist ei piisanud. Ülejäänud detaile – keps, kolb, plokk – pidin kõvasti suurendama.

Kõik need mootorid osutusid väga ebastabiilseteks, neil oli suur mass. Sellise mootori töötamise ajal oli segu süütetsüklite vahel tohutu ajaline erinevus. Sõna otseses mõttes iga detail sellises seadmes põrises ja värises, mis sundis insenere lahendust mõtlema. Ja nad varustasid süsteemi tasakaalustajaga.

Tupiktee

Varsti sai kõigile selgeks, et uurimistöö oli jõudnud ummikusse. Lenoiri mootor ei saanud normaalselt ja õigesti töötada, kuna võimsuse, kaalu ja suuruse suhe oli kohutav. Silindri mahu taastamiseks oli vaja palju lisaenergiat. Paljud hakkasid mootori loomise ideed kokkuvarisemiseks pidama. Ja inimesed sõidaksid ikka hobuste ja vankritega, kui mitte üks tehniline lahendus.

Disainerid hakkasid mõistma, et väntvõlli on võimalik pöörata mitte ainult ühe kolviga, vaid ka mitme korraga. Lihtsaim oli reasmootori valmistamine – nad lisasid veel paar silindrit.

Maailm võis näha esimest neljasilindrilist seadet 19. sajandi lõpus. Selle võimsust on võimatu võrrelda kaasaegse mootoriga. Tõhususe poolest oli see aga kõrgem kui kõik teised eelkäijad. Võimsust suurendati tänu suurenenud töömahule ehk silindrite lisamisele. Üsna kiiresti suutsid erinevate ettevõtete spetsialistid luua mitmesilindrilisi kuni 12-silindrilisi mootoreid.

Tööpõhimõte

Kuidas ICE töötab? Peale selle, et igal mootoril on erinev arv silindreid, töötab kuue või nelja silindriga reasmootor samamoodi. Põhimõte põhineb mis tahes sisepõlemismootori traditsioonilistel omadustel.

Kõik ploki silindrid on paigutatud ühte ritta. Kütuse põlemisenergia tõttu kolbidega käitatav väntvõll on silinder-kolb rühma kõigi osade jaoks ainus. Sama kehtib ka silindripea kohta. See on kõigi silindrite jaoks ainus. Kõigist olemasolevatest reamootoritest saab eristada tasakaalustatud ja tasakaalustamata konstruktsioone. Allpool kaalume mõlemat võimalust.

Saldo

See on oluline väntvõlli keeruka konstruktsiooni tõttu. Tasakaalustamise vajadus sõltub silindrite arvust. Mida rohkem neid konkreetses ICE-s, seda suurem peaks olema tasakaal.

Tasakaalustamata mootor saab olla ainult selline, kus silindreid ei ole rohkem kui neli. Vastasel juhul ilmnevad töö ajal vibratsioonid, mille jõud võib väntvõlli hävitada. Isegi odavad kuuesilindrilised mootoridkoos tasakaalustajaga on parem kui kallid reasneljad ilma tasakaalustusvõllideta. Nii et tasakaalu parandamiseks võib nelja kolviga reasmootori puhul mõnikord olla vaja paigaldada ka pidurdusvõllid.

Mootori asend

Traditsioonilised neljasilindrilised agregaadid paigaldatakse tavaliselt auto kapoti alla piki- või põikisuunas. Kuid kuuesilindrilist seadet saab paigaldada ainult pikisuunas ja mitte midagi enamat (välja arvatud mõned Volvo mudelid ja Chevrolet Epica autod).

Omad omadused on ka reas-sisepõlemismootoril, millel on väntvõlli suhtes asümmeetriline disain. Sageli on võll valmistatud kompenseerivate valanditega – need valandid peavad summutama kolvisüsteemi tööst tulenevat inertsjõudu.

Inline-six on täna juba vähem populaarsust kogunud – põhjuseks on märkimisväärne kütusekulu ja suured gabariidid. Kuid isegi vaatamata pikale silindriplokile on mootor ideaalselt tasakaalustatud.

Seadme eelised ja puudused

Mõnede nüansside kõrval on reas sisepõlemismootoritel samad eelised ja samad puudused nagu enamikul V-mootoritel ja muu konstruktsiooniga mootoritel. Neljasilindriline mootor on kõige levinum, kõige lihtsam ja töökindlam. Mass on suhteliselt kerge, remondikulud suhteliselt madalad. Ainsaks puuduseks on tasakaaluvõllide puudumine disainis. See on parim sisepõlemismootor kaasaegsetele, isegi keskklassi autodele. On ka väikese töömahuga reasmootoreid vähemagasilindrite arv. Näiteks kahesilindriline ökonoomne SeAZ Oka 1111.

Kuusilindrilistel agregaatidel on ideaalne tasakaal ja siin kompenseeritakse "nelja" puudumine. Kuid tasakaalu eest tuleb maksta oma hinda. Seetõttu, vaatamata "neljaga" võrreldes oluliselt parematele omadustele, on need sisepõlemismootorid, mille silindrid on mootoris reas, vähem levinud. Väntvõll on pikk, tootmiskulud üsna kõrged ja mõõtmed suhteliselt suured.

Tehniline piirang

Praegu pole 19. sajand, kuid tänapäevased jõuallikad on tehnilisest täiuslikkusest veel kaugel. Ja siin ei aita isegi kaasaegsed turbiinid ja kõrge oktaanarvuga kütus. Sisepõlemismootori kasutegur on umbes 20% ja kogu muu energia kulub hõõrdumisele, inertsile ja detonatsioonile. Ainult viiendik bensiinist või diislikütusest läheb kasulikule tööle.

Mootorite põhiomadused on juba välja töötatud suurima efektiivsusega. Samas on põlemiskambrid ja kolvigrupp oluliselt väiksemate mahtude ja mõõtmetega. Tänu kompaktsele suurusele on osadel väiksem inerts – see vähendab detonatsioonist tingitud kahjustuste tõenäosust.

Kompaktsete kolbide disainifunktsioonid toovad kaasa teatud piirangud. Suure surveastmega väheneb väiksuse tõttu kolvi rõhu ülekandmine ühendusvardale. Kui kolvid on suurema läbimõõduga, siis on tohutu keerukuse tõttu võimatu täpset tasakaalustatud tööd saada. Isegi kaasaegsel BMW mootoril on need olemaspuudusi, kuigi selle töötasid välja Saksa insenerid.

Järeldus

Kahjuks on mootoriehitus jõudnud tehnoloogilise piirini. On ebatõenäoline, et teadlased teevad sisepõlemismootoriga tõsiseid tehnilisi avastusi ja saavutavad suurema efektiivsuse. Loodame, et elektrisõidukite ajastu saabub.