Anonim

Image
Teknisk redaktør Kevin Cameron deler sit væld af viden om motorcykler, erfaringer, indsigt, historie og meget mere. Cyklusverden

Hver gang nogen i denne husstand afslutter en karton med mælk og efterlader den på disken med hætten på, minder den mig om, hvordan varmemotorer fungerer. I køleskabet er kartonen på 42 grader Fahrenheit, men på tælleren, efter at den har varmet op, er den på 68 grader, en stigning på 26 grader. Og her er pointen: Hvis hætten er tændt, bugner siderne af kartonen fra varmeudvidelsen af ​​luften inde i den. Jeg skruer hætten op og hører psssh fra den luft, der løber ud. Hvis dette tryk skubber et stempel eller spinde et turbinhjul, kunne der produceres strøm.

Mælkekartoneffekten intensiveres med højere temperatur. Hvis vi blander luften inde i et forseglet volumen med den rigtige mængde benzin og derefter tænder den, sker der to store ting:

  • Lufttemperaturen drives ca. 4.500 grader Fahrenheit ved forbrænding, hvilket omdanner kemisk energi til varmeenergi.
  • Denne temperaturstigning multiplicerer lufttrykket med syv gange.
Hvorfor tog det så lang tid at demonstrere funktionen af ​​Ottos fire stempelstrøg - indtag, kompression, kraft (ekspansion) og udstødning?

Jeg tror, ​​at den væsentligste årsag var, at i 1860 var enhver ingeniørs tankegang betinget af eksemplet med den daværende fælles dobbeltvirkende stemplets dampmotor, der producerede kraft på hvert stempelslag . Det gjorde det ved hjælp af indblæsningsventiler, der tilførte højtryksdamp skiftevis både over og under dets stempel, og udstødningsventiler, som frigav den udvidede damp efter at den havde gjort sit arbejde. Med dampmaskiner, der således producerer to kraftstrøg per omdrejning til krumtapakslen, hvem ville endda overveje et koncept, der kun producerede et kraftstrøg for hver to krumtapaksledrejning?

Fra omkring 1860 blev tusinder af primitive forbrændingsmotorer brændt af bybelysende gas bygget til at fungere efter et groft totaktsprincip, der blev udtænkt af Étienne Lenoir. En indsugningsventil åbnede ved TDC, og da stemplet faldt ned trak den ind i en blanding af luft og gas i omtrent en tredjedel af sit slag. Ventilen lukkedes, stemplet passerede en flammeåbning, og det delvise vakuum i cylinderen trak flammen ind og antændte gas og luft. Resultatet var en svag stigning i trykket (fordi kun en tredjedel af et slag af blandingens værdi var trukket ind) og så meget lidt kraft. Men mange af disse motorer blev solgt på grund af deres bekvemmelighed; de eliminerede dampmaskinens ildkammer og en mand til at stokke den, og de eliminerede kedlen, faren for dens eksplosion og den mand, hvis opgave det var at tilføje fodervand efter behov. Det eneste, Lenoir's motor havde brug for, var en forbindelse til en bygasnettet.

Image
Kevin Camerons Top Dead Center By The Numbers Cycle World

Otto byggede mindst en sådan motor, men så, at den var ude af stand til meget forbedring - 1) fordi den kun trak ind en tredjedel af et slag af blandingens værdi, og 2) fordi antændelse af blandingen ved lavt tryk begrænsede det maksimale forbrændingstryk (det er, når ikke-meget-meget ganges syv gange, er resultatet stadig ikke meget).

På en eller anden måde var Otto i stand til at gøre spranget for at forstå, at fordelene ved at tegne i et fuldt strejks værdi af blanding i væsentlig grad opvejer den tilsyneladende fordel ved Lenoirs rå to-takts - at det producerede hyppigere magtslag.

Otto kom også til at forstå en anden supervigtig kendsgerning. Hvis forbrænding af en korrekt brændstof-luftblanding inde i et forseglet volumen hæver trykket syv gange, er det ikke fornuftigt at komprimere den blanding, før den antændes? På denne måde ville syvfaktoren anvendes på en allerede komprimeret gas snarere end på gas ved atmosfærisk tryk. Resultatet ville være en enorm stigning i det maksimale forbrændingspres - og meget mere kraft. For at sammenligne: At antænde ladningen uden forkomprimering betyder, at toptrykket er omkring atmosfærisk tryk, 14, 7 psi, gange syv eller 103 psi. Men ved først at komprimere den med fx fem til én, ville forbrænding øge det maksimale forbrændingstryk til mere som 500 psi . Stor forskel.

… Fordelene ved at tegne et fuldt slag i blandingens værdi opvejer i høj grad den tilsyneladende fordel ved Lenoirs rå to-takts - at det producerede hyppigere magtslag.

Dette lyder som noget for ingenting, men det er det ikke. I motoren uden komprimering går den ekstra energi ud af udstødningsventilen som varmere udstødningsgas. Men i motoren med fem-til-en-forkomprimering er udstødningsgassen køligere, fordi energiforskellen nu fungerer som ekstra tryk på stempelkronen. Mere magt!

  • Det første nedslag af stemplet trækker en fuldt opladet ladning af brændstof og luft igennem en indsugningsventil, som lukkes nær bundens centrum.
  • Følgende opslag med ventiler lukkede forkomprimerer, der oplades.
  • Antændelse finder sted med stemplet tæt på dets øverste midterste position, og det resulterende høje forbrændingstryk udvides mod stemplet, hvilket fører det og dets belastning gennem det næste nedslag.
  • En udstødningsventil åbnes i nærheden af ​​det nederste centrum, og det næste stempel-up-slag skubber al udstødningsgas ud undtagen den, der forbliver over stemplet ved TDC. I nærheden af ​​TDC lukker udstødningsventilen, og indsugningsventilen åbnes, og derefter gentages motorcyklussen.
Den store styrke ved firetaktscyklussen er, at der er et dedikeret separat stempelslag til hver af de fire nødvendige funktioner. Dets svaghed er, at det robuste, kraftige stempel bruger halvdelen af ​​sin tid på at udføre de lette "husholdnings" -funktioner ved indtag og udstødning. I vores emissionskontrollerede æra har firetakters cykluss adskillelse af funktioner imidlertid gjort det unikt tilpasningsdygtigt til emissionskontrolteknologier. Dets separate indsugningsslag giver også let kraftforstærkning ved superladning eller turboladning.

I overlevende applikationer af totaktscyklussen (store marine motorer, nogle lastbil-, lokomotiv- og tankmotorer) udføres husholdningsfunktionerne af en ekstern blæser i det tidsrum, hvor stemplet tilbringer nær bundcentret. Dette gør det muligt for hvert kraftstempel at give magt en gang pr. Omdrejning. I den enkle to-takts motorcykel blev blæseren placeret af krumtaphuset og undersiden af ​​stemplet og fungerede som en pumpe.