Kombinerad förbränningsmotor

Kombinerad förbränningsmotor ( kombinerad förbränningsmotor ) - en förbränningsmotor , som är en kombination av en kolv (roterande kolv) och bladmaskin ( turbin , kompressor), där båda maskinerna deltar i genomförandet av arbetsprocessen.

Schema för kombinerade förbränningsmotorer

System med mekanisk anslutning av kolv- och bladmaskiner

• En förbränningsmotor av kolvtyp med vingkompressor  är den enklaste och äldsta typen av kombinerad förbränningsmotor. Vinkelkompressorn -överladdaren drivs genom en mekanisk transmission från vevaxeln på den fram- och återgående förbränningsmotorn. En del av laddningskompressionsprocessen sker i bladmaskinen. Det användes flitigt fram till 60-talet inom flyget (till exempel på An-2- flygplanet ), såväl som på kraftfulla M400-marindieselmotorer. Fördelarna inkluderar god överensstämmelse mellan överladdarens prestanda och behovet av en ny laddning av kolvmaskinen både i det stadiga drifttillståndet och i accelerationsläget. Den största nackdelen är ett betydande uttag av användbar kraft från en kolvmotor, varför detta schema används relativt sällan i nya typer av motorer.
• Fram- och återgående förbränningsmotor med en extra turbin som levererar kraft till vevaxeln  - i detta schema fungerar energin från avgaserna från en kolvförbränningsmotor i en gasturbin, som genom en mekanisk transmission kommer in i vevaxeln på en kolvmotor. Det vill säga att en del av expansionsprocessen sker i bladmaskinen (gasturbinen). Fördelarna med schemat inkluderar omvandlingen av energin från avgaserna till mekanisk energi, vilket gör det möjligt att öka enhetens effektivitet. Nackdelarna inkluderar svårigheten att matcha vridmoment-hastighetsegenskaperna för en fram- och återgående förbränningsmotor och en gasturbin (för dessa ändamål måste en vridmomentomvandlare användas ). De bästa resultaten uppnås när man kör en kolvmotor med höga laddtryck (från en drivkompressor eller turboladdare). I praktiken används ett sådant system (under varumärket Turbo Compound) i motorerna i Scanias tunga fordon .
• En kolvmotor med en skovelöverladdare och en extra turbin som levererar kraft till vevaxeln  är en kombination av de två ovanstående scheman.
• Gasturbins förbränningsmotor med en kolvkompressor  - förbrännings- och expansionsprocesser utförs i en bladmaskin (gasturbin), och en kolvmaskin som drivs av en gasturbin används för att komprimera laddningen. Det finns ingen information om det praktiska genomförandet av ett sådant system.

System med gasanslutning av kolv- och bladmaskiner

• Kolvförbränningsmotor med turboladdare  - avgaserna från en fram- och återgående förbränningsmotor fungerar i en gasturbin, som driver en skovelkompressor som ger trycksättning av den fram- och återgående förbränningsmotorn. Detta schema, som kallas turboladdning , är för närvarande mycket utbrett, eftersom det låter dig få kolvförbränningsmotorer med hög effekt utan att spendera den användbara kraften som utvecklats av kolvmotorn på överladdning. Men när det gäller gasrespons är turboladdade förbränningsmotorer sämre än förbränningsmotorer med drivkompressor, vilket beror på turboladdarens rotors tröghet och trögheten hos gaser i insugnings- och avgaskanalerna. För att eliminera denna nackdel i bilar och diesellokomotiv används förbränningsmotorer, utrustade med flera turboladdare med pumphjul med lågt tröghetsmoment och placerade i närheten av insugnings- och avgasventilerna. På traktorer och fartyg, där det inte finns några särskilda krav på gasrespons, används tvärtom turboladdare med stora pumphjul, som bättre tål långvarig drift i lägen nära maximal effekt.
• ICE med en turbin för att driva hjälpenheter  - för att driva hjälpenheter (elektriska generatorer, luftkonditioneringssystem) kan gasturbiner användas som använder energin från avgaserna från förbränningsmotorer (inklusive de som är utrustade med turboladdning). Denna metod har funnit tillämpning på flod- och havsfartyg för att driva elektriska generatorer, eftersom generatordriften från vevaxeln på en lågvarvig marinmotor är svår. På flodbåtar av typen Zarya (tillverkade på 1980-talet) och Voskhod, fungerade gasturbinen som drivkraft för luftkonditioneringskompressorn.
• Överladdad kolv ICE som en hetgasgenerator med kraftuttag från en gasturbin  - med ett högt laddtryck av en förbränningsmotor lämnar det mesta av energin som frigörs under arbetsprocessen med avgaserna. Den specifika effekten hos en sådan gasstråle är mycket hög, vilket gör det möjligt att använda den i en gasturbin. Systemet som övervägs har blivit utbrett, om än begränsat, i stationära kraftverk, där hög effekt krävs vid en hög utgående axelhastighet - över 6000 rpm. Som gasgenerator med kolvförbränningsmotor används huvudsakligen frikolvgasgeneratorer . Med utvecklingen av stationära gasturbinförbränningsmotorer reduceras tillämpningen av det övervägda systemet.
• Gasturbins förbränningsmotor i rollen som en kompressor av luft som tillförs en kolvmotor  - en del av luften (vanligtvis stor) som komprimeras i en gasturbins förbränningsmotor släpps ut i en kolvmaskin - en pneumatisk motor eller en kolvförbränning motorn i tryckluftsstartläge. Systemet har funnit tillämpning i startsystem för stora fartyg, stationära och tankmotorer. Ett liknande alternativ övervägdes också för att köra lokomotiv (i det här fallet var det meningen att motorkompressorn installerad på loket istället för pannan skulle mata ångmaskinens cylindrar med tryckluft).

Historien om utseendet på kombinerade förbränningsmotorer

Skapandet av kombinerade förbränningsmotorer är förknippat med försök att eliminera de brister som är inneboende i fram- och återgående förbränningsmotorer, identifierade i de tidiga stadierna av deras utveckling.

En av de betydande nackdelarna med en kolvförbränningsmotor är att en betydande mängd energi (termisk och kinetisk) som erhålls genom att bränna bränsle-luftblandningen i cylindrarna förs bort med avgaserna utan att göra arbete i kolvmaskinen. En annan nackdel med rena fram- och återgående förbränningsmotorer är omöjligheten att erhålla höga effektvärden per enhet arbetsvolym, vilket är förknippat med en begränsad mängd luft (blandning) som sugs in i cylindern under insugningsprocessen, nämligen luften ( blandning) trycket i cylindern vid slutet av insugningsslaget kommer alltid att vara mindre än atmosfäriskt. Den senare nackdelen är särskilt akut inom flyget, där när stigningen ökar på grund av en minskning av atmosfärstrycket, försämras fyllningen av cylindrarna, och följaktligen minskar kraften hos kolvmotorerna.

För att förbättra fyllningen av ICE-cylindrar för flygplan, särskilt på höga höjder, började man på 30-talet av 1900-talet använda förkomprimering av luft i en bladkompressor (supercharger) som drivs av vevaxeln på en förbränningsmotor. I en sådan kombinerad maskin utfördes en del av den termiska cykeln för förbränningsmotorn, nämligen en del av kompressionscykeln , i en bladkompressor. I insugningsslaget kom luft (brännbar blandning) in i motorcylindern under övertryck, vilket ökade laddningens massa. Detta gjorde det för det första möjligt att öka motoreffekten utan att öka arbetsvolymen (och följaktligen motorns massa) och utan att öka antalet varv (en ökning av antalet varv minskar effektiviteten hos motorn) propellern och ökar mekaniska förluster i motorn). Problemet med effektfall på hög höjd löstes också.

En del (desutom en mycket betydande - cirka 10% - 20%) av motoreffekten förbrukades på drivningen av bladkompressorn från vevaxeln, och möjligheten att utvinna den ökade avgaseffekten under överladdning var inte Begagnade.

Med utvecklingen av gasturbiner på 50- och 60-talet blev det möjligt att driva kompressorns bladkompressor inte från vevaxeln, utan från en gasturbin som drivs av energin från avgaserna från en kolvmaskin. Turboladdade motorer uppstod , som nu är mycket utbredda.

Andra scheman för kombinerade förbränningsmotorer används för att lösa specifika problem och har inte fått någon bred tillämpning.