Төрт тактілі қозғалтқыш жұмысының қағидалары

Кіріспе

Ішкі жанатын қозғалтқыш түрі

Төрт тактілі (сонымен қатар төрт циклды) қозғалтқыш – бұл ілмектің қималын айналдыра отырып, төрт бөлек тактыны аяқтайтын ішкі жанатын (ІЖ) қозғалтқыш. Такт – поршеньнің цилиндр бойымен кез келген бағыттағы толық қозғалысын білдіреді. Төрт бөлек такт мыналар:
Сору: Индукция немесе сорғы деп те аталады. Бұл такт поршеньнің жоғарғы өлі нүктеден (ЖӨН) басталып, төменгі өлі нүктеде (ТӨН) аяқталады. Бұл тактта сору клапаны ашық болуы керек, ал поршень ауа-жанармай қоспасын төмен қозғалу арқылы цилиндрде жартылай вакуум (теріс қысым) тудырып, цилиндрге тартады. Сығу: Бұл такт ТӨН-нен басталады немесе сору тактысының соңында және ЖӨН-де аяқталады. Бұл тактта поршень ауа-жанармай қоспасын қуат тактысында (төменде) тұтандыруға дайындық ретінде сығады. Бұл кезеңде сору және шығару клапандары жабылады. Жану: Қуат немесе тұтандыру деп те аталады. Бұл төрт тактілі циклдің екінші айналысының басталуы. Осы кезде қима 360 градусқа айналады. Поршень ЖӨН-де (сығу тактысы аяқталғанда) қысылған ауа-жанармай қоспасы ұшқышпен (бензин қозғалтқышында) немесе жоғары қысымнан пайда болатын жылумен (дизельді қозғалтқыштарда) тұтандырылады, бұл поршеньді күшпен ТӨН-ге қайтарады. Бұл такт қозғалтқыштан қуатты қиманы айналдыру үшін механикалық жұмыс жасайды. Шығару: Шығыс деп те аталады. Шығару тактысы кезінде поршень тағы да ТӨН-нен ЖӨН-ге қайта оралады, ал шығару клапаны ашық болады. Бұл әрекет пайдаланылған ауа-жанармай қоспасын шығару порты арқылы шығарады. Төрт тактілі қозғалтқыштар автомобильдерде, жүк көліктерінде, дизельді локомотивтерде, жеңіл ұшақтарда және мотоциклдерде қолданылатын, қозғалмалы құралдар үшін ең көп таралған ішкі жанатын қозғалтқыш конструкциясы болып табылады. Басты балама конструкция – екі тактілі цикл. 1861 жылы Леноар қозғалтқышының көшірмесін сынаған кезде Отто жанармай зарядына қысымның әсерін байқады. 1862 жылы Отто Леноар қозғалтқышының нашар тиімділігі мен сенімділігін жақсарту үшін жаңа қозғалтқыш жасауға тырысты. Ол жанармай қоспасын тұтандыру алдында қысылатын қозғалтқыш жасауға тырысты, бірақ қозғалтқыш жойылғанға дейін бірнеше минуттан артық жұмыс істемегендіктен, сәтсіз болды. Көптеген инженерлер бұл мәселені шешуге тырысты, бірақ сәттілікке жетпеді. 1884 жылы Оттоның компаниясы, сол кезде Gasmotorenfabrik Deutz (GFD) деп аталған, электрлік тұтандыру және карбюраторды әзірледі. 1890 жылы Даймлер мен Майбах "Daimler Motoren Gesellschaft" деп аталған компания құрды. Бүгінде бұл компания Daimler Benz болып табылады.

A four stroke (also four cycle) engine is an internal combustion (IC) engine in which the piston completes four separate strokes while turning the crankshaft. A stroke refers to the full travel of the piston along the cylinder, in either direction. The four separate strokes are termed:
Intake: Also known as induction or suction. This stroke of the piston begins at top dead center (T. D. C.) and ends at bottom dead center (B. D. C.). In this stroke the intake valve must be in the open position while the piston pulls an air fuel mixture into the cylinder by producing a partial vacuum (negative pressure) in the cylinder through its downward motion. Compression: This stroke begins at B. D. C, or just at the end of the suction stroke, and ends at T. D. C. In this stroke the piston compresses the air fuel mixture in preparation for ignition during the power stroke (below). Both the intake and exhaust valves are closed during this stage. Combustion: Also known as power or ignition. This is the start of the second revolution of the four stroke cycle. At this point the crankshaft has completed a full 360 degree revolution. While the piston is at T. D. C. (the end of the compression stroke) the compressed air fuel mixture is ignited by a spark plug (in a gasoline engine) or by heat generated by high compression (diesel engines), forcefully returning the piston to B. D. C. This stroke produces mechanical work from the engine to turn the crankshaft. Exhaust: Also known as outlet. During the exhaust stroke, the piston, once again, returns from B. D. C. to T. D. C. while the exhaust valve is open. This action expels the spent air fuel mixture through the exhaust port. Four stroke engines are the most common internal combustion engine design for motorized land transport, being used in automobiles, trucks, diesel trains, light aircraft and motorcycles. The major alternative design is the two stroke cycle. In testing a replica of the Lenoir engine in 1861, Otto became aware of the effects of compression on the fuel charge. In 1862, Otto attempted to produce an engine to improve on the poor efficiency and reliability of the Lenoir engine. He tried to create an engine that would compress the fuel mixture prior to ignition, but failed as that engine would run no more than a few minutes prior to its destruction. Many other engineers were trying to solve the problem, with no success. In 1884, Otto's company, then known as Gasmotorenfabrik Deutz (GFD), developed electric ignition and the carburetor. In 1890, Daimler and Maybach formed a company known as Daimler Motoren Gesellschaft. Today, that company is Daimler Benz.

Аткинсон циклі

Аткинсон циклі қозғалтқышы — Джеймс Аткинсонның 1882 жылы ойлап тапқан бір тактты ішкі жану қозғалтқышының түрі. Аткинсон циклі қуат тығыздығынан айнып, тиімділікті арттыру мақсатымен жасалған және кейбір қазіргі гибридтік электрлік жүйелерде қолданылады. Алғашқы Аткинсон циклі поршенді қозғалтқышы төрт тактты циклдың сору, сығу, жұмыс және шығару такттарын коленвалдың бір айналымында орындауға мүмкіндік берді және Отто циклі қозғалтқыштарына қатысты белгілі бір патенттерді бұзудан сақтану үшін құрастырылды. Аткинсонның ерекше коленвал дизайнының арқасында, оның кеңею коэффициенті сығу коэффициентінен өзгеше болуы мүмкін, ал жұмыс тақтысы сығу тақтысынан ұзақ болғандықтан, қозғалтқыш дәстүрлі поршенді қозғалтқышқа қарағанда жоғары жылу тиімділігіне жете алады. Аткинсонның бастапқы дизайны қазір тек тарихи қызығушылық тудырса, көптеген заманауи қозғалтқыштар отынды үнемдеу үшін Аткинсон циклінің мүмкіндіктерін пайдалана отырып, қысқа сығу тақтысы/ұзақ жұмыс тақтысы әсерін беру үшін стандартты емес клапан уақытын қолданады.

Дизельдік цикл

Дизельдік қозғалтқыш – 1876 жылғы Отто циклы қозғалтқышының техникалық жетілдірілуі. Ото 1861 жылы отын қоспасын тұтандыру алдында қысып, қозғалтқыштың тиімділігін арттыруға болатынын түсінген. Ал Рудольф Дизель ауыр отынмен жұмыс істейтін, тиімдірек қозғалтқыш түрін жасауды қалаған. Леноар, Отто атмосфералық және Отто сығу қозғалтқыштары (1861 және 1876 жылдар) жарық газбен (көмір газымен) жұмыс істеуге арналған. Отто сияқты, Дизель де шағын өнеркәсіптік компанияларға өздерінің қуат көзін жасағысы келді, бұл оларға ірі компаниялармен бәсекелесуге мүмкіндік берер еді. Сондай-ақ, Отто сияқты, қалалық отынмен байланысты қажеттіліктен құтылуды көздеді. Отто сияқты, цилиндрге бүркілген отынды өздігінен тұтандыра алатын жоғары қысымды қозғалтқышты жасауға он жылдан астам уақыт кетті. Дизель алғашқы қозғалтқышында отынды ауамен бірге бүркіп жіберді. Бастапқы даму кезінде қозғалтқыштардың бірі жарылып, Дизельдің өміріне қауіп төндірді. Бірақ ол табандылық танытып, 1893 жылы сәтті қозғалтқыш жасады. Қысым арқылы қызған отынды тұтандыратын жоғары қысымды қозғалтқыш қазір дизельдік қозғалтқыш деп аталады, ол төрт тактілі немесе екі тактілі конструкцияда болуы мүмкін. Төрт тактілі дизельдік қозғалтқыш көптеген жылдар бойы ауыр жұмыс істейтін жағдайларда кеңінен қолданылып келеді. Ол көбірек энергияға ие және өндіруге аз тазарту қажет болатын ауыр отынды пайдаланады. Ең тиімді Отто циклы қозғалтқыштарының жылу тиімділігі шамамен 30% құрайды.

Термодинамикалық талдау

Нақты төрт және екі такты циклдердің термодинамикалық талдауы оңай шаруа емес. Дегенмен, егер ауа стандартының шарттары қолданылса, талдауды едәуір жеңілдетуге болады. Соның нәтижесінде алынған цикл, нақты жұмыс жағдайларына өте жақын, ол Отто циклі деп аталады. Қозғалтқыш қалыпты жұмыс істеген кезде, ауа-отын қоспасы қысымдалғанда, қоспаны тұтандыру үшін электр ұшқыны пайда болады. Төмен айналымдарда бұл Жоғарғы өлі нүктеге (TDC) жақын жерде болады. Қозғалтқыш айналымдары артқан сайын, жалын фронтының жылдамдығы өзгермейді, сондықтан тұтану нүктесі циклдің басындағы бөлігіне жылжытылады, бұл зарядтың қуат соққысы басталар алдында көбірек жануына мүмкіндік береді. Бұл артықшылық түрлі Отто қозғалтқыштарының конструкцияларында көрінеді; атмосфералық (қысылмайтын) қозғалтқыш 12% тиімділікпен жұмыс істейді, ал қысылған зарядты қозғалтқыш шамамен 30% тиімділікпен жұмыс істейді.

Отынға қатысты ескертулер

Қысылған зарядты қозғалтқыштардың бір мәселесі – қысылған зарядтың температурасының көтерілуі алдын ала тұтануға әкелуі мүмкін. Егер бұл дұрыс емес уақытта және тым күшті болса, қозғалтқышты зақымдауы мүмкін. Мұнайдың әртүрлі фракцияларының тұтану температуралары (отынның өздігінен тұтанатын температурасы) әртүрлі болады. Бұл фактор қозғалтқыш пен отын конструкциясында ескерілуі тиіс. Қысылған отын қоспасының ерте тұтануға бейімділігі отынның химиялық құрамымен шектеледі. Қозғалтқыштардың әртүрлі өнімділік деңгейін қамтамасыз ету үшін отынның бірнеше кластары бар. Отынның өздігінен тұтану температурасын өзгерту үшін оның құрамы өзгертіледі. Мұны бірнеше тәсілмен жасауға болады. Қозғалтқыштар жоғары сығылым қатынасымен жасалғандықтан, отын қоспасы қасақана тұтану алдында жоғары температураға дейін қысылғандықтан, алдын ала тұтану ықтималдығы артады. Жоғары температура бензин сияқты отынды тиімді буландырады, бұл сығылым қозғалтқышының тиімділігін арттырады. Жоғары сығылым қатынастары поршеньнің қуат өндіру үшін итермелейтін қашықтығының ұзарғанын да білдіреді (бұл кеңейту қатынасы деп аталады). Белгілі бір отынның октан саны – отынның өздігінен тұтануға төзімділігінің өлшемі. Жоғары сандық октан саны бар отын жоғары сығылым қатынасына мүмкіндік береді, бұл отыннан көбірек энергияны шығарып, осы энергияны тиімдірек пайдалы жұмысқа айналдырады, сонымен қатар алдын ала тұтанудан қозғалтқышты зақымданудан сақтайды. Жоғары октанды отынның бағасы да жоғары. Көптеген қазіргі заманғы төрт тактілі қозғалтқыштар бензин тікелей инъекциясын немесе GDI қолданады. Бензин тікелей инъекцияланатын қозғалтқышта инжектор соплосы жану камерасына еніп тұрады. Тікелей отын құюшы цилиндрге өте жоғары қысыммен бензин шашыратады, бұл поршень жоғары нүктеге жақын болған кезде сығылым тактысында орындалады. Дизельді қозғалтқыштардың табиғаты бойынша алдын ала тұтану туралы мәселелер болмайды. Олардың негізгі мәселесі – жануды бастау мүмкіндігі. Дизель отынының тұтануға бейімділігінің сипаттамасы цетан саны деп аталады. Дизель отынының ұшпалығы төмен болғандықтан, оны суық күйде іске қосу қиын болуы мүмкін. Суық дизельді қозғалтқышты іске қосу үшін әртүрлі техникалар қолданылады, ең көп таралғаны – қыздыру шамын пайдалану.

A problem with compressed charge engines is that the temperature rise of the compressed charge can cause pre ignition. If this occurs at the wrong time and is too energetic, it can damage the engine. Different fractions of petroleum have widely varying flash points (the temperatures at which the fuel may self ignite). This must be taken into account in engine and fuel design. The tendency for the compressed fuel mixture to ignite early is limited by the chemical composition of the fuel. There are several grades of fuel to accommodate differing performance levels of engines. The fuel is altered to change its self ignition temperature. There are several ways to do this. As engines are designed with higher compression ratios the result is that pre ignition is much more likely to occur since the fuel mixture is compressed to a higher temperature prior to deliberate ignition. The higher temperature more effectively evaporates fuels such as gasoline, which increases the efficiency of the compression engine. Higher compression ratios also mean that the distance that the piston can push to produce power is greater (which is called the expansion ratio). The octane rating of a given fuel is a measure of the fuel's resistance to self ignition. A fuel with a higher numerical octane rating allows for a higher compression ratio, which extracts more energy from the fuel and more effectively converts that energy into useful work while at the same time preventing engine damage from pre ignition. High Octane fuel is also more expensive. Many modern four stroke engines employ gasoline direct injection or GDI. In a gasoline direct injected engine, the injector nozzle protrudes into the combustion chamber. The direct fuel injector injects gasoline under a very high pressure into the cylinder during the compression stroke, when the piston is closer to the top. Diesel engines by their nature do not have concerns with pre ignition. They have a concern with whether or not combustion can be started. The description of how likely Diesel fuel is to ignite is called the Cetane rating. Because Diesel fuels are of low volatility, they can be very hard to start when cold. Various techniques are used to start a cold Diesel engine, the most common being the use of a glow plug.

Шығыс қуатының шектеулері

Қозғалтқыштың ең жоғары қуаты ең жоғары сорылатын ауа мөлшерімен анықталады. Поршеньді қозғалтқыштан алынатын қуат оның көлеміне (цилиндр көлеміне), екі тактылі немесе төрт тактылі конструкциясына, көлемдік тиімділігіне, шығындарға, ауа-отын қатынасына, отынның калориялық құндылығына, ауадағы оттегі мөлшеріне және айналу жылдамдығына (RPM) байланысты. Жылдамдық материалдың беріктігімен және майлау жүйесімен шектеледі. Клапандар, поршеньдер және шатун күшті үдеу күштеріне ұшырайды. Қозғалтқыш айналу жылдамдығы жоғары болғанда физикалық жұлыну және поршень сақиналарының дірілдеуі мүмкін, бұл қуаттың жоғалуына немесе тіпті қозғалтқыштың бұзылуына әкеледі. Поршень сақиналарының дірілдеуі – сақиналардың олар орналасқан поршеньдегі ойықтар ішінде тік бойымен тербелуінен туындайды. Сақинаның дірілдеуі сақина мен цилиндр қабырғасы арасындағы тығыздықты нашарлатады, бұл цилиндрдегі қысым мен қуаттың төмендеуіне себеп болады. Егер қозғалтқыш тым жылдам айналса, клапан серіппелері клапандарды жабу үшін жеткілікті жылдамдықпен әрекет ете алмайды. Бұл құбылыс "клапанның қалықтауы" деп аталады және поршеньнің клапанға соқтығысуына, қозғалтқышқа ауыр зақым келтіруіне әкелуі мүмкін. Жоғары жылдамдықтарда поршень-цилиндр қабырғасының майлауы нашарлайды. Бұл индустриялық қозғалтқыштар үшін поршень жылдамдығын шамамен 10 м/с-қа дейін шектейді.

Қабылдау/шығару портының ағыны

Қозғалтқыштың қуаты, ауа-отын қоспасы мен жану өнімдерінің цилиндр басында орналасқан клапан арналары арқылы жылдам өту қабілетіне байланысты. Қозғалтқыштың қуатын арттыру үшін, сору және шығару арналарындағы қателер, мысалы, құю кезіндегі ақаулар жойылады. Сонымен қатар, ауа ағыны сынағыш құралдың көмегімен клапан арналарының қисықтарының радиусы мен клапан ұясының конфигурациясы кедергіні азайту мақсатында өзгертіледі. Бұл процесс "арналарды өңдеу" деп аталады және ол қолмен немесе CNC станогы арқылы жасалуы мүмкін.

Ішкі жанатын қозғалтқыштың қалдық жылуды қалпына келтіру

Ішкі жану қозғалтқышы берілген энергияның 40-45 пайызын ғана механикалық жұмысқа айналдыра алады. Қалдық энергияның көп бөлігі салқындатқыш, қабыршақтар және т.б. арқылы қоршаған ортаға жылу ретінде шығарылады. Егер ысырап болған жылу қалпына келтіріліп, механикалық энергияға айналдырылса, циклдың жалпы тиімділігі артып, қозғалтқыштың жұмысы мен/немесе отынның тиімділігі жақсарытылуы мүмкін. Қалдық жылудың барлық ысырабының 6 пайызы ғана қалпына келтірілсе, қозғалтқыштың тиімділігі айтарлықтай артатыны анықталды. Қозғалтқыштан шығатын қалдық жылуды алу және одан пайдалы жұмыс жасау, сонымен бірге шығарындылардың зиянды заттарды азайту үшін көптеген әдістер ойлап табылды. Ранкин циклі, турбонаддув және термоэлектрлік генерация қалдық жылуды қалпына келтіру жүйесі ретінде өте тиімді болуы мүмкін.

Қосымша зарядтау

Қозғалтқыштың қуатын арттырудың бір жолы – цилиндрге көбірек ауа жіберу, осылайша әрбір күш соққысынан көбірек қуат алуға болады. Бұл суперкомпрессор деп аталатын ауаны қысу құрылғысын пайдалану арқылы жасалуы мүмкін, ол қозғалтқыш краншафтысымен қоздырылады. Суперкомпрессор ішкі жану қозғалтқышының орын ауыстыруға шаққандағы қуат шектерін арттырады. Көбінесе суперкомпрессор үнемі жұмыс істейді, бірақ оны тоқтатуға немесе қозғалтқыш жылдамдығына қатысты әртүрлі жылдамдықтарда жұмыс істеуге мүмкіндік беретін конструкциялар да жасалған. Механикалық түрде жұмыс істейтін суперкомпрессордың кемшілігі – шығарылатын қуаттың бір бөлігі суперкомпрессорды қозғалуға жұмсалады, сондай-ақ ауа екі рет қысылғандықтан, жану кезінде көбірек потенциалды көлем пайда болғанымен, ол тек бір сатыда кеңейеді, нәтижесінде жоғары қысымды газ шығару кезінде қуат ысырапқа кетеді.

Турбоқондырғы

Турбокомпрессор – қозғалтқыштың түтін газдарымен, турбина арқылы қозғалатын суперкомпрессор. Көлік құралының түтін жүйесіне турбокомпрессор орнатылып, шығарылған газдарды пайдалануға мүмкіндік береді. Ол екі бөліктен тұратын, жоғары жылдамдықты турбина жиынтығынан құралған, бір жағы ауаны қысып, екінші жағы түтін газы ағынымен қуаттанады. Бос жүріс кезінде және төменгі-орташа жылдамдықтарда турбина аз көлемді түтін газынан аз қуат шығарып, турбокомпрессортың әсері шамалы болады және қозғалтқыш атмосфералық түрде жұмыс істейді. Қуаттың көп көлемі қажет болған кезде, қозғалтқыштың айналу жылдамдығы мен дроссель ашылуы артады, түтін газдары жеткілікті болып, турбокомпрессордың турбинасын "айналдырып", сорғы коллекторына қалыптыдан гөрі әлдеқайда көп ауа қысылуын бастайды. Осылайша, қосымша қуат (және жылдамдық) осы турбинаның жұмысы арқылы қол жеткізіледі. Турбокомпрессор қозғалтқыштың тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, себебі ол әдетте ысырап болатын түтін қысымымен жұмыс істейді, бірақ турбо-кешігу деп аталатын конструкциялық шектеу бар. Қозғалтқыштың қуаты бірден қол жетімді емес, себебі турбо ауаны қысыруды бастамас бұрын, қозғалтқыштың айналуын күрт арттырып, қысымды жоғарылату және турбоны айналдыру қажет. Ауаның көлемі артуы түтін шығысын арттырады, турбоны жылдамдатады және тұрақты жоғары қуатқа жеткенше бұл процестер жалғаса береді. Тағы бір қиындық – жоғары түтін қысымының салдарынан, түтін газы қозғалтқыштың механикалық бөліктеріне көбірек жылуды беруіне себеп болады.

Стержень мен поршеньнің соққыға қатынасы

Қосымша білдектің соққы ұзындығына қатынасы – бұл қосымша білдектің ұзындығы мен поршеньнің соққы ұзындығы арасындағы пропорция. Ұзын білдек поршеньнің цилиндр қабырғасына түсетін бүйірлік қысымын және күштердің кернеуін азайтады, соның салдарынан қозғалтқыштың қызмет ету мерзімін ұзартады. Бірақ бұл қозғалтқыштың құнын, биіктігін және салмағын арттырады. "Төртбұрышты қозғалтқыш" – бұл цилиндр диаметрі соққы ұзындығымен тең болатын қозғалтқыш. Егер цилиндр диаметрі соққы ұзындығынан артық болса, онда ол артық төртбұрышты қозғалтқыш деп аталады, ал керісінше, егер цилиндр диаметрі соққы ұзындығынан кем болса, онда ол кем төртбұрышты қозғалтқыш деп аталады.

Клапандар жүйесі

Клапандар әдетте коленвал жылдамдығының жартысына айналатын кәмештафтың (немесе газбен бөлігіш білік) көмегімен жұмыс істейді. Оның бойында сору немесе шығару тактысы кезінде клапанды ашуға арналған бірнеше кәмелер орналасқан. Клапан мен кәме арасындағы тығызғыш клапанды ашу үшін сырғанап жүретін жанасу беті болып табылады. Көптеген қозғалтқыштар цилиндрлер қатарының (немесе әрбір қатарының) үстінде бір немесе бірнеше кәмештафтты пайдаланады, мысалы, суретте көрсетілгендей, әр кәме тікелей жалпақ иінтірек арқылы клапанды қозғайды. Басқа қозғалтқыш конструкцияларында кәмештафт коленвал корпусының ішінде орналасқан, онда әр кәме әдетте итергіш таяқшаға жанасады, ол клапанды ашатын шайқағышқа (балкаға) жанасады, ал жазық қозғалтқыш конструкциясында итергіш таяқша қажет емес. Кәмештафты жоғары орналастырған конструкция әдетте қозғалтқыштың жоғары жылдамдықтарына мүмкіндік береді, себебі ол кәме мен клапан арасындағы ең тікелей жолды қамтамасыз етеді.

Клапанның ашық жері

Клапан босқысы – клапанды итеріп тұрғыш пен клапан сабасы арасындағы клапанның толық жабылуын қамтамасыз ететін кішкентай кеңістік. Механикалық клапанды реттеуі бар қозғалтқыштарда, артық босқы клапан механизмінен шу тудырады. Клапан босқысының тым кішкентай болуы клапанның дұрыс жабылмауына алып келуі мүмкін. Бұл өнімділіктің төмендеуіне және ықтимал түрде шығару клапандарының қызып кетуіне себеп болады. Әдетте, босқы 20000 миль (32187 км) сайын сезімтал өлшегішпен қайта реттелуі тиіс. Көптеген қазіргі заманғы қозғалтқыштар клапан механизмінің тозуын автоматты түрде өтеу үшін гидравликалық итеріп тұрғыштарды қолданады. Лас мотор майы итеріп тұрғыштың бұзылуына себеп болуы мүмкін.

Энергиялық баланс

Отто қозғалтқыштарының тиімділігі шамамен 30% құрайды; яғни, жану нәтижесінде туындаған энергияның 30% қозғалтқыштың шығыс білігінде пайдалы айналмалы энергияға айналады, ал қалғаны ысырапты жылу, үйкеліс және қозғалтқыш құралымдарына байланысты жоғалады. Қалдық жылуға кеткен энергияны қайтарудың бірнеше жолы бар. Дизельді қозғалтқыштарда турбокомпрессорды пайдалану кіретін ауа қысымын арттырып, тиімдірек болып табылады және іс жүзінде, көліктің қуатын арттырады. Mack Truck компаниясы ондаған жылдар бұрын қалдық жылуды кинетикалық энергияға айналдыратын турбиналық жүйені жасады, оны қозғалтқыштың беріліс қорабына қайта бағыттады. 2005 жылы BMW турбопарогенераторын (turbosteamer) әзірлеу туралы хабарлады, бұл Мак жүйесіне ұқсас екі сатылы жылуды қалпына келтіру жүйесі, ол шығарындыс газдарындағы энергияның 80% -ын қалпына келтіріп, Отто қозғалтқышының тиімділігін 15% -қа арттырады. Алты тактілі қозғалтқыш отын тұтынуды 40% -қа дейін азайта алады. Қазіргі заманғы қозғалтқыштар көбінесе олардың мүмкіндігінен сәл төмен тиімділікпен жасалады. Бұл атмосфералық ластағыштарды, мысалы, түтін газдарын қайта айналдыру және каталитикалық түрлендіргіштер сияқты шығарындыстарды бақылау үшін қажет. Тиімділіктің төмендеуіне қозғалтқыш басқару блогының (ECU) жұқарлату (lean burn) техникасын қолдану арқылы қарсы тұруға болады. АҚШ-та Корпоративтік орташа отын экономиясы (CAFE) талаптары көлік құралдарының орташа көрсеткішінің қазіргі стандарттан жоғары болуын міндеттейді. Автокөлік өндірушілері 2016 жылға дейін осы стандарттарға қол жеткізуге тырысқандықтан, дәстүрлі ішкі жану қозғалтқышын (ICE) жаңартудың жаңа әдістерін қарастыру қажет. Отын тиімділігін арттырудың кейбір мүмкін шешімдеріне поршеньдің кривошиптен ең алыс нүктесінен кейін, яғни жоғарғы өлі нүктеде (TDC) тұтандыру және Миллер циклын қолдану кіреді. Бұл жаңа дизайн отын тұтынуды және шығарындыстарды айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. Бастапқы күй, сору тактысы және сығылу тактысы. Отынның тұтандырылуы, қуат тактысы және шығарындыс тактысы.

Otto engines are about 30% efficient; in other words, 30% of the energy generated by combustion is converted into useful rotational energy at the output shaft of the engine, while the remainder being lost due to waste heat, friction and engine accessories. There are a number of ways to recover some of the energy lost to waste heat. The use of a turbocharger in diesel engines is very effective by boosting incoming air pressure and in effect, provides the same increase in performance as having more displacement. The Mack Truck company, decades ago, developed a turbine system that converted waste heat into kinetic energy that it fed back into the engine's transmission. In 2005, BMW announced the development of the turbosteamer, a two stage heat recovery system similar to the Mack system that recovers 80% of the energy in the exhaust gas and raises the efficiency of an Otto engine by 15%. By contrast, a six stroke engine may reduce fuel consumption by as much as 40%. Modern engines are often intentionally built to be slightly less efficient than they could otherwise be. This is necessary for emission controls such as exhaust gas recirculation and catalytic converters that reduce smog and other atmospheric pollutants. Reductions in efficiency may be counteracted with an engine control unit using lean burn techniques. In the United States, the Corporate Average Fuel Economy mandates that vehicles must achieve an average of compared to the current standard of As automakers look to meet these standards by 2016, new ways of engineering the traditional internal combustion engine (ICE) have to be considered. Some potential solutions to increase fuel efficiency to meet new mandates include firing after the piston is farthest from the crankshaft, known as top dead centre, and applying the Miller cycle. Together, this redesign could significantly reduce fuel consumption and emissions. Starting position, intake stroke, and compression stroke. Ignition of fuel, power stroke, and exhaust stroke.

Жалпы көздер

ғылым әлемі. Вольфрам. com/physics/OttoCycle. html