Motor termic

Motor radial tip dublu stea, răcit cu aer

Un motor termic sau motor cu ardere este un motor termic , adică folosește căldura ca vector de energie pentru producția de lucrări mecanice (eventual convertite în curent electric), cum ar fi grupul turbogaz, motor cu aprindere pozitivă , motor cu aprindere prin compresie, abur motor .

Descriere

Tipul de combustie

există două tipuri principale de motoare cu ardere:

motor cu ardere internă , are loc în interiorul camerei de ardere
motor cu ardere externă , are loc în exterior și poate fi utilizat cu diferiți combustibili

Mod operativ

în motorul cu ardere există două tipuri principale de funcționare:

continuu (motor cu turbină), în care producția de energie este constantă în timp, dorind să împartă acest motor din punct de vedere funcțional, în el pot fi identificate trei zone, delimitate în camera de combustie , unde în fiecare zonă există transformarea combustibilului în energie, în mod continuu.
în faze (motor volumetric), în care se obține lucrări mecanice din pistoane, operația poate fi împărțită în faze, în fiecare dintre care există o acțiune diferită, necesară pentru a obține energie din combustibil.

Acesta din urmă poate fi încă împărțit într-un motor în mișcare:

Răcire

Același subiect în detaliu: Sistem de răcire .

Ținând cont că mijloacele finale prin care se schimbă întotdeauna căldura care rezultă din activitatea motorului este aerul, răcirea motorului termic poate fi:

În absență , motorul nu trebuie răcit sau nu este posibil să-l răcească, cum ar fi motoarele cu ardere externă.
În prezent , motorul are nevoie de răcire pentru a funcționa corect și constant.
- Răcirea cu aer , un sistem care exploatează suprafața mai mare de contact cu aerul, prin utilizarea aripioarelor.
- Răcire cu aer și ulei , sistem mixt între sistemul de aer și sistemul lichid.
- Răcirea cu lichid , un sistem care colectează căldura din cilindru și apoi o expulză printr-un lichid.
- Asistență , tipul de răcire poate fi asistat sau nu în funcția sa
  - Răcirea gratuită , folosește sisteme care nu folosesc energie pentru a funcționa, toate celelalte sisteme de răcire pot intra în această categorie.
  - Răcire forțată , dacă sistemul de răcire este echipat cu mecanisme care accentuează răcirea, ca în cazul ventilatoarelor sau pompelor, care pot funcționa continuu sau la nevoie.

Distribuția aprinderilor

Distribuția aprinderii sau atingerea punctului mort de sus variază în funcție de tipul de configurație a unităților motorului și au anumite caracteristici (de vibrație și tracțiune) pe care doriți să le aveți. Această distincție este utilizată pentru motorul multi-cilindru sau multi-fracțional, motorul cu patru cilindri este luat în considerare și afectează construcția arborelui cotit cu configurațiile:

Big Bang , folosit de Honda NSR500 din '90, și se caracterizează prin realizarea în perechi a TDC și aprinderea unităților termice, în plus, aceste arderi în perechi sunt apropiate, făcând motorul să se comporte într-un mod foarte asemănător un motor cu un singur cilindru .
Long bang , folosit de Kawasaki Ninja ZX-RR de Shinya Nakano , este o transpunere a sistemului Big Bang pe motoare în patru timpi, întotdeauna cu aprindere în perechi și aproape una de alta
Pulsul dublu , este utilizat în principal pe motoarele V cu unități uniforme și se caracterizează prin apropierea TDC (depinde de deschiderea V) și aprindere mai întâi cu jumătate din unitățile motorului, apoi cu unitățile rămase, aceste două faze sunt în general aproape la fel de distanțate, acest lucru face ca motorul să se comporte aproape ca un geamăn.
Screamer , se caracterizează prin atingerea echidistantă a TDC de către diferitele unități, astfel încât aprinderea are loc la fiecare 180 ° în cazul motoarelor cu patru cilindri în patru timpi, în general acesta este aranjamentul tipic al mașinii rutiere în patru timpi în linie timpii motoarelor.
Aprinderi regulate , se caracterizează printr-o aprindere progresivă a diferitelor unități, într-un mod foarte similar cu motorul "Screamer", dar diferă prin faptul că aceste aprinderi nu sunt neapărat echidistante, această configurație este utilizată în principal pe motoarele V, cu unghi altele decât 90 ° și 180 ° și folosiți un arbore cotit unde aveți două biele pe manivelă, ca la motoarele sport.
Acest aranjament poate lua numele, chiar dacă este necorespunzător, „ Patru impulsuri ” în cazul a patru cilindri, „ Cinci impulsuri ” în cazul a cinci cilindri etc.
Aprinderi neregulate , se caracterizează printr-o aprindere progresivă a diferitelor unități, într-un mod similar cu motorul "Screamer", dar diferă prin faptul că aceste aprinderi nu sunt echidistante una de cealaltă, de fapt la motoarele cu patru cilindri în loc să fie la la fiecare 180 °, arderea are loc la 0 °, 180 °, 270 ° (după încă 90 °), 450 ° (după încă 180 °) și reporniți după încă 270 ° (două rotații complete), acest motor este, prin urmare, caracterizat de o arborele cotit transversal.

Amenajarea unităților

Aranjament Delta

Motorul cu ciclu termic poate avea diferite elemente pentru dispunerea diferitelor elemente:

Motor tandem , cilindrii au fiecare un arbore cotit, care este conectat în diferite puncte ale clopotului ambreiajului.
La motorul în linie , cilindrii sunt dispuși de-a lungul unei linii drepte și paraleli între ei, utilizând același arborele cotit.
Motor unic , motor cu cilindri în linie, cu o dispunere paralelă față de asfalt.
Motor în formă de U sau „cilindru paralel”, constând dintr-o pereche de cilindri în linie dispuși într-o manieră „tandem”, motorul pătrat este caracterizat de două motoare „în linie cu doi cilindri” dispuse într-un „tandem” manieră.
Motorul cu cilindru opus sau „motorul boxer”, sunt motoare cu cilindri și pistoane opuse în linie, acestea din urmă conectate la un singur arbore cotit; sunt denumiți și „180 ° V”
Motor în formă de V , cilindrii sunt dispuși de-a lungul unei linii, dar nu sunt paraleli între ei și utilizează un singur arbore cotit, este definit ca „L” dacă unghiul dintre cele două maluri este de 90 ° cu un cilindru orizontal și unul vertical .
Motor Delta , motor format din motoare V plasate în tandem pentru a forma cilindri opuși.
Motor H , constând în utilizarea în tandem a două motoare Boxer sau cilindri opuși.
Motor W , format dintr-o pereche de motoare „V” dispuse într-un „tandem” sau un singur arbore cotit cu două biele pe manivelă, cu cilindrii dispuși pe două maluri, unde cilindrii fiecărei maluri corespunzătoare au două unghiuri de înclinare diferită .
Motor M , este un motor W cu capul în jos
Motor X , alcătuit dintr-o pereche de motoare „V”, care împart același arbore cotit și alcătuit dintr-o bază cu patru bănci .
Motor radial , constând dintr-un aranjament radial al cilindrilor în raport cu axa de rotație a arborelui cotit, în plus, o singură manivelă este utilizată pentru toți cilindrii, datorită utilizării unei biele, numită bielă mamă, la un cap și la mai multe picioare. "" "

Randament

Primul principiu de eficiență al motoarelor termice este definit ca raportul dintre energia mecanică generată de motor și energia furnizată de combustibil. Unul dintre factorii care influențează cel mai mult eficiența este relația dintre presiunea generată de ardere și creșterea relativă a temperaturii fazei active a ciclului (expansiune) și presiunea fazei pasive a ciclului (compresie). Returnările sunt foarte variabile în funcție de tipul: ^[1]

Motoare cu aprindere pozitivă pentru autovehicule 0.28-0.36
Motoare diesel grele 0.36-0.44
Motoare diesel supraalimentate pentru sisteme staționare 0,44-0,53

Alte exemple sunt 0,3 ( ciclul motor Atkinson al Toyota Prius 2016 ajunge la 0,4, în timp ce motorul 2T Diesel naval Wärtsilä-Sulzer RTA96-C al Wärtsilä are un randament mai mare la 0,5). Motoarele termice în cogenerare pot, pe de altă parte, să funcționeze cu o eficiență mult mai mare, recuperând o mare parte din căldura generată de motor.

Dar utilizarea primului principiu de eficiență pentru o comparație directă cu alte tehnologii trebuie întotdeauna marcată de o analiză atentă care prevede întregul ciclu al sistemului; de exemplu, un motor electric are în mod inerent o eficiență mult mai mare decât motorul termic, dar pentru generarea, transportul și stocarea energiei electrice necesare funcționării sale, acestea reduc foarte mult eficiența generală, în timp ce un motor termic, în ciuda faptului că are o eficiență relativ scăzut (dar crește odată cu recuperarea energiei prin sisteme hibride) necesită o sursă de energie care suferă mai puțini pași și transformări, acest lucru permite o eficiență generală comparabilă cu sistemele electrice.

Viitorul motoarelor termice

Odată cu reducerea câmpurilor petroliere, motoarele termice sunt destinate a fi utilizate din ce în ce mai marginal și cu combustibili alternativi care trebuie să fie ieftin de produs, cu un impact redus asupra ecosistemului și disponibile în cantități suficiente pentru a satisface cerințele pieței mondiale. Hidrogenul este un purtător de energie care poate fi obținut din apă, este ecologic și inepuizabil, dar cu tehnologiile actuale (anii 2010) nu este posibil să-l producem și să-l stocăm în cantități mari la costuri accesibile și într-un mod curat. Soiurile de biocombustibili disponibili sunt mai puțin poluante decât benzina și sunt regenerabile, dar adesea nu sunt convenabile din punct de vedere al randamentului energetic, adică costurile și energia utilizate pentru a le produce sunt mai mari decât câștigurile obținute din utilizarea lor.

Vehicul hibrid

Același subiect în detaliu: vehicul hibrid .

Din 1997, vehiculele cu motor cu combustie și unul sau mai multe motoare electrice au intrat în producția de masă ^[2] . Aceste unități pot funcționa în sinergie pentru a obține eficiența maximă și cel mai mic consum de combustibil în timpul funcționării. În majoritatea acestor vehicule, motorul termic tinde să fie utilizat numai în condițiile sale de eficiență maximă (sarcină mare), fiind înlocuit cu tracțiune pur electrică dacă lucrați la sarcină redusă, cum ar fi în traficul urban.

Unele super-autoturisme profită de prezența unui sistem de propulsie hibrid pentru a crește performanța mașinii, folosind în același timp unitățile electrice și termice pentru a genera cuplu. Mașinile hibride plug-in, pe de altă parte, sunt proiectate pentru reîncărcare la priză și pentru a conduce în principal electric (în special pentru mașinile mici), folosind unitatea termică doar pentru deplasări dincolo de gama maximă a bateriilor.

Motor cu injecție de apă

Același subiect în detaliu: Motor cu injecție de apă .

Motor cu injecție de apă pentru a crește presiunea din camera generată de combustie, datorită utilizării apei, care reduce drastic temperatura încărcăturii, cu efecte directe asupra preamplificării, detonării, producției de gaze poluante și consumului.

Motor cu Turbosteamer

Același subiect în detaliu: Turbosteamer .

Motorul cu turbosteamer permite recuperarea unei părți a căldurii dispersate în evacuare pentru a opera o turbină care funcționează împreună cu motorul.