Принцип работы атмосферного двигателя: Атмосферный двигатель: что это такое, чем отличается от турбированного

Атмосферный двигатель. Определение. Плюсы и минусы.

Что такое атмосферный двигатель

Не всем владельцам авто понятно, что значит атмосферный двигатель автомобиля. Это бензиновые моторы классической конструкции, которые нагнетают воздух из окружающего пространства при помощи поршней карбюратора. При равномерном смешивании кислорода с распыленными частицами бензина образуются топливные смеси. Они используются для сжигания в камере сгорания бензинового двигателя.

Принцип действия атмосферного двигателя:

• Всасывание воздуха из атмосферы.
• Смешивание с бензиновыми парами в пропорции: бензин – 1 часть, кислород – 14.
• Подача смеси в камеру сгорания.
• Расширение объема.
• Давление на поршень.
• Передача вращения на коленчатый вал.

Эффект засасывания воздушных масс возникает, благодаря созданию разряженной атмосферы в полости впускного коллектора.

Принцип работы

Основной принцип любых двигателей внутреннего сгорания заключается в воспламенении топлива в специальных камерах, благодаря чему в действие приводятся поршни, а далее и последующие узлы автомобиля. В качестве воспламеняющейся жидкости зачастую выступает бензин разнообразных марок либо дизель, но под топливом также стоит понимать и смесь бензина либо дизеля с воздухом. Это является главным условием воспламенения в моторе, так как без достаточного количества кислорода этот процесс невозможен. Наиболее оптимальным соотношением для успешного возгорания считается смесь 1:14 (воспламеняющаяся жидкость: воздух). Для решения этой проблемы в любом двигателе внутреннего сгорания предусмотрен специальный узел, отвечающий за смесь топлива и воздуха. В большинстве современных автомобилей за это дело «берутся» автоматические компрессоры подачи воздуха либо турбины (инжектор, карбюратор). Именно поэтому часто их и называют турбированными. Но в «атмосферниках» всё проходит самотёком. Благодаря естественному атмосферному давлению воздух пытается заполнить любое свободное пространство, на основе чего и построен принцип атмосферного двигателя. Однако зачастую этого недостаточно для достижения воздушно-топливной смеси, поэтому в «атмосферниках» создана механическая система подачи воздуха. Поршни мотора выступают в качестве воздушного насоса, который затягивает необходимое количество воздуха в камеру сгорания. Для этого в атмосферных двигателях обустраивается специальный воздуховод, обеспечивающий бесперебойную подачу кислорода извне. Знаете ли вы? Первые чертежи автомобиля принадлежат известному итальянскому художнику и учёному Леонардо да Винчи. Таким образом, главное отличие турбированного двигателя от атмосферного заключается в автоматическом нагнетателе воздуха, которого в «атмосферниках» нет. Кроме того, не стоит забывать и о том, что в турбированных моторах воздушно-топливная смесь образуется принудительно (благодаря образованию повышенного давления от 1,5 до 3 атмосфер).

Принцип работы атмосферного мотора

Как известно, в основе работы любого ДВС лежит сгорание топлива в цилиндрах. Необходимо добавить, что под топливом стоит понимать не только чистый бензин для бензиновых моторов или дизтопливо (солярку) для дизельных двигателей, а топливно-воздушную смесь. Данная смесь (на примере бензинового мотора) представляет собой 1 часть бензина и около 14 частей воздуха, т.е. имеет соотношение 1:14,7. За приготовление такой смеси отвечает карбюратор или инжектор, зависимо от системы питания двигателя.

Атмосферный двигатель является таким типом мотора, который первым был создан в начале эпохи двигателестроения. Само понятие «атмосферный» основывается на том, что естественное атмосферное давление принимает непосредственное участие в том процессе, под которым следует понимать образование топливно-воздушной смеси и ее последующее сгорание в цилиндрах двигателя. Смесь основного вида топлива (зависимо от типа двигателя) и воздуха в атмосферных агрегатах образуется в результате того, что поршни мотора работают подобно насосу, затягивая наружный воздух из атмосферы через специальный воздуховод. По такому принципу работает карбюраторный мотор, бензиновый двигатель с инжектором и дизельный атмосферный агрегат. Главные отличия заключаются только в общих принципах реализации систем смесеобразования и последующей подачи в цилиндры двигателя.

Другими словами, под атмосферным двигателем стоит понимать способ поступления воздуха в карбюратор или инжектор. В атмосферных ДВС воздух, необходимый для сгорания топлива, самостоятельно всасывается двигателем из атмосферы в результате того, что в карбюраторе или инжекторе создается пониженное давление. Получается, двигатель – атмосферник конструктивно не имеет отдельных устройств, которые отвечают за подачу воздуха.

Что касается турбомоторов, главным их отличием от атмосферного агрегата является наличие механического компрессора или турбокомпрессора, а также комплексного сочетания таких решений, которые специально нагнетают воздух в двигатель под высоким давлением. В отличие от двигателя, который работает при обычном атмосферном давлении, в моторах с турбиной или компрессором среднее давление наддувочного воздуха составляет от 1.5 до 3 атмосферных давлений. Результатом становится то, что при одинаковом рабочем объеме турбомотор может сжечь больше топлива и выдает намного больше мощности сравнительно с атмосферным.

Плюсы и минусы атмосферных двигателей

С появление силовых агрегатов, оснащенных турбокомпрессором, многие водители стали отдавать предпочтение турбированным транспортным средствам. Однако, существует немало автомобилистов, которые при вопросе, какой двигатель лучше атмосферный или турбированный, выбирают привычный классический вариант, основываясь на следующих преимуществах:

«Атмосферник» отличают следующие достоинства:

• хороший ресурс;
• надёжность в эксплуатации;
• долговечность;
• простота использования;
• относительная простота проведения профилактических и ремонтных работ;
• неприхотливость в отношении качества топлива.

О надёжности атмосферного двигателя красноречиво свидетельствуют цифры. Качественные моторы позволяют автомобилю проходить до 500 тыс. километров. В истории развития автомобилестроения известны случаи, когда мотор переставляли из устаревшей машины в новую, и он продолжал исправно работать на протяжении ещё многих лет.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания отличаются наиболее длительным пробегом. Известны случаи, когда машины с установленными атмосферниками, работают без капитального ремонта на протяжении пути, более 500 тысяч километров. Единственное условие – своевременный уход и регулярная замена моторного масла с фильтрами. Их детали и узлы устойчивы против износа. Надежный атмосферный мотор обладает повышенным моторесурсом, продолжает работать даже после неоднократных замен кузова автомобиля.

Благодаря безотказной работе атмосферного мотора и простоте его эксплуатации, он неприхотлив к качеству топлива и смазочных материалов. При регулярном использовании бензина пониженного качества такие двигатели, если и выходят из строя, быстрее восстанавливают свою работоспособность. Основное требование к моторному маслу – это обеспечение необходимого уровня. Замена смазочной жидкости должна проводиться каждые 15 – 20 000 км. При выборе наиболее подходящей марки моторного масла для атмосферного двигателя рекомендуется отдавать предпочтение синтетике или полусинтетике.

Интересно: В отличие от турбонаддувного мотора, здесь можно заливать и минеральные масла, если не получилось приобрести более качественные смазочные материалы.

Конструкция «атмосферника» такова, что с его ремонтом или профилактикой может справиться не только профессионал, но и грамотный автолюбитель

. Агрегат можно разобрать до последней детали и собрать обратно — конструкция позволяет сделать это без особых затрат. Нередки случаи, когда при ремонте агрегата используются «неродные» детали и комплектующие, произведённые другими производителями. Соответственно, и стоимость ремонта такого двигателя обходится дешевле.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания обладают некоторыми недостатками:

• Сравнительно большой вес механизма.
• Пониженная мощность и развиваемый крутящий момент в сравнении с мотором, оснащенным турбиной.
• Атмосферники не рассчитаны на работу под большими нагрузками.
• Сложности эксплуатации на большой высоте в условиях разреженного воздуха.
• При работе атмосферного двигателя на малых оборотах не всегда всасывается достаточное количество воздуха, что отражается на стабильности работы.

Впрочем, на этом перечень «минусов» исчерпывается. Атмосферные ДВС надёжны, просты и долговечны, но при этом не созданы для больших нагрузок и высоких оборотов.

Разновидности атмосферных двигателей

Атмосферные моторы делятся на три основные группы двигателей:

• бензиновые – обрели наибольшую популярность в автомобилестроении;
• газовые – они не обрели широкого распространения в промышленных масштабах, используются как дополнительный элемент в тандеме с бензиновым мотором;
• дизельные – они не имеют серьезных недостатков, но уступают в популярности бензиновым моторам, в легковом автомобилестроении.

Атмосферные моторы можно классифицировать на виды по способу подачи топлива. По этому параметру ДВС делится на два типа: инжекторные и карбюраторные.

Примеры транспортных средств с мощными атмосферными двигателями

На современном авторынке представлены автомобили с атмосферниками, выпущенные под известными брендами:

• Mercedes C 63 FMG Coupe Edition 507.
• Chevrolet Corvette C 7 Stingray.
• Jeep Grand Cherokee SRT.
• Audi RS 5.
• Audi RS 4 Avant.
• Chevrolet Camaro.
• Mercedes SLK 55 AMG.
• Porsche Cayenne GTS.
• Infiniti QX 70.
• Lexus LS 460.
• Mercedes-Benz OM 602.
• OM 612.
• OM 647.
• BMW моторы серии М2х, М5х, М6х, N5х.

Атмосферный двигатель работает предсказуемо, что для многих автомобилистов является несомненным преимуществом. Решить для себя, какой из вариантов подойдёт больше, стоит исходя из собственных предпочтений. Если в приоритете надёжность, лёгкость в эксплуатации и обслуживании, лучше остановить свой взгляд на моторе атмосферного типа, но если на первом месте показатели динамики, то выбор очевиден. Кстати, усилиями умельцев, практикующих тюнинг, на атмосферные двигатели также устанавливаются турбины. Сделать это непросто и требует специальных навыков, но на практике вполне применимо. Поскольку устройство не лепится к мотору наобум, предполагаются расчёты скорости и объёма поступающего воздуха. Самостоятельно такие работы лучше не выполнять, потому что успешно справиться с задачей смогут только виртуозы своего дела.

Источники: drivertip.ru, auto.rambler.ru, fastmb.ru, motoran.ru.

Чем отличается атмосферный двигатель от турбированного

Эти два вида двигателей наиболее популярные в легковом автомобилестроение. При этом они имеют между собой существенные отличия.

Основные различия между атмосферным и турбированным двигателем коснулись следующих показателей: принципа работы, объема и мощности, длительности эксплуатации, качества топлива и смазочных материалов. Разберем эти параметры в сравнении.

Турбированный мотор отличается имеющейся системой турбонаддува. Она состоит из промежуточного охладителя, турбокомпрессора, турбины. В результате в цилиндры двигателя поступает больше воздуха, чем в мотор атмосферного ДВС. Поэтому процесс сгорания воздухо-топливной смеси, насыщенной воздухом, проходит более эффективно – появляется больше энергии, запускающей двигатель и приводящей в движение автомобиль.

Исследования показали, что для достижения мощности в 125 лошадиных сил, объем атмосферного и турбированного мотора будет разным. В частности, для турбированного ДВС будет достаточно объема 1 литр, а для атмосферного двигателя этот показатель составит 1,6 литра.

При мощности в 125 л. с, турбированный двигатель будет обладать немного меньшим расходом горючего и лучшей динамикой. А также к преимуществу турбированного ДВС нужно отнести больший вес атмосферного мотора и его неспособность поддерживать максимальную мощность во время езды горной местностью, отличающейся разреженным воздухом.

По длительности эксплуатации атмосферный двигатель превосходит своего визави. Турбированный мотор изнашивается быстрее. При этом максимальное расстояние, которое такой двигатель способен покрыть без капремонта, равняется 150 тысяч километров. А атмосферный мотор, способен преодолеть без капитального ремонта в пределах 300-500 тысяч километров.

В идеале, для бесперебойного функционирования обоих типов двигателей нужно максимально качественное топливо и смазочные материалы. Однако атмосферный мотор, в сравнении с турбированным двигателем, менее прихотлив к их качеству. А также его ремонт обойдется дешевле.

В результате сравнительного анализа появляется заключение, о том, что:

• турбированный мотор лучше атмосферного по количеству создающейся энергии, меньшему расходу топлива (при равных стартовых характеристиках) и объему, необходимому для достижения максимальной мощности;
• атмосферный мотор лучше своего визави по длительности эксплуатации и меньшей прихотливости к качеству ГСМ.

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.

Принцип работы атмосферного двигателя

Любой двигатель внутреннего сгорания функционирует благодаря воспламенению топлива в цилиндрах, что обеспечивается кислородом. Процесс сгорания смеси, созданной в необходимых пропорциях карбюратором или инжектором, генерирует энергию, которая приводит в движение механизмы мотора автомобиля. В случае с бензиновым мотором топливовоздушная смесь являет собой пропорцию бензина и кислорода в соотношении 1:14. Чтобы разобраться подробнее, что такое атмосферный двигатель в авто, и понять, как именно он выполняет свои функции, рассмотрим процесс подачи воздуха поэтапно. Для начала определим применяющиеся устройства подачи топливной смеси:

1. Карбюратор. Устройство являет собой простую конструкцию, обеспечивающую процесс смешивания топлива с воздухом механически, при этом регулировка подачи предполагает тщательную настройку. Состоит карбюратор из поплавковой и воздушной камер, соединённых между собой трубкой распылителя. Посредством бензонасоса в поплавковую камеру подаётся топливо, игольчатый фильтр и поплавок обеспечивают подачу горючего. В смесительной камере имеется диффузор, распылитель и дроссельная заслонка. Движение поршней обуславливает разрежение, благодаря которому происходит всасывание воздуха и бензина, обеспечивающее функционирование мотора. Смесь поступает независимо от режима работы двигателя, в результате чего наблюдаются сильный расход горючего, а также высокий уровень выхлопа.
2. Инжектор (форсунка). Система управления подачи топлива в данном случае более усовершенствована. Управление процессом выполняется электронной системой (микроконтроллером), которая контролирует расчёт порций топлива посредством анализа показаний с датчиков автомобиля. Подача горючего не зависит от режима работы мотора, как в случае с карбюратором, и выполняется автоматически с помощью форсунок, они в свою очередь имеют разные варианты подключения: одноточечный (моновпрыск), многоточечный (распределённый) и прямой (непосредственный впрыск). Стабильность давления обеспечивается специальным клапаном, который сбрасывает излишки топлива. Таким образом, горючее поступает в чётко дозированных объёмах, чем обусловлены экономия, уменьшенный уровень выхлопов и высокая производительность двигателя. Эти факторы способствовали большой популярности моторов, снабжённых инжекторами, и сегодня практически вытеснили с рынка карбюраторные.

Принцип работы атмосферного двигателя:

• всасывание воздушного потока из атмосферы движущимися поршнями;
• создание топливовоздушной смеси методом смешивания кислорода с топливом;
• подача смеси в камеру сгорания;
• выделение энергии за счёт воспламенения;
• давление на поршень;
• передача вращения на коленчатый вал.

Таким образом, транспорт приводится в движение, непрерывность которого обеспечивается стабильным давлением в цилиндрах и регулярной подачей горючего. Давление воздуха, передаваемого на двигатель, равно одной атмосфере. Под определением атмосферных моторов понимают и бензиновые, и дизельные модели, в которых при воспламенении смеси в камере сгорания присутствует атмосферное давление. Несмотря на особенности конструкций и разницу типа используемого горючего, в основу функционирования агрегатов заложен одинаковый принцип действия. Специальные устройства для нагнетания воздушных потоков отсутствуют при любом варианте атмосферного ДВС.

Что значит атмосферный двигатель: особенности и характеристики

В списке различных характеристик двигателей всегда присутствует деление силовых агрегатов на так называемые атмосферные и моторы с наддувом. Наддувными или атмосферными могут быть как бензиновые, так и дизельные силовые агрегаты. Необходимо добавить, что современные дизельные двигатели на автомобилях практически всегда являются турбированными (турбодизель). Далее мы рассмотрим, что такое атмосферный двигатель и чем он отличается от мотора с наддувом, а также о преимуществах и недостатках атмосферных двигателей.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое турбонаддув и почему ДВС данного типа намного мощнее сравнительно с простыми атмосферными аналогами при одинаковом рабочем объеме.

Принцип работы атмосферного мотора

Как известно, в основе работы любого ДВС лежит сгорание топлива в цилиндрах. Необходимо добавить, что под топливом стоит понимать не только чистый бензин для бензиновых моторов или дизтопливо (солярку) для дизельных двигателей, а топливно-воздушную смесь. Данная смесь (на примере бензинового мотора) представляет собой 1 часть бензина и около 14 частей воздуха, т.е. имеет соотношение 1:14,7. За приготовление такой смеси отвечает карбюратор или инжектор, зависимо от системы питания двигателя.
Атмосферный двигатель является таким типом мотора, который первым был создан в начале эпохи двигателестроения. Само понятие «атмосферный» основывается на том, что естественное атмосферное давление принимает непосредственное участие в том процессе, под которым следует понимать образование топливно-воздушной смеси и ее последующее сгорание в цилиндрах двигателя. Смесь основного вида топлива (зависимо от типа двигателя) и воздуха в атмосферных агрегатах образуется в результате того, что поршни мотора работают подобно насосу, затягивая наружный воздух из атмосферы через специальный воздуховод. По такому принципу работает карбюраторный мотор, бензиновый двигатель с инжектором и дизельный атмосферный агрегат. Главные отличия заключаются только в общих принципах реализации систем смесеобразования и последующей подачи в цилиндры двигателя.

Другими словами, под атмосферным двигателем стоит понимать способ поступления воздуха в карбюратор или инжектор. В атмосферных ДВС воздух, необходимый для сгорания топлива, самостоятельно всасывается двигателем из атмосферы в результате того, что в карбюраторе или инжекторе создается пониженное давление. Получается, двигатель – атмосферник конструктивно не имеет отдельных устройств, которые отвечают за подачу воздуха.

Что касается турбомоторов, главным их отличием от атмосферного агрегата является наличие механического компрессора или турбокомпрессора, а также комплексного сочетания таких решений, которые специально нагнетают воздух в двигатель под высоким давлением. В отличие от двигателя, который работает при обычном атмосферном давлении, в моторах с турбиной или компрессором среднее давление наддувочного воздуха составляет от 1. 5 до 3 атмосферных давлений. Результатом становится то, что при одинаковом рабочем объеме турбомотор может сжечь больше топлива и выдает намного больше мощности сравнительно с атмосферным.

Устройство атмосферника

Как устроен двигатель, можно рассмотреть на примере четырёхтактного атмосферного. По функциям детали мотора разделяются примерно на 4 группы:

1. Для обеспечения впуска и воспламенения топливно-воздушных смесей. К этой группе относятся головка блока цилиндров и клапанный механизм.
2. Детали для обеспечения сжатия воздушно топливной смеси. Эта группа состоит из поршней, поршневых колец, блока цилиндра, клапана.
3. Для передачи энергии мотора. В группе находятся шатуны, коленчатый вал, подшипники и маховики, их можно купить здесь: /uzp.net.ua/ru/podshypnyky/.
4. Детали для выработки искровых вспышек. Группу наполняют свечи зажигания и распределители.

Будет также интересно: Почему троит двигатель, что это значит и как найти причину

Взаимодействие этих деталей мотора обеспечивает главное вращение колёс.

Головка блока цилиндров

Это главная часть двигателя, расположенная непосредственно над блоком цилиндров. Она постоянно подвергается действию сгорающих газов, имеющих высокую температуру и давление. Деталь делают из листового железа или из сплава алюминия с высокопрочными и высокотемпературными добавками.

Основание головки блока цилиндра углублено, образует вместе с поршнем и цилиндром камеру сгорания. Коэффициент полезного действия двигателя сильно зависит от формы камеры сгорания, а также от расположения клапанов и свечей зажигания.

Клапаны и сопутствующие детали

Современные четырёхтактные двигатели имеют 4 клапана для каждого цилиндра: 2 впускных и 2 выпускных. Для обеспечения эффективного впуска впускной клапан имеет больший диаметр, чем выпускной. Они изготавливаются из высокотемпературного никеля или хромированной стали.

Каждый клапан имеет сопутствующие детали: седло и пружина, которая является спиральной и создаёт тесный контакт с седлом, предотвращая утечку газа. Обычно в двигателях используется одна пружина, но в некоторых видах устанавливают по 2 штуки для каждого клапана.

Когда клапан закрыт, седло находится в плотном контакте с его поверхностью, чтобы обеспечить непроницаемость камеры сгорания.

Блок цилиндров образует каркас двигателя. Совместно с поршнями блок цилиндров играет важную роль в обеспечении преодоления давления сжатия и сгорания. Для минимизации износа деталей и утечек газа внутренняя поверхность каждого цилиндра отделена под высокое давление хромированием.

Отверстие цилиндра делается круговым. Однако верхняя часть цилиндра и поршня благодаря высокому давлению и температуре страдает от износа. Позже зазор между поршневыми кольцами и цилиндром увеличивается, приводя к потерям сжатия.

Поршень мотора

Деталь двигается в цилиндре вверх и вниз под действием давления, образующего взрывами топливно-воздушной смеси. При этом поршень через поршневой палец и шатун вращает коленчатый вал. Сечение поршня не является правильным кругом: диаметр в направлении поршневого пальца делается немного меньше для утечки теплового расширения.

Будет также интересно: Инструкция по промывке форсунок и инжектора своими руками

Головка поршня становится гораздо горячее и расширяется больше, чем юбка. Для компенсации разницы в тепловом расширении диаметр поршня вверху сделан меньше, чем внизу. Кольца препятствуют утечкам под давлением сжатия смеси через зазор между цилиндром и поршнем. Обычно каждый поршень имеет 3 кольца.

Шатун агрегата

Он связывает поршень с коленчатым валом так, что вертикальное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Поскольку шатун подвержен непрерывно действующим силам сжатия и растяжения, он должен быть довольно прочным и хорошо закреплённым, чтобы выдерживать эти нагрузки.

Коленчатый вал

Эта деталь преобразует через шатун прямолинейное движение каждого поршня во вращательное движение. Он состоит из шатунных шеек, которые передают силу поршней и валу, коленных шеек, регулирующих вращение вала и балансировочных грузов, обеспечивающих хорошее, сбалансированное вращение вала.

Коленвал вращается с большой скоростью, подвергаясь сильным нагрузкам от поршней, поэтому он должен быть довольно прочным и закреплённым, а также хорошо сбалансированным как статически, так и динамически.

Преимущества и недостатки атмосферного двигателя

Атмосферный бензиновый двигатель сегодня является наиболее популярным и доступным по цене мотором, который устанавливается на подавляющее большинство автомобилей. Что касается дизелей, то современные моторы данного типа на легковых авто практически всегда оснащаются турбонаддувом.

Плюсы атмосферных ДВС

Главной отличительной особенностью атмосферных двигателей является относительная простота конструкции моторов данного типа. Также стоит выделить больший моторесурс атмосферных бензиновых и дизельных ДВС сравнительно с турбодвигателями. На практике средний срок эксплуатации «атмосферников» в обычных режимах (при условии качественного и своевременного обслуживания) может составлять около 400 — 500 тысяч пройденных километров до первого капитального ремонта. Для турбированных агрегатов ремонт может понадобиться уже через 200-250 тыс. километров.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое форсированный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об основных способах форсирования ДВС без установки турбонагнетатаеля.

Атмосферные двигатели проще обслуживать и эксплуатировать, так как простая конструкция данного типа двигателя менее требовательна к качеству горючего и моторного масла. Атмосферные моторы лучше переносят случайную заправку бензином или соляркой низкого качества. Также отмечается высокая ремонтопригодность атмосферных двигателей. Такие двигатели меньше нагружены сравнительно с ДВС, которые оборудованы механическими нагнетателями или турбокомпрессорами.

Упрощенная конструкция атмосферных моторов исключает необходимость дорогостоящего обслуживания и ремонта узлов, которые присутствуют в устройстве двигателей с наддувом: турбины, интеркулеры, компрессоры и т.д. Стоимость запчастей и сервисных работ для устранения тех или иных неисправностей атмосферного двигателя заметно дешевле по сравнению с ремонтом турбомоторов.

Минусы атмосферников

При всех очевидных преимуществах атмосферный мотор не лишен определенных недостатков. Такие двигатели тяжелее и больше по размерам, по мощности, показателю крутящего момента и динамике разгона атмосферные агрегаты явно проигрывают ДВС с наддувом.

Дело в том, что схема питания атмосферника за счет самостоятельного забора наружного воздуха не позволяет обеспечить оптимальное соотношение топлива и воздуха 1:14 на всех режимах работы двигателя. Другими словами, при низких оборотах мотор засасывает меньше воздуха, а на высоких оборотах эффективному забору воздуха препятствует проходное сечение воздуховодов, сопротивление воздушного фильтра и т.д. Результатом становится то, что на «низах» атмосферник еще не тянет, а на «верхах» уже не тянет. Эффективность работы агрегата на таких режимах заметно снижается, атмосферный мотор обеспечивает наилучшую отдачу в более узком диапазоне сравнительно с турбированными ДВС.

–>

16:26 Атмосферный двигатель.

Некоторые любят потяжелее: чем хорош легковой дизель, и почему они скоро вымрут

Особенности конструкции. Плюсы

Давайте сначала о том, что является несомненным достоинством дизельного мотора — об экономичности. Рабочий процесс в дизельном моторе отличается от такового у бензиновых собратьев в первую очередь способом регулирования мощностных параметров. Поскольку нет нужды в поддержании стехиометрической смеси (постоянного соотношения топлива и воздуха), то можно использовать качественное регулирование, просто изменяя количество подаваемого в камеру сгорания топлива. При этом нет нужды в дроссельной заслонке, нет дополнительных потерь на всасывание, а в сочетании с высоким коэффициентом расширения получаем очень высокий КПД на любых оборотах.
После массового появления турбонаддува в восьмидесятые дизельные моторы получили еще один мощный стимул к развитию. С начала века находившиеся в тени бензиновых двигателей из-за более низкой степени форсирования по оборотам и более высокой массы, они отыграли свое с лихвой, сначала на тяжелых грузовиках, а затем и на легковушках.

На фото: двигатель Volkswagen Golf GTD (Typ 19) ‘1984–85

Турбонаддув идеально сочетался с рабочим циклом дизеля: воздух можно сжимать сколько угодно, ограничения по детонации больше нет, а большой коэффициент расширения — это еще и сравнительно невысокая температура выхлопных газов, особенно на промежуточных режимах, а значит, и щадящий режим работы турбокомпрессора.

Иными словами, дизельный двигатель намного лучше переносит эксплуатацию в пробках и с частичной нагрузкой. Нет перегрева, от которого вынуждены страдать современные «бензинки», а турбина работает в более благоприятных условиях .

Недостатков при этом, кроме цены, попросту нет. Экономичность даже улучшается за счет работы на более малых оборотах, топливо все такое же безопасное, не склонное к легкому воспламенению. И выбросы СО низкие, ведь двигатель всегда работает с избытком воздуха.

Особенности конструкции. Минусы

Минусы у дизельного двигателя всегда были тесно связаны с его же плюсами. Качественное регулирование требует сложной топливной аппаратуры, и чем больше мощность и частота вращения, тем аппаратура дороже.

Повышение требований к чистоте сгорания еще больше увеличивает ее цену. Большая степень сжатия и коэффициент расширения с очень высокой рабочей температурой в камере создают большую тепловую нагрузку на поршень и большие механические нагрузки на поршневую группу и блок цилиндров. Повышение степени форсирования за счет турбонаддува приводит к дальнейшему увеличению нагрузки на поршневую группу и головку блока цилиндров, форсунки и остальные элементы двигателя.

На фото: Porsche Cayenne S Diesel ‘2013

В результате требования ко всем элементам двигателя растут, как и их цена. Да и сами турбины стоят недешево. А еще его топливо, теоретически более дешевое, чем бензин, на практике оказалось в итоге не таким уж дешевым. Дизельное топливо высокого класса по стоимости изготовления конкурирует с бензином, а разница в цене чаще обусловлена налогами. В нашем климате к числу недостатков дизельного топлива добавляется еще и его склонность к парафинизации при низкой температуре, что требует применения специальных его сортов и подогрева топливопроводов и фильтров зимой.

Статьи / Практика Лёгкое дыханье: зачем и как удалять сажевый фильтр Любой фильтр имеет неприятную особенность: со временем он забивается. В автомобилях фильтров несколько: воздушный, один или два топливных, всё чаще есть салонный, а иногда можно встретить и… 76947 7 3 21.08.2017

После закручивания «экологических гаек» к минусам дизельных моторов добавилась еще пара пунктов. Высокоэффективное сгорание топлива дает повышенное количество окислов NOx, и снизить их количество можно либо снижением эффективности сгорания, или хитроумными химическими фокусами.

Оба метода имеют свои минусы. EGR резко снижает ресурс двигателя, а мочевинная нейтрализация требует большого количества дополнительной технической жидкости, которая к тому же имеет низкую температуру замерзания. Вдобавок при сгорании жидкого топлива сразу после распыления образуются твердые частицы. И эта сажа содержит множество канцерогенных веществ, которые нужно как-то фильтровать. А DPF фильтры оказались дорогим и крайне капризным компонентом.

Почему дизелю сказали «нет»?

Почему на наших дорогах во времена СССР не бегали дизельные Мереседесы — и так понятно. Это Высоцкий мог себе позволить ездить на машине подобного класса, а те, кто имел доступ к солярке, не могли о таком даже мечтать. В перестроечные годы, когда моряки, совслужащие из ГДР и прочие «выездные» повезли в страну первые иномарки, советский человек выяснил неприятную правду. Дизельная легковушка оказалась весьма капризной и не особенно комфортной.

И пусть тогда любая машина была уже лучше, чем отсутствие таковой, но дизельная машина, даже если это была не Волга с Перкинсом, а вполне «цивильный» Опель или Мерседес, пахла соляркой, плохо прогревалась, не всегда хорошо заводилась, сильно вибрировала и шумела. При том что бензиновые экземпляры иномарок подобным поведением не отличались. Топливная аппаратура, естественно, ломалась, и заменить ее на карбюратор от Нивы или Волги не получалось, а потянуть штучное производство запчастей для ТНВД могли редкие мастерские при НИИ.

На фото: Mercedes-Benz 300 SD Turbo Diesel (W116) ‘1977–80

Эйфория прошла довольно быстро, поэтому машины на дизельном топливе остались у тех, кто «по долгу службы» имел доступ к солярке: у водителей грузовиков и тракторов. Остальные восхищались издалека, но по возможности приобретали то, что советовали «опытные люди». Обычно это был вариант «карбюратор и цепь»: минимум расходных материалов, минимум изнашиваемых элементов, все чинится на коленке до поры до времени. Любой впрыск топлива, а особенно дизельная аппаратура впрыска были заведомо неремонтопригодны без полноценной инфраструктуры обслуживания.

Что было дальше

Прогресс дизельных моторов в 90-е годы не остался без внимания, но его явно не хватало для коренного перелома ситуации. Редкие дизельные моторы с «легковым характером» на BMW обрастали легендами, но обладатели легендарных и не очень моторов стали замечать, что дизельное топливо в России совсем не благоволит тонкой аппаратуре легковых дизелей.

На фото: BMW (E34) ‘1991–95

Пара неудачных заправок — и вот уже под замену форсунки и ТНВД, а алюминий ГБЦ, особенно форкамерных с их тонким литьем, просто тает с нашей высокосернистой соляркой. Да и по большому счету, машины с дизельными моторами едва ли стали комфортнее. Конечно, уже не было «горбов» на капоте из-за особой длинноходности моторов, но вибрация, шум, плохой запах непрогретого мотора и дымность на переходных режимах никуда не делись.

Двадцать лет на успех

Ситуация начала меняться только к концу девяностых годов. Тут законодателями стали вовсе не немцы, а итальянские и французские компании. Дочернее отделение компании FIAT, Magneti Marelli, разработало и выпустило в свет первую коммерческую систему управления Common Rail для легковых дизелей. А в 1997 году итальянцы применили систему на автомобиле Alfa Romeo 156 1,9 JTD. Bosch купил перспективную разработку, и уже в 1998 году представил первый автомобиль с собственной системой Common Rail, это был Mercedes 220CDI в кузове W202, с двигателем OM611.

На фото: Mercedes-Benz C-Klasse (W202) ‘1993–2000

Если ранее объем впрыска задавался чисто механически для всех цилиндров одновременно, а момент впрыска выбирался с помощью вакуумно-центробежного регулятора (или электронного регулирования на более поздних версиях ТНВД), то в системе с Common Rail впрыск работал примерно как на обычном бензиновом моторе. Только давление в рампе уже на первой системе составляло 1 350 бар, а топливо можно было впрыскивать несколькими порциями, обеспечивая предварительный разогрев камеры сгорания и более полное сгорание топлива на любых режимах, и снижение механических нагрузок на поршневую группу заодно.

Статьи / Авто с пробегом Как правильно купить Mercedes-Benz C-Class W202: когда полмиллиона километров – не предел Самый первый мерседесовский С-класс, несмотря на свой возраст, в обслуживании будет намного дешевле, чем многие современные иномарки, даже не из премиального сегмента. Это один из последних… 91367 0 61 09.09.2015

Система снимала почти все ограничения на рост мощности дизельных моторов, а заодно позволяла избежать проблемы переходных режимов. Дизель наконец-то научился быстро набирать обороты без облаков дыма и просадки мощности. И началась безумная гонка роста степени форсирования, которая закончилась введением очередных законодательных актов, ужесточением норм выхлопа и… дизельгейтом.

Популярность дизельных моторов в Европе неуклонно падает: по данным отчёта JATO Dynamics Ltd, в 2021 году продажи их упали на 8%, и доля дизелей в структуре продаж новых машин составила 43,7%. То есть, как говорил Марк Твен, «слухи о моей смерти несколько преувеличены», однако тренд наметился совершенно однозначный. Вот уже и «законодатели жанра» в лице FCA (придумавшие Common Rail Magneti Marelli остаются «дочкой» концерна) планируют сворачивать производство машин на тяжёлом топливе к 2022 году.

Вот мимо просвистело

В России мы слышали скорее отголоски далеких боев за экономичность, ультрачистый выхлоп, минимальные налоги и средний расход топлива по линейке моделей. У нас дизели, даже победив свои родовые проблемы, так и не стали массовыми. Крупные кроссоверы все чаще покупались с дизельными моторами, а внедорожники и коммерческий транспорт еще с девяностых плотно на них подсели. Увеличение числа премиальных внедорожников способствовало дизелизации автопарка в европейской части России. Собственно, часто даже альтернативы дизелю не было, он оказывался единственным приемлемым вариантом по мощности, расходу и налогам для определенной модели машины.

На фото: Porsche Cayenne Diesel ‘2010–14

Привозные авто попадались с дизельными моторами просто потому, что в Европе их вдруг оказалось большинство, а кто-то и сознательно покупал машины с двигателем на тяжелом топливе. Но основная масса машин производилась у нас, а дизельные версии если и продавались, то это были значительно более дорогие импортируемые варианты.

Дизелизация всей страны не состоялась, на этот раз не из-за конструктивных недостатков (как в 80-е и 90-е), а по воле автопроизводителей. Для них Россия осталась рынком, на котором востребованы бензиновые моторы прошлого поколения, а с дизелями слишком много хлопот. Зимой могут замерзнуть, повредить топливную аппаратуру, а зачем им недовольные клиенты? Тем более что дизели отлично продавались в Европе, а дефицит мощностей производства всегда приходится учитывать.

На фото: Mercedes-Benz G-Klasse ‘2016

Двигатели на тяжелом топливе остались или уделом энтузиастов, которые идут на дополнительные расходы и риски ради мечты или значительной экономии топлива, или тех, кто покупает дизельную машину только потому, что бензиновая еще хуже, благо по сложности топливной аппаратуры они вполне сравнимы.

С учетом европейских тенденций, а еще короткого века нынешних премиальных авто, недолгий дизельный ренессанс бизнес-класса скорее всего закончится буквально года через два-три. Если только его не поддержит внезапно хлынувший через границу поток проданных за бесценок в Европе авто. Ну а мечты о минимальных расходах на эксплуатацию, скорее, теперь относятся к электромобилям: у них есть еще в запасе десяток-два лет, чтобы побыть синей птицей.

Несколько минут дизельно-развлекательного контента

Что такое атмосферный двигатель

Не всем владельцам авто понятно, что значит атмосферный двигатель автомобиля. Это бензиновые моторы классической конструкции, которые нагнетают воздух из окружающего пространства при помощи поршней карбюратора. При равномерном смешивании кислорода с распыленными частицами бензина образуются топливные смеси. Они используются для сжигания в камере сгорания бензинового двигателя.

Принцип действия атмосферного двигателя:

• Всасывание воздуха из атмосферы.
• Смешивание с бензиновыми парами в пропорции: бензин – 1 часть, кислород – 14.
• Подача смеси в камеру сгорания.
• Расширение объема.
• Давление на поршень.
• Передача вращения на коленчатый вал.

Эффект засасывания воздушных масс возникает, благодаря созданию разряженной атмосферы в полости впускного коллектора.

Принцип работы

Плюсы и минусы атмосферных двигателей

С появление силовых агрегатов, оснащенных турбокомпрессором, многие водители стали отдавать предпочтение турбированным транспортным средствам. Однако, существует немало автомобилистов, которые при вопросе, какой двигатель лучше атмосферный или турбированный, выбирают привычный классический вариант, основываясь на следующих преимуществах:

«Атмосферник» отличают следующие достоинства:

• хороший ресурс;
• надёжность в эксплуатации;
• долговечность;
• простота использования;
• относительная простота проведения профилактических и ремонтных работ;
• неприхотливость в отношении качества топлива.

О надёжности атмосферного двигателя красноречиво свидетельствуют цифры. Качественные моторы позволяют автомобилю проходить до 500 тыс. километров. В истории развития автомобилестроения известны случаи, когда мотор переставляли из устаревшей машины в новую, и он продолжал исправно работать на протяжении ещё многих лет.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания отличаются наиболее длительным пробегом. Известны случаи, когда машины с установленными атмосферниками, работают без капитального ремонта на протяжении пути, более 500 тысяч километров. Единственное условие – своевременный уход и регулярная замена моторного масла с фильтрами. Их детали и узлы устойчивы против износа. Надежный атмосферный мотор обладает повышенным моторесурсом, продолжает работать даже после неоднократных замен кузова автомобиля.

Благодаря безотказной работе атмосферного мотора и простоте его эксплуатации, он неприхотлив к качеству топлива и смазочных материалов. При регулярном использовании бензина пониженного качества такие двигатели, если и выходят из строя, быстрее восстанавливают свою работоспособность. Основное требование к моторному маслу – это обеспечение необходимого уровня. Замена смазочной жидкости должна проводиться каждые 15 – 20 000 км. При выборе наиболее подходящей марки моторного масла для атмосферного двигателя рекомендуется отдавать предпочтение синтетике или полусинтетике.

Интересно: В отличие от турбонаддувного мотора, здесь можно заливать и минеральные масла, если не получилось приобрести более качественные смазочные материалы.

Конструкция «атмосферника» такова, что с его ремонтом или профилактикой может справиться не только профессионал, но и грамотный автолюбитель

. Агрегат можно разобрать до последней детали и собрать обратно — конструкция позволяет сделать это без особых затрат. Нередки случаи, когда при ремонте агрегата используются «неродные» детали и комплектующие, произведённые другими производителями. Соответственно, и стоимость ремонта такого двигателя обходится дешевле.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания обладают некоторыми недостатками:

• Сравнительно большой вес механизма.
• Пониженная мощность и развиваемый крутящий момент в сравнении с мотором, оснащенным турбиной.
• Атмосферники не рассчитаны на работу под большими нагрузками.
• Сложности эксплуатации на большой высоте в условиях разреженного воздуха.
• При работе атмосферного двигателя на малых оборотах не всегда всасывается достаточное количество воздуха, что отражается на стабильности работы.

Впрочем, на этом перечень «минусов» исчерпывается. Атмосферные ДВС надёжны, просты и долговечны, но при этом не созданы для больших нагрузок и высоких оборотов.

Подводим итоги

Какой двигатель лучше — атмосферный или турбированный? Как видите, оба мотора имеют свои особенности. Но нужно сказать, что турбированный мотор будет однозначно дороже в ремонте и содержании. Он требователен к топливу и к расходным материалам. Атмосферный в данном случае проще. Но не стоит забывать, что турбированный мотор дает динамику разгона, которую не получить даже современному «атмосфернику» с непосредственным впрыском.

Однозначного ответа на вопрос о том, что лучше — турбированный или атмосферный двигатель, нет. Но практика показала, что в содержании последний мотор в три раза дешевле. Поэтому, если вам неважна динамика, а нужен простой автомобиль на повседневку, стоит рассмотреть покупку машины без турбины. Если же вы фанат скорости и хотите получать удовольствие от езды, нужно смириться с тратами и выбирать турбированный мотор. Некоторые хотят обыграть судьбу и таким образом купить более объемный, но атмосферный мотор (если такой вариант есть в линейке силовых агрегатов). В таком случае не стоит забывать о расходе топлива. Чем больше объем, тем больше бензина требуется для работы цилиндра. Поэтому иногда есть смысл купить какой-либо малолитражный, но турбированный мотор, чем прожорливый атмосферный.

Примеры транспортных средств с мощными атмосферными двигателями

На современном авторынке представлены автомобили с атмосферниками, выпущенные под известными брендами:

• Mercedes C 63 FMG Coupe Edition 507.
• Chevrolet Corvette C 7 Stingray.
• Jeep Grand Cherokee SRT.
• Audi RS 5.
• Audi RS 4 Avant.
• Chevrolet Camaro.
• Mercedes SLK 55 AMG.
• Porsche Cayenne GTS.
• Infiniti QX 70.
• Lexus LS 460.
• Mercedes-Benz OM 602.
• OM 612.
• OM 647.
• BMW моторы серии М2х, М5х, М6х, N5х.

Атмосферный двигатель работает предсказуемо, что для многих автомобилистов является несомненным преимуществом. Решить для себя, какой из вариантов подойдёт больше, стоит исходя из собственных предпочтений. Если в приоритете надёжность, лёгкость в эксплуатации и обслуживании, лучше остановить свой взгляд на моторе атмосферного типа, но если на первом месте показатели динамики, то выбор очевиден. Кстати, усилиями умельцев, практикующих тюнинг, на атмосферные двигатели также устанавливаются турбины. Сделать это непросто и требует специальных навыков, но на практике вполне применимо. Поскольку устройство не лепится к мотору наобум, предполагаются расчёты скорости и объёма поступающего воздуха. Самостоятельно такие работы лучше не выполнять, потому что успешно справиться с задачей смогут только виртуозы своего дела.

Источники: drivertip.ru, auto.rambler.ru, fastmb.ru, motoran.ru.

–>Марка–>:Другие | –>Просмотров–>:632 | | |

–>

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.

Улучшение тяговой установки

Иногда, поездив на автомобиле, владелец хочет получить больше мощи и задаётся вопросом, можно ли поставить турбину на атмосферный двигатель. Для улучшения разгонной динамики, такой вариант решения проблемы приемлем. На практике выполнить задачу сложно, потребуются знания, опыт, а главное, подход в комплексе. Самостоятельно поставить турбину, не получится, для этого выполняют ряд расчётов. Прежде, меряют, какой объём воздуха помещается в камеру, с какой скоростью проходит подача и наполнение мотора. Проведённые расчёты влияют на характер поведения двигателя в дальнейшем. Кроме того, некоторые установки не приспособлены для подключения турбинного компрессора, в этом случае, для улучшения показателей используют механические турбины с постоянным приводом.

Важно! Помните, если перед тем, как поставить турбину на атмосферный двигатель, провести неправильные расчёты и подбор механизмов, то в дальнейшем сложно предсказать характер поведения двигателя. Возможно, средства и усилия будут потрачены зря, а мотор придёт в негодность.

Другие способы улучшения мощности двигателя:

• Расточка остова до большего объёма камер;
• Установка патрубка;
• Установка иных клапанов и распределительных валов;
• Установка улучшенных фильтрующих элементов;
• Установка помпы большей мощности;
• Снижение потерь на трение воздушных масс.

Применение выше перечисленных мер позволит улучшить показатели мощи на 40%. Кроме того, используют еще один метод, когда мотор чипуют. Такое улучшение затрагивает программную часть агрегата и даёт прирост мощи на уровне 15%. Процедура проводится на специальных станциях, поскольку требует наличия оборудования и умений.

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.

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.

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.

При изобретении первых автомобильных движков были созданы силовые агрегаты атмосфеного типа. Атмосферные двигатели — это двигатели внутреннего сгорания, использующие воздух из атмосферы для образования топливовоздушной смеси.

Давление воздушного потока, подаваемого на движок, равняется одной атмосфере, по этой причине такие силовые агрегаты получили название атмосферные. Топливная смесь для атмосферного мотора состоит из одной части бензина и четырнадцати частей воздуха.

Многие автовладельцы часто задаются вопросом, что значит атмосферный двигатель. Название возникло благодаря давлению затягиваемого воздуха, соответствующего окружающей среде. Воздух необходим для участия в сжигании топливных смесей в камерах сгорания силовых агрегатов. Поршни затягивают воздушные массы через инжектор в карбюратор, где происходит равномерное смешивание их совпрыскиваемым бензином или дизельным топливом.

Затягивающая способность мотора находится в прямой зависимости от количества оборотов двигателя. Атмосферный двигатель отличается отсутствием специальных устройств в виде компрессоров либо турбин, применяемых для дополнительного принудительного нагнетания воздуха под давлением.

Описание преимуществ силовых агрегатов атмосферного типа

Атмосферные моторы обладают следующими положительными качествами:

1. Высокий ресурс пробега.
2. Надежность силового агрегата.
3. Простота в использовании.
4. Ремонтопригодность.

При эксплуатации двигателей атмосферного типа как бензиновых, так и дизелей, наблюдается большая длительность. Размер пробега достигает нескольких сотен тысяч километров. История располагает случаями, когда моторам удавалось выдерживать пробеги более 500 тысяч км, не подвергаясь капитальному ремонту. Некоторые движки продолжают исправно работать даже при сгнивших «родных» кузовах.

Простота конструкции и доступность ремонта атмосферных движков позволяют понизить требования к характеристикам качества бензина, дизельного топлива, моторных масел. Такие силовые агрегаты способны хорошо работать длительное время на топливе низкого качества.

Даже если атмосферник выходит из строя по причине частого использования некачественного бензина, то на его восстановление уйдет намного меньше времени и материальных средств, чем на ремонт турбинованного собрата.

Ресурс

Что выбрать — атмосферный двигатель или турбированный? В среднем моторы без турбины имеют ресурс в 300, а то и более тысяч километров до капитального ремонта. А если это атмосферный дизельный мотор, то он и вовсе способен пройти миллион километров. Яркий пример тому – дизельные моторы старых 124-х «Мерседесов». Также эти двигатели проще ремонтировать, поскольку их конструкция предельно проста.

Относительно надежности атмосферных моторов, не возникает каких-либо вопросов. Такие двигатели могут хорошо чувствовать себя, даже работая на некачественном бензине. К маслу они тоже не так требовательны. Среди особых плюсов нужно отметить их ремонтопригодность. Починка обойдется очень дешево и не займет много времени.

Слабые стороны атмосферников

Силовые агрегаты атмосферного типа имеют некоторые недостатки:

1. Большой вес мотора.
2. Низкая динамика.
3. Мощность ниже, чем у аналогов, оборудованных турбонаддувом.
4. Шумная работа мотора.
5. Отсутствие способности развивать заданную мощность при эксплуатации в горах, где наблюдается разжижение воздуха.

При эксплуатации моторов имеет место разброс оборотов, что значительно влияет на способность движка всасывать воздушные массы в необходимом количестве. Особенно этот недостаток ощутим при работе на малых оборотах, когда низкая частота каждого поршня не обеспечивает достаточное количествовоздуха в определенное время.

На высоких оборотах подача воздуха встречает сопротивление, вызванное недостаточным размером пропускного сечения воздуховода и воздушного фильтра.

Несмотря на перечисленные недостатки, атмосферники имеют большую популярность среди автомобилестроительных компаний и покупателей благодаря предсказуемости, надежности, простоте и ремонтопригодности силовых агрегатов данного вида.

Особенности турбированных автомобильных двигателей

Перед автовладельцами часто возникает выбор, какую машину приобрести, каким движком она должна быть оборудована, атмосферным либо с турбонаддувом.

Работа турбины, расположенной на силовом агрегате, состоит в увеличении давления воздуха,поступающего в цилиндры, позволяет закачивать увеличенные объемы воздуха для обогащения кислородом топливных смесей.

Увеличение объема воздушных масс способствует увеличению мощности мотора в сравнении с атмосферником почти на 10% при сохранении рабочего объема силового агрегата. Повышенная мощность позволяет увеличить крутящий момент, тем самым улучшая динамику автомобиля.

К преимуществам двигателей, оборудованных турбинами, относится наиболее полное сжигание топлива, создание меньшего шума, что существенно улучшает их экологичность по сравнению с атмосферными моторами.

Преимущества турбированных движков:

• увеличение мощности мотора;
• улучшение динамики автомобиля;
• экологическая безопасность.

Несмотря на очевидные достоинства, двигатели, оснащенные турбонаддувом, имеют и некоторые минусы:

• сложности, возникающие при эксплуатации;
• усиление расхода топлива;
• повышенные требования к качеству бензина, дизельного топлива;
• необходимость использования специальных моторных масел;
• более частые отказы масляного фильтра из-за работы при высокой температуре;
• повышенные требования к маслам и чистоте масляных фильтров;
• ускоренный износ воздушных фильтров.

Только после ознакомления с основными плюсами и минусами атмосферных моторов и движков с турбонаддувом, можно прийти к правильному выбору при покупке нового авто.

О надежности

Какой двигатель надежнее — атмосферный или турбированный? По сравнению с первым, турбированный двигатель менее надежен. Это обусловливается более сложной конструкцией. Также нужно понимать, что все детали в таком моторе подвергаются высоким нагрузкам. Ведь при таком же объеме и конструкции данный агрегат выдает большие характеристики. Это однозначно сказывается на общем ресурсе. Следует знать, что турбированный мотор работает при повышенной температуре. Поэтому нужно чаще проверять масло и следить за состоянием всех фильтров. Малейшая проблема с ними сказывается на производительности и на расходе топлива.

К сожалению, ресурс у таких моторов будет всегда ниже. Особенно это касается бензиновых двигателей. Яркий тому пример – турбированные двигатели от концерна «Фольксваген-Ауди».

Ресурс таких моторов даже при своевременном обслуживании не превышает двухсот тысяч километров. Можно приобрести и дизельные двигатели. Они служат несколько дольше. Но турбина даст о себе знать все равно раньше. И далее владельцу придется готовиться к серьезным капиталовложениям.

Теперь о ремонте. Выполнить ремонт самого ответственного узла (турбины) не так просто. В случае если она подает характерные признаки, следует выполнить диагностику и дефектовку. Это лучше доверить квалифицированным специалистам. Сам ремонт заключается в замене картриджа турбины. Это самый популярный метод восстановления. Можно пойти и другим путем – установить уже бывшую в употреблении турбину с разборки. Хотя такой вариант опасен, ведь никто не дает гарантии, сколько она прослужит, какой ее реальный километраж и в каких условиях она эксплуатировалась. Однако все операции, связанные с ремонтом и диагностикой данного элемента, имеют свои сложности. Это отображается на итоговой стоимости. Атмосферные моторы в данном случае гораздо проще. Так как нет турбины, ремонтировать здесь нечего.

Также отметим, что эксплуатация турбированного автомобиля имеет свои особенности. Например, после агрессивной езды нельзя сразу же глушить двигатель. Нужно дать ему возможность поработать на холостых, чтобы турбина остыла.

Атмосферный двигатель. Описание, технические характеристики :: SYL.ru

Двигатель для автомобиля — это все равно что сердце для живого существа. Благодаря ему поддерживается вся работа. И если с неисправностями некоторых деталей он способен ездить, то с испорченным мотором лучше не рисковать. Двигатели внутреннего сгорания можно подразделить на следующие группы: атмосферные, турбированные и компрессорные. В статье подробно рассматривается первый тип и его отличия от других.

Что значит атмосферный двигатель? Виды

Это наиболее распространенный тип мотора, который используют в автомобильном производстве. Воздух в него попадает естественно, обеспечивая необходимое давление в цилиндрах. Атмосферный двигатель бывает по виду топлива бензиновым, дизельным и газовым.

Бензиновые моторы, функционирующие на жидком топливе, имеют принудительное зажигание. Перед подачей в цилиндры оно смешивается с воздухом инжектором или карбюратором.

Дизельные двигатели воспламеняются от сжатия из-за высоких показателей давления и температуры. Топливо подается через форсунку, а смешивание производится непосредственно в цилиндре.

Если предыдущие два варианта выпускаются серийно, то газовый вид переделывается в автосалонах по тюнингу. Такого рода моторы работают на метане или пропанбутановой смеси. Здесь топливо перемешивается с воздухом перед попаданием в цилиндры. Работа газовых двигателей практически идентична бензиновым.

Принцип работы

Автомобиль работает за счет воздухо-топливной смеси, которая подается в цилиндры и принудительно воспламеняется искрой (в бензиновом и газовом видах). Энергия выделяется как при микровзрыве — и транспортное средство приводится в движение, продолжающееся благодаря постоянному давлению в цилиндрах и постоянной подаче топлива.

Даже при малых оборотах этот двигатель внутреннего сгорания будет иметь ту мощность, которая необходима, и будет способен быстро набирать большую.

Отличия от турбированного

И атмосферный, и турбированный моторы относятся к ДВС. Но первый тип известен уже давно, на протяжении всего времени его механизм был доведен до оптимального уровня.

В турбированный двигатель внутреннего сгорания добавлена турбина, которая закачивает воздух под давлением в цилиндры, увеличивая тем самым мощность агрегата. Например, одни и те же 140 лошадиных сил будут у атмосферника, объем которого составляет 1,8 литра, и турбированного двигателя объемом 1,3 литра.

Компрессорный вид представляет собой более сложную конструкцию, которая часто предназначается для гоночных авто, где могут использоваться дорогостоящие материалы и механизмы для достижения наибольшей мощности. Этот мотор долговечным назвать сложно, так как он постоянно работает на пределе возможностей. Другим его недостатком является то, что этот двигатель внутреннего сгорания хорошо себя проявляет лишь на больших агрегатах. Поэтому об экономии с ним можно забыть.

Преимущества и недостатки

Рассматриваемый мотор обладает рядом очевидных достоинств.

1. Длительный срок службы: он еще долго не изнашивается, тогда как при таком же километраже другие виды уже следует менять.
2. Легкость и безотказность механизма: в отличие от турбированного, для атмосферного мотора можно использовать любое масло. То же касается и топлива — он менее привередлив по сравнению с турбонаддувом.
3. Может быть подвергнут многократному ремонту, даже своими руками.
4. Наверное, главным достоинством в нем является сохранение со временем мощности. Он быстро раскручивается до высоких оборотов, реагируя даже на небольшое нажатие на педаль газа.

Атмосферный двигатель имеет такие недостатки, если сравнивать с другими типами:

• большая масса — своей тяжестью и объемом он существенно уступает турбированному агрегату;
• плохая поддержка мощности — атмосферники не способны в условиях разряженного воздуха сохранять необходимую мощность;
• значительно меньшая динамика, если сравнивать с той, что выдает турбодвигатель;
• производство выхлопных газов, которые сильно загрязняют окружающую среду.

Охлаждение

Иногда в жаркую погоду атмосферный двигатель может перегреться. Чтобы этому противостоять, советуют установить интеркулер, который будет охлаждать воздух. При работе в него поступает не только горячий, но и холодный воздух, благодаря которому из-за большего содержания кислорода топливо сгорает лучше и экономнее.

Небольшой размер интеркулера позволяет ему быть установленным даже на атмосферный двигатель ВАЗ.

Многие владельцы авто с таким устройством отмечали, помимо снижения температуры и уменьшения расхода топлива, увеличение мощности мотора до двадцати пяти процентов. Для этого, впрочем, существуют специальные способы.

Тюнинг

Часто, поездив немного, водителям начинает не хватать имеющейся мощности автомобиля. Одним из вариантов для решения этой проблемы служит турбина на атмосферный двигатель. Однако установить ее не так-то просто. Необходимо произвести точные замеры объема входящего воздуха и скорости его подачи в мотор. Турбина будет влиять на всю систему машины, поэтому здесь исключительное значение имеет профессионализм автослесаря.

Кроме того, на некоторые силовые агрегаты турбокомпрессоры не устанавливаются. Тогда используется турбина с постоянным ременным приводом.

Другой способ увеличения мощности заключается в ряде осуществления следующих переделок:

• увеличения объема цилиндров;
• применения патрубка;
• замене клапана стандартного типа и кулачкового вала;
• установке усовершенствованных воздушных фильтров;
• увеличении мощности насоса;
• уменьшения сопротивления ГРС.

Мотор при этом увеличит свою мощность до сорока процентов.

Еще одним методом в этом служит чип-тюнинг атмосферного двигателя. При этом происходит его перепрошивка компьютерными программами. Мощность здесь может возрасти на пятнадцать процентов. Но противники процедуры говорят о том, что в этом случае есть риск загубить мотор. Те, кто выступают в поддержку чип-тюнинга, утверждают, что качественно проведенная операция даже улучшит состояние силового агрегата.

Делать или нет тюнинг, каждый решает для себя сам. Ясно одно: при правильной эксплуатации атмосферный двигатель будет служить верой и правдой дольше, чем другие виды.

Атмосферный двигатель Вудбери 1853 года

В 1853 году двигатели горячего воздуха еще не использовались в промышленных масштабах. Тепловой корабельный двигатель Эрикссона не смог продемонстрировать свое превосходство над паровым двигателем, будь то с точки зрения расхода топлива или технологической стороны, и продемонстрировал многие недостатки двигателей с горячим воздухом, особенно их низкую долговечность.

Цель Woodbury & Co. состояла в том, чтобы построить атмосферный двигатель с горячим воздухом, что означает двигатель, который использует атмосферный воздух в качестве движущей силы за счет применения тепла (Woodbury & Co. говорила о применении «калорийности»). Принципы работы их двигателей отличаются от принципов работы Стирлинга или Эрикссона.
Однако терминология «атмосферный» несколько спорна. Двигатель скорее представляет собой двигатель внешнего сгорания с горячим воздухом.

В 1853 г. Woodbury & Co. запатентовала два патента, второй из которых представлял собой серьезное усовершенствование двигателя, представленного в первом.

Повторное открытие посредством практических экспериментов

В то время общепризнанным фактом было то, что воздух под воздействием тепла около 480 °F (около 249 °C) расширяется, увеличивая свой первоначальный объем вдвое.

В то время общепризнанным фактом было то, что воздух при температуре 32 °F удваивает свой первоначальный объем под воздействием тепла около 480 °F (около 249 °C). Сегодня мы использовали бы температуру в Кельвинах и сказали бы, что при постоянном давлении температура удваивается, а значит, удваивается и объем воздуха. Объяснение этому факту дано! здесь ХХХ.
Что касается их двигателя, компания Woodbury & Co. хотела проверить, что произойдет с давлением, если объем останется постоянным.

Путем практических экспериментов они обнаружили, что если воздух сильно сжать в ресивере, а затем нагреть примерно до 480 °F, сила его расширения увеличится в два раза по сравнению с силой, действующей на тот же воздух до приложения тепла.

Другими словами, при подаче тепла при температуре 480 ° F, если давление остается постоянным, объем удвоится, или, если объем постоянный, то давление удвоится.
Опять же, используя Кельвин, мы сказали бы в случае постоянного объема, что давление воздуха удвоится, если температура удвоится. Удивительно, но эти господа изобретатели не знали Закона Шарля, открытого в 1787 году, и должны были проводить эксперименты, чтобы заново открыть его! Они сочли нужным упомянуть плоды своих экспериментов в своем патенте.

Теперь эти эксперименты привели их к другому важному выводу, который лег в основу принципа работы их двигателя. Но давайте поговорим:

Практическими опытами мы установили, что если воздух сильно сжать в ресивере, а затем подвергнуть его нагреву примерно на 480°, то его расширяющая сила увеличится в два раза по сравнению с величиной, проявляемой тем же самым предшествующим приложением тепла. Таким образом, будет понятно, что, увеличивая количество воздуха, нагнетаемого в ресивер, давление, которое он оказывает, может быть удвоено той же постоянной степенью тепла, о которой говорилось выше, каким бы ни было давление, оказываемое в первую очередь холодным сжатым воздухом.

, степень давления, которое может быть достигнуто, полностью зависит от плотности сжатого воздуха, в то время как количество подаваемой теплоты остается неизменным.

Новый принцип работы

Компания Woodbury & Co. знала, что атмосферные и газовые двигатели давно известны. Но то, как они используют воздух в качестве движущей силы, было новым.
Первый способ заключается в использовании сильно сжатого воздуха в качестве движущей силы, при котором не используется тепло. Другой способ реализуется двигателем, в котором воздух нагревается, расширяется, охлаждается и сжимается подобно паровому двигателю низкого давления или конденсации. Это случай двигателя Ericsson. Третий режим — это режим старого двигателя Стирлинга, в котором используется сжатый воздух, циклически нагреваемый и охлаждаемый при прохождении через двигатель; воздух также является рабочей жидкостью. Один и тот же воздух используется снова и снова.

В атмосферном двигателе Вудбери сильно сжатый воздух находится в ресивере и нагревается. В указанном ресивере поддерживается равномерное давление с помощью воздушного насоса, составляющего примерно половину объема рабочего цилиндра. Нагретый сжатый воздух попеременно расширяется на противоположных сторонах поршня, как в обычном паровом двигателе высокого давления.
Важной частью изобретения является регулирование отсечки нагретого воздуха при его расширении, которое должно осуществляться соответственно сжатию воздуха.

Описание

Основные части атмосферного двигателя Вудбери состоят из рабочего цилиндра (b, b), воздушного насоса и ресивера (рис. 1 и рис. 2). Цилиндр (b, b) изготовлен из та же конструкция, что и у обычной паровой машины с подающим и выпускным клапаном. Два клапана приводятся в действие соответственно штоком клапана (d, e) и соединены с эксцентриками (f, g). Шток поршня (h) и соединительный шток (i) прикреплены к кривошипу k. Отсечной клапан приводится в действие штоком (d’) и эксцентриком (g’) так же, как в паровой машине.

Воздушный насос (л, л) двойного действия и составляет половину объема рабочего цилиндра. Он приводится в действие шатуном (m), также прикрепленным к кривошипу k. Дополнительный механизм предотвращал слишком большое давление сжатого воздуха.

Ресивер (n, n) содержит сжатый воздух. Он сообщается с насосом патрубком (о, о) и с рабочим цилиндром патрубком (р, р).

В отличие от большинства двигателей с горячим воздухом, атмосферный двигатель Вудбери не имел маховика. Если рассматривать эволюцию двигателя и результат, достигнутый в 1880 году, то здесь можно сделать вывод об ошибке.

Двигатель открытого цикла с внешним сгоранием и горячим воздухом (рис. 1 и рис. 2). Однако в их усовершенствовании того же года (рис. 3) двигатель является замкнутым. Это не противоречие, это эволюция. Изобретатели, стремящиеся к двигателям большой мощности, приходят к выводу, что этого можно добиться только за счет двигателя замкнутого цикла.
Тот же тип эволюции будет наблюдаться и для других функций.

Эксплуатация

Для запуска двигателя к ресиверу, содержащему воздух при атмосферном давлении, подается тепло 480 °F. Давление воздуха удвоится, а затем будет сообщено рабочему цилиндру и приведет в действие поршень. Там он приложит достаточную силу, чтобы запустить двигатель.

Движение сообщается поршню воздушного насоса, питающегося от атмосферного воздуха (отсюда и название атмосферный двигатель). Насос нагнетает некоторое количество холодного воздуха в горячий ресивер. Под действием тепла этот холодный воздух немедленно удвоит свое давление. Затем он перейдет к рабочему цилиндру, чтобы начать новый цикл.
Подача горячего воздуха в рабочий цилиндр будет своевременно отключена в зависимости от степени сжатия воздуха.

Экономайзер

В их усовершенствованном варианте (рис. 3) двигатель получает дополнительный выпускной цилиндр (q, q), целью которого является повторное использование тепла расширенного воздуха. Он работает как экономайзер (или регенератор) двигателя Стирлинга.
Запуск поршня из рабочего цилиндра осуществляется воздухом, подаваемым из ресивера, как и для первого варианта. Но отработанный воздух, вместо выхода в атмосферу, проводится по трубам (р, р) вокруг газоходов выпускного цилиндра (q, q) и по трубам (r, r) в резервуар (n) , откуда он подается к воздушному насосу для повторного сжатия.
Сжатый воздух, поступающий от насоса к ресиверу с подогревом (к, к), проводится по трубе (с, с) к выпускному цилиндру (q, q), по газоходам которого нагревается проходящим отработавшим воздухом их.

Обсуждение

То, как они построили свой двигатель, говорит о том, что компания Woodbury & Co. понимала первостепенную важность разделения фазы нагрева рабочего тела с фазами его расширения/сжатия. В своем патенте они предполагают, что ресивер вместо того, чтобы быть горизонтальным, мог быть установлен в вертикальном положении, при этом ресивер имел внутренние трубы или дымоходы, как обычный котел. Время нагрева и поверхности нагрева, это все то, чего не было ни у двигателя Стирлинга, ни у двигателя Эрикссона.

Между первым и вторым вариантами, произошедшими в течение нескольких месяцев, видны заметные изменения. Изобретатели, быстро учась, понимают, что атмосферное давление будет генерировать только небольшую мощность, и делают необходимые преобразования, чтобы использовать сжатый холодный воздух в своем двигателе. Это подразумевает переход к двигателю с замкнутым циклом.
Они также добавляют выпускной цилиндр, который работает как экономайзер двигателя преподобного Стирлинга, чтобы повторно использовать потерянное тепло.

Эти три части (нагреватель, замкнутый цикл с высоким давлением и экономайзер), хотя еще не очень зрелая концепция, но, безусловно, были первым шагом к их главному новшеству: реверс двигателя 1880.

Одним из основных недостатков этого атмосферного двигателя является нагнетание воздуха в ресивер. Очевидно, существует разница в давлении между холодным воздухом, выходящим из насоса, и нагретым воздухом внутри ресивера, причем давление последнего (по задумке Вудбери и Ко) в два раза превышает давление входящего воздуха. Это физически невозможно. Чтобы попасть в ресивер, входящий воздух должен иметь то же давление, что и воздух внутри ресивера.
Таким образом, в каждом цикле насос должен увеличивать давление холодного воздуха, и, как следствие, объем холодного воздуха уменьшается цикл за циклом. Через некоторое время двигателю станет не хватать воздуха для работы, и он остановится.
Изобретатели часто совершали эту ошибку, потому что слепо следовали принципам паровой машины. Следующий двигатель Woodbury & Co. прекрасно решит эту проблему.

Снятие маховика является сомнительной особенностью, потому что проблемы, возникающие из тупиков, иначе не решаются. Двигатель может запуститься сам по себе только в том случае, если кривошип установлен вручную соответствующим образом. Любая остановка может стать обременительной. Более того, даже если двигатель запустится сам по себе, высока вероятность того, что он будет работать неровно и неровно из-за отсутствия инерции, которую не может дать отсутствующий маховик.
В своем следующем двигателе изобретатели добавят маховик.

путь от Томаса Ньюкомена до Джеймса Уотта

В технологическом зимнем выпуске 2021 года журнала Lapham’s Quarterly писатель Саймон Винчестер отмечает то, что он называет «одним очевидным и неотъемлемым фактом: вода, нагретая до точки кипения, трансмутирует в газообразное состояние, пар, занимающий объем, полностью в 1700 раз превышающий его жидкое происхождение».

«Доказуемый и неотъемлемый факт», на который ссылается Винчестер, неумолимо ведет к Джеймсу Уатту, шотландскому изобретателю и инженеру-механику, родившемуся в Гриноке, недалеко от Глазго, 18 января 1736 года. В статье на сайте BBC History Уотт описывается как «известный за его усовершенствования в технологии паровых двигателей».

Винчестер добавляет: «Таким образом, промышленная революция полностью обязана Уатту: за почти два столетия не родилось более оригинального устройства, чем его двигатель и его бесчисленные производные».

Уатт был новатором, который увидел недостатки предыдущих паровых двигателей и внес существенные усовершенствования. До него было несколько попыток построить эффективную машину. В частности, один из них, разработанный в Великобритании Томасом Ньюкоменом в начале 1700-х годов, широко использовался в приводных насосах для удаления воды из шахт, что было одной из самых больших промышленных проблем 18 века.

В 1763 году Уатта, работавшего в Университете Глазго производителем точных инструментов и приборов, попросили изучить двигатель Ньюкомена. Это были «крайне неэффективные» энергозатратные машины, говорит Карл Лира, доцент Инженерной школы Мичиганского государственного университета в США.

К 1765 году Ватт придумал свою «прорывную разработку», хотя «прошло 11 лет, прежде чем он увидел устройство на практике», — говорит Лира.

Джеймс Уотт. Предоставлено: Предоставлено: Архив универсальной истории / Участник / Getty Images

Ньюкомен родился в Дартмуте, Великобритания, 28 февраля 1664 года. Его отец был торговцем и судовладельцем, а Томас стал кузнецом и слесарем.

В статье 2012 года, опубликованной Американским обществом инженерного образования (ASEE), говорится, что Ньюкомен построил свой первый успешный паровой двигатель в 1712 году, и «его конструкция производилась в больших количествах с 1712 до примерно 1820-х годов и продолжала использоваться примерно до 1930 года. ».

ASEE сообщает, что Ньюкомен «был первым, кто разработал действующий паровой двигатель, основанный на принципах и конструкциях инженеров и ученых до него, в частности, устройство парового поршневого цилиндра, продемонстрированное, но никогда не коммерциализированное Денисом Папеном». Папен был французским изобретателем, родившимся 22 августа 1647 года.0003

Получайте новости о научных новостях прямо на свой почтовый ящик.

Работая с Джоном Калли, сантехником и стекольщиком по профессии, Ньюкомен потратил семь лет на разработку нормально работающего двигателя. Он был установлен в 1712 году на угольных заводах Конигри в Уэст-Мидлендсе, Англия, для откачки воды из шахты.

Двигатель, по словам ASEE, «особенно в его первоначальном виде был крайне неэффективным, но вполне способен перекачивать большое количество воды с ранее недостижимых глубин». Сообщается, что некоторые двигатели Ньюкомена выкачивались из шахт на глубине более 300 метров.

По словам Лиры, один из фундаментальных принципов, используемых при разработке паровой энергетики, заключается в том, что «конденсация водяного пара может создавать вакуум».

Он говорит, что машина Ньюкомена «была названа «атмосферным» двигателем, потому что максимальное используемое давление пара близко к атмосферному давлению».

ASEE объясняет, что базовая конфигурация двигателя «состоит из трех основных частей: парового поршня и цилиндра, качающейся балки и поршневого водяного насоса. Поршень и цилиндр создавали движущую силу за счет конденсации пара, который создавал вакуум в цилиндре. Затем атмосферное давление на верхнюю часть поршня заставляло поршень двигаться. Рокер использовался для передачи мощности от поршня к насосу, который поднимал воду из шахт».

Марк Челе, профессор Ниагарского колледжа в Онтарио, Канада, пишущий об истории технологий, описывает одну из более поздних машин Ньюкомена как имеющую «выходную мощность примерно 14,9 кВт (2 л.с.) и работающую со скоростью 14 ударов в минуту. (поэтому поршень совершает оборот каждые четыре секунды — довольно быстро для веса двигателя. Диаметр цилиндра у него был 28 дюймов (71 см), а ход поршня — 72 дюйма (182 см)».

Когда Уатт исследовал двигатель Ньюкомена По словам Лиры, он «осознал, сколько энергии требуется» для его запуска: «Паровой цилиндр неоднократно нагревался и охлаждался, что тратило энергию на повторный нагрев стали, а также вызывало большие термические напряжения».0003

По словам Лиры, ключевой разработкой компании Watt было добавление к двигателю отдельного конденсатора. «Двигатель Уатта, как и двигатель Ньюкомена, работал по принципу разности давлений, создаваемой вакуумом на одной стороне поршня, чтобы толкать паровой поршень вниз. Однако паровой цилиндр Уатта все время оставался горячим. Клапаны позволяли пару течь в отдельный конденсатор, а затем конденсат откачивался вместе с любыми газами с помощью воздушного насоса.

 «Двигатель Ньюкомена был лучшей технологией на протяжении 60 лет! Некоторые двигатели Ньюкомена использовались намного дольше, хотя они значительно уступали последующим двигателям Уатта».

Ньюкомен умер 5 августа 1729 года в Лондоне. Полномасштабная копия его двигателя 1712 года выставлена ​​в Живом музее Черной страны недалеко от Бирмингема в Великобритании.

Как работают двигатели Стирлинга?

Как работают двигатели Стирлинга? — Объясните этот материал

Вы здесь: Домашняя страница > Инжиниринг > Двигатели Стирлинга

• Дом
• Алфавитный указатель
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 28 мая 2021 г.

Двигатели питают наш мир с момента Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие 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 температурой и низкой один — не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все же придумывают небольшие улучшения, которые сделать процесс немного быстрее или эффективнее. Один двигатель вы возможно, много слышал о недавно двигатель Стирлинга, что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует один и тот же воздух или газ снова и снова. снова и снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. В команде Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но на самом деле они с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования Возобновляемая энергия. На этом фото вы можете увидеть массив зеркал концентрируя солнечное тепло на двигателе Стирлинга, который вырабатывает электричество. Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Содержание

1. Что такое двигатель?
2. Что такое двигатель Стирлинга?
3. Каковы ключевые части двигателя Стирлинга?
4. Как работает двигатель Стирлинга?
5. Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?
6. Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга
7. Кто изобрел двигатели Стирлинга?
8. Узнать больше

Что такое двигатель?

Двигатели, приводящие в движение транспортные средства или заводские машины являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для высвобождения тепловая энергия, которая используется для производства газ расширится и остынет, нажми на поршень, крутить руль и водить 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 двигатели) сжигать топливо и производить мощность точно в одном месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Оба типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем остывать. Чем больше разница температур (между газом при самое горячее и самое холодное), тем лучше работает двигатель. Теория того, как работа двигателя основана на науке термодинамики (буквально «как движется тепло») и на 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 же такого хорошего в Двигатели Стирлинга, это поможет, если мы узнаем, что так плохо Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает воды, пока она не закипит и не сделает пар. Пар идет по трубе в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень и водит колесо. Затем впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный ненужный пар через выйти и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Примеры паровых двигателей, таких как в этом локомотиве двигателей внешнего сгорания. Огонь, дающий энергию при сгорании (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который приводит в движение колеса с кривошипом (5) и приводит в движение поезд (6). Паровая и тепловая энергия постоянно выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ приведения в действие движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было много и никто особо не заботился о том, чтобы навредить планете.

Много проблем с паром двигателей, но вот четыре наиболее очевидных. Во-первых, котел из-за чего пар работает под высоким давлением и существует риск что он может взорваться (взрывы котлов были серьезной проблемой с очень ранними паровыми двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется, получая тепло от один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, еще достаточно горячий, поэтому он содержит потраченную впустую энергию. В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные количества воды, а также топлива. (Вот почему паровозы имеют продолжать останавливаться у цистерн с водой на обочине пути. )

Рекламные ссылки

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, преодолевающий эти проблемы? Предположим, мы избавились от котла (что решило бы опасность взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для перемещения тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и использовать обычный воздух (или какой-либо другой простой газ) для перемещения тепла энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда позвонил

двигатели горячего воздуха .) Если мы запечатаем этот воздух в закрытой трубе, то один и тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию от огня и выпуская его в цилиндр, 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 совершенствует паровой двигатель. Вы будете иногда видеть Двигатели Стирлинга, описываемые как «замкнутый цикл с рекуперацией тепла». двигатели», что является очень кратким способом выразить то, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют герметичный объем газа для возврата тепла и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они использовать теплообменники для сохранения части тепла, которое в противном случае теряться при каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровой машине).

Простой или сложный?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то это так же верно, как и великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но богаче, сложнее и потенциально очень запутанно, пока вы действительно не разберетесь с ними. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube.

показать, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за его работой снаружи: вам нужно хорошо подумать о цикле шагов, который он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычной паровой машине.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала рассмотрев содержащиеся в нем детали, затем подумав, что они делают, и, наконец, взглянув на более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Небольшой, компактный двигатель Стирлинга, подобный этому, может работать от крошечного разницы в тепле — даже когда человек отдыхает на чьих-то руках и убегает от содержащегося в них тепла. Фото 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 вытесняющий (или рабочий объем) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга). Вот основные части:

Источник тепла

Источником тепла двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, от угля. огонь солнечному зеркалу, концентрирующему тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга называются двигателями внешнего сгорания, они не должны вообще использовать горение (фактическое сжигание топлива): они просто нужна разница температур между источником тепла (откуда поступает энергия) и радиатор (куда она попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга теплом от чашки кофе, теплую чью-то ладонь или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, вырабатываемая двигателем, исходит от любой разницы температур между источником тепла и источником тепла. раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, работающим на что-то вроде чашки кофе, просто потому, что она содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Работа: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Объем газа постоянно запечатан внутри машины в закрытом цилиндре. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия операций, через которые он проходит). Его единственное назначение — перемещение тепловой энергии от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к набери еще. Газ, перемещающий 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 выбрасывает отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я полагаю, что все они имеют два поршня — это один из более очевидных вещей, которые отличают их от других двигателей. В общей конструкции, называемой двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, там два одинаковых поршня и цилиндра и газовые челноки сзади и далее между ними, нагреваясь и расширяясь, затем охлаждаясь и сжимаясь, прежде чем цикл повторяется.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой литражным (или бета-) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (окрашен зеленым), задачей которого является перемещение газа между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровой машине, вытеснитель подходит очень свободно (с небольшим свободным пространством между поршнем). край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад. Также имеется рабочий поршень (окрашен в темно-синий цвет), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, приводящую в движение независимо от того, работает ли двигатель. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелое маховик прикреплен к сборке импульс и обеспечить бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень вытеснителя постоянно движутся, но они не в ногу (одна четверть цикла или 90° не в фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень вытеснителя всегда находится на одну четверть цикла (90°) впереди рабочего поршня.

Теплообменник

Теплообменник, также известный как регенератор, находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла. на котором держится регенератор. Когда газ движется назад, он снова забирает 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?

Вкратце

Подобно паровому двигателю или автомобильному двигателю внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя ряд основных операций, известный как его цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга вытеснительного типа. На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит вот что. газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках движется от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно. Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для привода машины, которую приводит в действие двигатель, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повториться. Работа зеленого поршня вытеснителя заключается в перемещении газа с горячей стороны цилиндра (слева) на холодную сторону (справа) и обратно. Работая вместе, два поршня обеспечивают многократное перемещение тепловой энергии от источника к приемнику и ее преобразование в полезную механическую работу.

Подробно

1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) находится справа на более холодном конце цилиндра. По мере того как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня движутся внутрь (к центру).
2. Перенос и регенерация: поршень вытеснителя перемещается вправо, а охлажденный газ движется вокруг него в более горячую часть цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделил.
3. Нагрев и расширение: большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра. Он нагревается от огня (или другого источника 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 приводит в действие двигатель. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (и совершает работу).
4. Перенос и охлаждение: поршень вытеснителя перемещается влево, а горячий газ движется вокруг него в более холодную часть цилиндра справа. Объем газа остается постоянным при прохождении через регенератор (теплообменник), отдавая по пути часть своей энергии. Теперь цикл завершен и готов повториться.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому, с чего начал, это несимметричный процесс: энергия постоянно удаляется от источника и накапливается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ совершает определенное количество работы поршня при его расширении, но поршень совершает меньшую работу по сжатию охлажденного газа и возвращению 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? Зачем все эти отдельные ступени? Почему бы не сделать все это проще?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам нужно понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с газовыми законами (основными законами 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 (с сохранением тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

В двигателе Стирлинга используется другой цикл, который (в идеале) состоит из:

1. Изотермическое (постоянная температура) сжатие: наша стадия (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается по мере его сжатия. тепло в раковину.
2. Изоволюметрический (постоянный объем) нагрев: наша стадия (2) выше, на которой объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего прежнего тепла.
3. Изотермическое (постоянная температура) расширение: наша стадия (3) выше, на которой газ поглощает энергию источника, его объем увеличивается, а давление уменьшается, а температура остается постоянной.
4. Изоволюметрическое (постоянного объема) охлаждение: вышеприведенная стадия (4), на которой объем газа остается постоянным при его прохождении через регенератор и охлаждении.

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

Некоторые альтернативные анимации

• В Википедии есть еще одна анимация бета-версии двигателя Стирлинга (хоть и красиво нарисовано, за этим трудно уследить, потому что отдельные этапы не объясняются рядом).
• MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но сопровождающее объяснение довольно минимально.
• Лучший из всех: отличная анимация и объяснение на Animated Engines, превосходный веб-сайт со множеством четких и понятных страниц о всевозможных других движках, которые стоит изучить. Мне нравится, что все двигатели нарисованы в одном и том же простом стиле, поэтому их легко сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались оснастить автомобили двигателями Стирлинга, эксперименты были не такими успешными. Двигателю Стирлинга требуется время, чтобы набрать скорость. не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом фронте: будущие автомобили, скорее всего, будут оснащены электродвигателями или топливными элементами. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, которым требуется непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-либо горячее и что-то холодное. Они идеально подходят для солнечных электростанций, где солнечное тепло играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), которые должны производить стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга. используя их в качестве основы для компактного, домашнего электроснабжения генератор под названием Beacon 10, размером примерно с бытовую стиральную машину.

В обычном двигателе Стирлинга вы нагреваете до горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора). Как только электродвигатели можно использовать в качестве генераторов в обратном направлении, так что можно поставить энергию в двигатель Стирлинга и запустить его в обратном направлении, эффективно отвод тепла от радиатора и выброс его в источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криоохладитель». эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронные исследования.

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Фото: Чистый, экологичный, безопасный, эффективный и компактный — двигателей Стирлинга много преимущества. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

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 снабжении водой и не имеют сложную систему открывания и закрывания клапанов, двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что они не обязательно включают сжигание топлива, могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей, которые обычно сжигают уголь для кипячения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разное топливо.

С другой стороны, двигатели Стирлинга не запускаются мгновенно (это требуется время, чтобы важнейший теплообменник прогрелся, а маховик разгоняются) и они не так хорошо работают в режиме стоп-старт (в отличие от двигателей внутреннего сгорания двигатели). Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло. что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Иллюстрация: это иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года). напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложный. Два больших чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор), и поршни вытеснителя перемещаются внутри них вперед и назад. Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Работа из книги «История и прогресс 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 эффективнее паровых двигателей, разработанных около века назад Томасом Ньюкоменом (и позже улучшенным Джеймс Уотт и др.). Появление двигателей внутреннего сгорания (бензиновых и дизельных двигателей) Двигатели Стирлинга отошли на второй план, хотя они были заново открыты Компания Philips в середине 20 века. Совсем недавно они становятся популярными в солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии. энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология получил еще один импульс в 1980-е, когда Иво Колин из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новую, очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между источник тепла и поглотитель.

Узнайте больше

На этом сайте

• Дизельные двигатели
• Энергия
• Двигатели
• Бензиновые двигатели
• Тепло
• Реактивные двигатели
• Паровые двигатели

Статьи

Новости

• Металлический порошок: новое безуглеродное топливо? Александр Хеллеманс, IEEE Spectrum, 16 декабря 2015 г. Как двигатели Стирлинга (приводимые в действие металлическими топливо) может сыграть свою роль в чистом, зеленом будущем.
• Дин Кеймен думает, что его новый двигатель Стирлинга избавит вас от сети менее чем за 10 тысяч долларов, Кристофер Хелман. Forbes, 2 июля 2014 г. Краткое введение в генератор Камена Beacon 10.
• Новый ядерный двигатель может использоваться для исследования дальнего космоса Адама Манна. Wired, 27 ноября 2012 г. НАСА исследует ядерный двигатель Стирлинга, который может питать космические зонды в местах, где солнечный свет (и солнечная энергия) недоступен.
• Ford Motors испытывает потенциальный двигатель будущего, Ричард Уиткин. The New York Times, 3 ноября 1975 г. Отчет из архива Times о первых испытаниях Форда двигателей Стирлинга.
• Империя вне сети Салли Ади. IEEE Spectrum, 31 июля 2009 г. Как двигатели Стирлинга и возобновляемые технологии помогают Дину Кеймену жить в автономном режиме на собственном частном острове.

Более академический

• Двигатель Стирлинга Грэма Уокера, Scientific American, Vol. 229, № 2 (август 1973 г.), стр. 80–87. Хорошие иллюстрации различных конфигураций Стирлинга, включая Ванкеля, Ринии и другие варианты.
• Двигатель Стирлинга: «Циклическая жизнь» старой технологии Райнхольда Бауэра, Icon, Vol. 15 (2009), стр. 108–118. Почему двигатели Стирлинга так и не стали коммерчески популярными? Теперь перспективы для них лучше?

Книги

Двигатели Стирлинга

• Механический КПД тепловых двигателей Джеймс Р. Сенфт. Cambridge University Press, 2007. Подробное термодинамическое исследование тепловых двигателей, включая двигатели Стирлинга.
• Двигатели Стирлинга и горячего воздуха: проектирование и создание экспериментальных моделей двигателей Стирлинга Роя Дарлингтона и Кейта Стронга. The Crowood Press, 2005. Практическое руководство по двигателям Стирлинга для модельеров.
• Введение в двигатели Стирлинга Джеймса Р. Сенфта. Moriya Press, 1993. Краткое объяснение теории одного из пионеров современных двигателей.
• История и развитие парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667 и далее. Подробное описание «Патентного воздушного двигателя», основанное на оригинальном патенте Роберта Стирлинга и (очень приблизительно) современное ему.

Термодинамика двигателей

• Двигатели: введение Джона Лиска Ламли. Издательство Кембриджского университета, 1999. Хотя это касается двигателей внутреннего сгорания, это будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
• Термодинамика для чайников, Майк Паукен. Джон Уайли и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение к таким вещам, как двигатели.

Видео

• Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация реального бета-типа двигателя Стирлинга, такого как тот, что показан в моей анимации выше.
• Двигатель Стирлинга: разборка: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам, что внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020.