מנוע מוטבע: סוגים, מכשיר, יתרונות וחסרונות

2024 מְחַבֵּר: Erin Ralphs | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-02-19 16:07

מנוע בעירה פנימית מוטבעת הוא אחד המנועים הפשוטים ביותר. יחידות אלו נקראות כאלה מכיוון שהגלילים מסודרים בשורה. הבוכנות גורמות לגל ארכובה אחד להסתובב כשהמנוע פועל. מנוע השורה היה מהראשונים שהותקנו על מכוניות. הם תוכננו ונבנו עם שחר תעשיית הרכב.

איך הכל התחיל?

אב הקדמון של מנוע הבעירה הפנימית השורה המודרני היה מנוע חד-צילינדרי. עוצב ונבנה על ידי אטיין לנואר בשנת 1860. מקובל כי זה כך, למרות שהיו ניסיונות לקבל פטנט על מנוע זה עוד לפני לנואר. אבל דווקא הפיתוח שלו דומה ככל האפשר לאותם עיצובים שמותקנים כיום מתחת למכסה המנוע של רוב מכוניות הנוסעים הסדרתיות התקציביות.

למנוע היה רק צילינדר אחד, והספק שלו היה שווה ל-1.23 כוחות סוס, עצום באותה תקופה. לשם השוואה, ל-"Oka" 1111 המודרנית יש שני צילינדרים וההספק שלו נע בין 30 ל-53 כוחות סוס.

גדול וחזק יותר

הרעיון של לנואר התברר כמבריק. מהנדסים וממציאים רביםהשקיע שנים ומאמצים בניסיון לשפר את המנוע ככל האפשר (כמובן, ברמת היכולות הטכניות שהיו קיימות באותה תקופה). הדגש העיקרי הושם על הגדלת הכוח.

בהתחלה תשומת הלב התרכזה בצילינדר בודד - ניסו להגדיל את גודלו. ואז זה נראה לכולם שעל ידי הגדלת הגודל, אתה יכול לקבל יותר כוח. והעלייה בנפח הייתה אז הקלה ביותר. אבל צילינדר אחד לא הספיק. הייתי צריך להגדיל מאוד את שאר הפרטים - מוט חיבור, בוכנה, בלוק.

כל המנועים האלה התבררו כלא יציבים מאוד, בעלי מסה גדולה. במהלך פעולתו של מנוע כזה, היה הבדל עצום בזמן בין מחזורי ההצתה של התערובת. פשוטו כמשמעו כל פרט ביחידה כזו רעש ורעד, מה שאילץ את המהנדסים לחשוב על פתרון. והם ציידו את המערכת במאזן.

דרך ללא מוצא

עד מהרה התברר לכולם שהמחקר הגיע למבוי סתום. מנוע לנואר לא יכול היה לעבוד כרגיל ונכון, שכן יחס ההספק, המשקל והגודל היה נורא. נדרשה הרבה אנרגיה נוספת כדי להגדיל שוב את נפח הגליל. רבים החלו לשקול את הרעיון של יצירת מנוע כקריסת. ואנשים עדיין היו רוכבים על סוסים ועגלות, אם לא היה פתרון טכני אחד.

מעצבים החלו להבין שאפשר לסובב את גל הארכובה לא רק עם בוכנה אחת, אלא עם כמה בו זמנית. הפשוט ביותר היה ייצור של מנוע בשורה - הם הוסיפו עוד כמה צילינדרים.

העולם יכול היה לראות את יחידת ארבעת הצילינדרים הראשונה בסוף המאה ה-19. אי אפשר להשוות את כוחו למנוע מודרני. עם זאת, מבחינת יעילות, הוא היה גבוה יותר מכל קודמיו האחרים. הכוח גדל עקב נפח העבודה המוגדל, כלומר על ידי הוספת צילינדרים. די מהר, מומחים מחברות שונות הצליחו ליצור מנועים מרובי צילינדרים עד מפלצות של 12 צילינדרים.

עקרון הפעולה

איך ICE עובד? מלבד העובדה שלכל מנוע יש מספר שונה של צילינדרים, מנוע משולב עם שישה או ארבעה צילינדרים פועל באותה צורה. העיקרון מבוסס על המאפיינים המסורתיים של כל מנוע בעירה פנימית.

כל הצילינדרים בבלוק מסודרים בשורה אחת. גל הארכובה, המונע על ידי בוכנות בשל אנרגיית שריפת הדלק, הוא היחיד עבור כל חלקי קבוצת הצילינדר-בוכנה. כך גם לגבי ראש הצילינדר. זה היחיד עבור כל הצילינדרים. מכל מנועי השורה הקיימים, ניתן להבחין בין עיצובים מאוזנים ובלתי מאוזנים. נשקול את שתי האפשרויות להלן.

Balance

זה חשוב בגלל העיצוב המורכב של גל הארכובה. הצורך באיזון תלוי במספר הצילינדרים. ככל שיש יותר מהם ב-ICE מסוים, כך האיזון צריך להיות גדול יותר.

מנוע לא מאוזן יכול להיות רק אותו עיצוב, שבו אין יותר מארבעה צילינדרים. אחרת, יופיעו רעידות במהלך הפעולה, שכוחן יוכל להרוס את גל הארכובה. אפילו מנועי שישה צילינדרים זוליםעם איזון יהיה עדיף על רביעיות אינליין יקרות ללא פירי איזון. לכן, כדי לשפר את האיזון, מנוע בעל ארבע בוכנות משולב עשוי לפעמים לדרוש גם התקנת פירי השקה.

מיקום המנוע

יחידות ארבע צילינדרים מסורתיות מותקנות בדרך כלל לאורך או לרוחב מתחת למכסה המנוע של מכונית. אבל יחידת שישה צילינדרים יכולה להיות מותקנת רק לאורך ותו לא (למעט כמה דגמי וולוו ומכוניות שברולט אפיקה).

למנוע הבעירה הפנימית בשורה, בעל עיצוב א-סימטרי ביחס לגל הארכובה, יש גם תכונות. לעתים קרובות הפיר עשוי עם יציקות מפצות - יציקות אלו חייבות לבלום את כוח האינרציה הנובע מפעולת מערכת הבוכנה.

Inline-six היום כבר פחות פופולרי - הכל באשמת צריכת דלק משמעותית וממדים כלליים גדולים. אבל גם למרות בלוק הצילינדר הארוך, המנוע מאוזן לחלוטין.

היתרונות והחסרונות של היחידה

מלבד כמה ניואנסים, למנועי בעירה פנימית יש את אותם יתרונות ואותם חסרונות כמו לרוב מנועי ה-V והמנועים בעיצובים אחרים. מנוע ארבעה צילינדרים הוא הנפוץ ביותר, הוא הפשוט והאמין ביותר. המסה קלה יחסית, עלויות התיקון נמוכות יחסית. החיסרון היחיד הוא היעדר פירי איזון בעיצוב. זהו מנוע הבעירה הפנימי הטוב ביותר למכוניות מודרניות, אפילו למעמד הביניים. יש גם מנועי שורה בעלי קיבולת קטנה עם פחותמספר הצילינדרים. כדוגמה, שני צילינדרים חסכוני SeAZ Oka 1111.

ליחידות שישה צילינדרים יש איזון מושלם וכאן מפוצה המחסור ב"ארבע". אבל יש מחיר לאיזון. לכן, למרות המאפיינים הטובים משמעותית בהשוואה ל"ארבע", מנועי הבעירה הפנימית הללו עם סידור צילינדרים בשורה במנוע פחות נפוצים. גל הארכובה ארוך, עלות הייצור די גבוהה והמידות גדולות יחסית.

מגבלה טכנית

עכשיו זו לא המאה ה-19, אבל יחידות הכוח המודרניות עדיין רחוקות משלמות טכנית. וכאן אפילו טורבינות מודרניות ודלק בעל אוקטן גבוה לא יעזרו. היעילות של מנוע בעירה פנימית היא כ-20%, וכל שאר האנרגיה מושקעת על חיכוך, אינרציה ופיצוץ. רק חמישית של בנזין או סולר יעבור לעבודה מועילה.

כבר פיתח את התכונות הבסיסיות של מנועים ביעילות הגבוהה ביותר. יחד עם זאת, לתאי הבעירה ולקבוצת הבוכנה יש נפחים וממדים קטנים משמעותית. בשל הגודל הקומפקטי, לחלקים יש פחות אינרציה - זה מקטין את הסבירות לנזק עקב פיצוץ.

תכונות העיצוב של בוכנות קומפקטיות מציגות מגבלות מסוימות. עם דרגת דחיסה גבוהה, בשל הגודל הקטן, העברת לחץ הבוכנה אל מוט החיבור מצטמצם. אם הבוכנות בעלות קוטר גדול יותר, אז אי אפשר לקבל עבודה מאוזנת מדויקת בגלל המורכבות העצומה. אפילו מנוע ב.מ.וו מודרני יש כאלהחסרונות, למרות שהוא פותח על ידי מהנדסים גרמנים.

מסקנה

למרבה הצער, בניית המנועים הגיעה לגבול הטכנולוגי שלה. אין זה סביר שמדענים יגלו תגליות טכניות רציניות וישיגו יעילות רבה יותר ממנוע בעירה פנימית. אז כולם מקווים שעידן הרכבים החשמליים יגיע.