Yhdistelmäpolttomoottori

Yhdistetty polttomoottori ( yhdistetty polttomoottori ) - polttomoottori , joka on mäntä (pyörivä mäntä) ja teräkoneen ( turbiini , kompressori) yhdistelmä, jossa molemmat koneet osallistuvat työprosessin toteuttamiseen.

Yhdistettyjen polttomoottoreiden kaaviot

Kaaviot mäntä- ja teräkoneiden mekaanisella liitännällä

• Mäntätyyppinen polttomoottori, jossa on siipiahdin  , on yksinkertaisin ja vanhin yhdistetty polttomoottori. Siipikompressori - ahdinta ohjataan mekaanisen voimansiirron kautta mäntäpolttomoottorin kampiakselista. Osa varauksen puristusprosessista tapahtuu teräkoneessa. Sitä käytettiin laajalti 60-luvulle asti ilmailussa (esimerkiksi An-2- lentokoneissa ) sekä suuritehoisissa laivojen M400-dieselmoottoreissa. Etuna on hyvä johdonmukaisuus ahtimen suorituskyvyn ja mäntäkoneen uuden latauksen tarpeen välillä sekä vakaassa toimintatilassa että kiihdytystilassa. Suurin haittapuoli on merkittävä hyötytehon otto mäntämoottorista, minkä vuoksi tätä järjestelmää käytetään suhteellisen harvoin uudentyyppisissä moottoreissa.
• Mäntäpolttomoottori lisäturbiinilla, joka syöttää tehoa kampiakselille  - tässä kaaviossa mäntäpolttomoottorin pakokaasujen energia toimii kaasuturbiinissa, joka mekaanisen voimansiirron kautta menee sisään kampiakselin kampiakseliin. mäntämoottori. Toisin sanoen osa paisuntaprosessista tapahtuu siipikoneessa (kaasuturbiinissa). Järjestelmän etuja ovat pakokaasujen energian muuntaminen mekaaniseksi energiaksi, mikä mahdollistaa yksikön tehokkuuden lisäämisen. Haittoja ovat vaikeus sovittaa yhteen mäntäpolttomoottorin ja kaasuturbiinin vääntömomentti-nopeusominaisuudet (näihin tarkoituksiin on käytettävä momentinmuunninta ). Parhaat tulokset saavutetaan käytettäessä mäntämoottoria korkeilla ahtopaineilla (ajokompressorista tai turboahtimesta). Käytännössä tällaista järjestelmää (tuotenimellä Turbo Compound) käytetään Scanian raskaiden ajoneuvojen moottoreissa .
• Mäntämoottori, jossa on siipiahdin ja ylimääräinen turbiini, joka toimittaa tehoa kampiakselille,  on yhdistelmä kahdesta yllä olevasta järjestelmästä.
• Kaasuturbiinin polttomoottori mäntäkompressorilla  - poltto- ja paisuntaprosessit suoritetaan siipikoneessa (kaasuturbiinissa) ja panoksen puristamiseen käytetään kaasuturbiinin käyttämää mäntäkonetta. Tällaisen järjestelmän käytännön toteutuksesta ei ole tietoa.

Kaapelit mäntä- ja teräkoneiden kaasuliitännällä

• Mäntäpolttomoottori turboahtimella  - mäntäpolttomoottorin pakokaasut toimivat kaasuturbiinissa, joka käyttää siipikompressoria, joka paineistaa mäntäpolttomoottoria. Tämä järjestelmä, jota kutsutaan turboahtimeksi , on tällä hetkellä erittäin yleinen, koska sen avulla voit hankkia suuritehoisia mäntäpolttomoottoreita kuluttamatta mäntämoottorin kehittämää hyötytehoa ahtamiseen. Turboahdetut polttomoottorit ovat kuitenkin kaasuvasteen suhteen huonompia kuin ajokompressorilla varustetut polttomoottorit, mikä johtuu turboahtimen roottorin inertiasta ja kaasujen hitaudesta imu- ja pakokanavassa. Tämän haitan poistamiseksi autoissa ja dieselvetureissa käytetään polttomoottoreita, jotka on varustettu useilla turboahtimilla, joissa on juoksupyörät, joilla on pieni hitausmomentti ja jotka sijaitsevat imu- ja pakoventtiilien välittömässä läheisyydessä. Traktoreissa ja laivoissa, joissa ei ole erityisiä vaatimuksia kaasuvasteelle, päinvastoin käytetään suurikokoisilla juoksupyörillä varustettuja turboahtimia, jotka kestävät paremmin pitkäaikaista toimintaa lähellä maksimitehoa.
• ICE, jossa on turbiini apuyksiköiden  käyttämiseen - apuyksiköiden (sähkögeneraattorit, ilmastointijärjestelmät) ohjaamiseen voidaan käyttää kaasuturbiineja, jotka käyttävät polttomoottoreiden pakokaasujen energiaa (mukaan lukien turboahtimella varustetut). Tämä menetelmä on löytänyt sovelluksen joki- ja merialuksilla sähkögeneraattoreiden ajamiseen, koska hidaskäyntisen merimoottorin generaattorin käyttö kampiakselilta on vaikeaa. Zarya- (valmistettu 1980-luvulla) ja Voskhod-tyyppisissä jokiveneissä kaasuturbiini toimi ilmastointikompressorin käyttölaitteena.
• Ahdettu mäntä ICE kuumakaasugeneraattorina, jossa voimanotto kaasuturbiinista  - polttomoottorin korkealla ahtopaineella suurin osa työprosessin aikana vapautuvasta energiasta poistuu pakokaasujen mukana. Tällaisen kaasusuihkun ominaisteho on erittäin korkea, mikä mahdollistaa sen käytön kaasuturbiinissa. Tarkasteltavana olevasta järjestelmästä on tullut laajalle levinnyt, vaikkakin rajoitettu, kiinteissä voimalaitoksissa, joissa vaaditaan suurta tehoa suurella lähtöakselin nopeudella - yli 6000 rpm. Mäntäpolttomoottorin kaasugeneraattorina käytetään pääasiassa vapaamäntäkaasugeneraattoreita . Kiinteiden kaasuturbiinien polttomoottoreiden kehittämisen myötä tarkasteltavan järjestelmän soveltaminen vähenee.
• Kaasuturbiinin polttomoottori mäntämoottoriin syötettävän ilman kompressorin roolissa  - osa kaasuturbiinin polttomoottorissa puristettua ilmaa (yleensä suuri) puretaan mäntäkoneeseen - pneumaattinen moottori tai mäntäpolttomoottori moottori paineilmakäynnistystilassa. Järjestelmä on löytänyt sovelluksen suurten laivojen, kiinteiden ja säiliömoottoreiden käynnistysjärjestelmissä. Samanlaista vaihtoehtoa harkittiin myös veturien ohjauksessa (tässä tapauksessa veturiin kattilan sijasta asennetun moottorikompressorin piti syöttää paineilmalla höyrykoneen sylintereitä).

Yhdistettyjen polttomoottoreiden ilmestymisen historia

Yhdistettyjen polttomoottoreiden luominen liittyy yrityksiin poistaa mäntäpolttomoottoreille ominaiset puutteet, jotka on tunnistettu niiden kehityksen varhaisessa vaiheessa.

Yksi mäntäpolttomoottorin merkittävistä haitoista on se, että sylintereissä olevaa polttoaine-ilmaseosta polttamalla saatu huomattava määrä energiaa (lämpö- ja kineettistä) kulkeutuu pakokaasujen mukana pois tekemättä työtä mäntäkoneessa. Toinen puhtaasti mäntäpolttomoottoreiden haittapuoli on mahdottomuus saada suuria tehoarvoja työtilavuusyksikköä kohti, mikä liittyy rajoitettuun määrään ilmaa (seosta), joka imetään sylinteriin imuprosessin aikana, nimittäin ilmaan ( seos) paine sylinterissä imuiskun lopussa on aina pienempi kuin ilmakehän paine. Jälkimmäinen haittapuoli on erityisen akuutti ilmailussa, jossa nousun lisääntyessä ilmanpaineen laskun vuoksi sylinterien täyttö huononee ja sen seurauksena mäntämoottoreiden teho pienenee.

Lentokoneiden ICE-sylintereiden täytön parantamiseksi, erityisesti korkeilla korkeuksilla, 1900-luvun 30-luvulla alettiin käyttää ilman esipuristusta polttomoottorin kampiakselin käyttämässä lapakompressorissa (superahtimessa). Sellaisessa yhdistetyssä koneessa osa polttomoottorin lämpösyklistä, nimittäin osa puristussyklistä , suoritettiin siipikompressorissa. Imuiskussa ilmaa (palava seos) pääsi moottorin sylinteriin ylipaineella, mikä lisäsi panoksen massaa. Tämä mahdollisti ensinnäkin moottoreiden tehon lisäämisen lisäämättä työtilavuutta (ja vastaavasti moottorin massaa) ja lisäämättä kierrosten määrää (kierrosten määrän lisääminen heikentää koneen tehoa). potkuri ja lisää mekaanisia häviöitä moottorissa). Myös tehohäviön ongelma suurissa korkeuksissa ratkaistiin.

Kuitenkin osa (lisäksi erittäin merkittävä - noin 10 % - 20 %) moottorin tehosta kului siipikompressorin käyttämiseen kampiakselilta, eikä mahdollisuutta saada kohonnut pakokaasuteho ahtauksen aikana käytetty.

Kaasuturbiinien kehityksen myötä 50- ja 60-luvuilla tuli mahdolliseksi ajaa ahtimen siipikompressoria ei kampiakselista, vaan kaasuturbiinista, jota ohjasi edestakaisin liikkuvan koneen pakokaasujen energia. Syntyi turboahdettuja moottoreita , jotka ovat nyt erittäin yleisiä.

Muita yhdistettyjen polttomoottoreiden järjestelmiä käytetään tiettyjen ongelmien ratkaisemiseen, eivätkä ne ole löytäneet laajaa sovellusta.