Цилиндр двигателя внутреннего сгорания: Роль цилиндра и поршня в двигателе автомобиля

Цилиндр

Цилиндр двигателя — обработанное отверстие в блоке цилиндров, внутри которого движется поршень. В случае, если блок цилиндров выполнен из алюминия, внутрь цилиндра впрессовывается вставка-гильза из тугоплавкого материала.

Классический пример цилиндра — оружейный ствол. Пуля, как поршень, движется вдоль его стенок под воздействием энергии расширяющихся газов

Двигатели, основанные на применении поршня, движущегося внутри закрытого ложа цилиндрической формы, известны с давних пор. На этом принципе еще два века назад строились «двигатели горячего воздуха», к примеру, двигатель Стирлинга, или еще более старые тепловые машины. Применительно к автомобилю мы знакомы с цилиндром как с частью двигателя внутреннего сгорания. Однако и таких двигателей разных конструкций наберется не менее двух десятков. Но, несмотря на явные различия во внешнем виде и конструкции, их объединяет одна общая исходная деталь – цилиндр. Она может быть разной формы, и даже не цилиндрической. Тем не менее, она есть всегда.

Цилиндр как основа двигателя

В цилиндре происходят все важнейшие процессы получения и преобразования энергии, необходимой для движения автомобиля. Цилиндр, по сути, связующее звено двух энергий: в нем энергия сгорания топлива переходит в энергию движения, вращающего коленчатый вал.

Поршень и цилиндр

Цилиндр во время работы испытывает колоссальные нагрузки.  С одной стороны это высокая температура и давление расширяющихся газов, с другой стороны высокая скорость движения поршня, которая достигает  8 метров в секунду.

При сгорании топлива в цилиндрах образуется такое огромное количество тепловой энергии, что двигатель приходится охлаждать даже когда на улице -25 градусов

Этот процесс можно сравнить с оружейным выстрелом, где пороховые газы толкают пулю, разгоняющуюся в стволе, (кстати, тоже имеющем форму цилиндра) до дульной скорости от 300 до 1000 метров в секунду, в зависимости от длины ствола. К тому же с огромной частотой, как, например, в пистолете-пулемете «Венус», до  2500 выстрелов в минуту.

И если на спортивном автомобиле группа цилиндров должна выдержать один рекордный заезд, то в обычном легковом автомобиле от цилиндров требуется работа в течение многих лет, без потери мощности, динамики и других показателей.

Поэтому инженеры автомобильных компаний вынуждены постоянно решать две основные проблемы, связанные с надежностью цилиндров – отвод тепла и смазывание поверхности, вдоль которой движется поршень.

Конструкция цилиндра

В первых двигателях внутреннего сгорания каждый цилиндр находился внутри отдельного корпуса. Такая конструкция сохранилась и в наши дни и используется, к примеру, при создании мотоциклетных двигателей. В этом случае она не утратила актуальности, потому что для охлаждения открытых со всех сторон двигателей мотоциклов применяется воздух. В автомобильных двигателях все цилиндры объединены в единый прочный корпус, который называется блоком цилиндров.

Для того, чтобы цилиндр двигателя мог выдерживать высоки нагрузки он выполняется из прочного материала — чугуна или специальной стали с различными присадками. Ради снижения веса современные блоки часто делают из алюминия. В этом случае внутренняя часть цилиндра выполняется в виде прочной стальной гильзы, запрессованной в блок.

Внутренняя поверхность цилиндра, непосредственно контактирующая с движущимся поршнем,  выполняется из металла со специальными добавками для повышения прочности.

Внешняя часть цилиндра, составляющая единое целое с корпусом блока, называется рубашкой. Внутри рубашки по каналам циркулирует охлаждающая жидкость.

Чтобы облегчить поршню скольжение внутри цилиндра, разработчики BMW предложили покрывать стенки цилиндров Никасилом — специальным сплавом, позволяющим обходиться без гильз в алюминиевом блоке

В двухтактных двигателях цилиндры имеют несколько иную конструкцию и отличаются от цилиндров четырехтактных двигателей наличием окон – впускных и продувочных. Помимо этого в нижней части цилиндра двухтактного двигателя имеется пластина для создания нижнего рабочего пространства под поршнем.

Системы охлаждения цилиндров

Для отвода избыточного тепла от цилиндра двигателя предусмотрена система охлаждения, которая может быть либо воздушной, либо жидкостной.

Воздушное охлаждение

Цилиндры двигателя с воздушным охлаждением снаружи покрыты множеством ребер, которые обдуваются встречным или созданным искусственно посредством воздухозаборников потоком воздуха, отводящим тепло от цилиндра.

Причудливый рисунок на внутренней поверхности цилиндра называется хоном, потому что для его нанесения используется хонинговальный станок

Жидкостное охлаждение

При жидкостном (чаще называемом водяным) охлаждении цилиндры снаружи  омываются циркулирующей в толще блока охлаждающей жидкостью. Нагретые цилиндры отдают часть тепла жидкости, которая в дальнейшем попадает в радиатор,  охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Система смазки цилиндров

Качественное смазывание стенок – вторая по значимости проблема после отвода тепла. Если цилиндр не смазывать изнутри, поршень попросту заклинит, что приведет к немедленному разрушению двигателя.

Для удержания стабильной масляной пленки на зеркале (внутренней поверхности) цилиндров, он подвергается хонингованию – нанесению микросетки на внутреннюю стенку. Благодаря наличию такой сетки на стенках всегда присутствует слой масла, что снижает трение (поршень-цилиндр), отводит излишки тепла и увеличивает в разы пробег до капитального ремонта.

Нестандартные покрытия цилиндра

Разработчики применяют новейшие технологии и материалы для упрочнения  зеркала цилиндра и его износостойкости.

Самый большой объем автомобильного двигателя – 117 литров. Такой огромный объем реализован в двигателе карьерного самосвала с 24 цилиндрами

Так внедрение кристаллов кремния в зеркало цилиндра многократно подняло ресурс двигателя, но одновременно и повысило требования к качеству масла и соблюдению температурного режима. Первые двигатели, созданные с применением этой технологии, были непригодными для ремонта и слишком дорогими. Дальнейшие разработки в этой области позволили несколько улучшить ситуацию в плане ремонтопригодности. Вместо того чтобы покрывать специальным составом поверхность цилиндров, выточенных в толще металла, в блок начали устанавливать подлежащие замене гильзы с напылением кремния.

Типовые технические характеристики цилиндров автомобильных двигателей

• Диаметр цилиндра
• Высота цилиндра
• Рабочий объем – объем цилиндра от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки движения поршня.
• Полный объем цилиндра – объем камеры сгорания и рабочего объема вместе.
• Степень сжатия — определяется делением  полного объема цилиндра на объем камеры сгорания.  Этот критерий показывает, во сколько раз сжата горючая смесь в цилиндре. От увеличения степени сжатия в цилиндре увеличивается давление на поршень  при сгорании топлива, а значит, возрастает мощность силовой установки в целом. Увеличение этого параметра очень выгодно, так как от такого же количества смеси можно получить больший КПД.

из чего состоит горючая смесь ,подаваемая в цилиндр двигателя внутреннего сгорания?

Замалювати три зразки мікроструктур чавунів і за формою графіту визначити, де і який з них: сірий, ковкий, високоміцний.​

Вольтер , з’єднаний послідовно з опором 10009 Ом , при виконанні в коло з напругою 250В показує 50В , а при з’єднанні з опором Rx показує 10В. визначи … ти внутрішній опір вольтмера і опір Rx​

Срочно!! На рисунке приведены ВАХ для двух батареек E1=4,5 В и E2=3,0 В. I — ток через батарейку в направлении от «−» к «+», U=φ+−φ− — разность потенц … иалов «плюса» и «минуса» батарейки. Какая ВАХ соответствует участку цепи AB, состоящему из этих батареек, соединённых параллельно так, как показано на рисунке? Считайте положительным направление тока от A к B, U=φA−φB.

пілот літака має скинути на палубу рухомого теплохода пакет з пошто. Літак знижується під кутом альфа до горизонту з швидкістю U1. теплохід рухається … по спокійному морю зі швидкістю U2. вектори швидкостей U1 i U2 лежать в одній площині. на якій відстані по горизонталі від теплохода пілот, перебуваючи на висоті H, має скинути пакет, щоб він упав на палубу теплохода.поможіть пожалуста рішити ​

почему священное руно в колхиде было золотым? Вопрос по физике, тема МКТ.

Навести приклади застосування чавунів в промисловості.​

102.Какой путь пройдёт плот плывущий по реке со скоростью течения 40см/с за 5 ч? 103.За какое время самолёт при скорости полёта 900км/ч … проделает путь 720 км/ч?

Срочно!! Правила Кирхгова! В цепи внутренние сопротивления источников пренебрежимо малы. Определите силу тока I3R через резистор с сопротивлением 3R, … силу тока I4E через источник с ЭДС 4E и разность потенциалов Δφ=φA−φB между точками A и B схемы. R=100 Ом, E=4,5 В. Токи выразите в миллиамперах, округлив до целых чисел. Разность потенциалов выразите в вольтах, округлив до десятых.I3R = ? мАI4E = ? мАFa — Fb = ? ВИзображение: https://edu.sirius.online/noo-back/content/_image/196b1a04c5c5f3c3b36464d2cd1eaf1066bb74c8

Дослідити, як впливають різні форми графіту на властивості чавунів.​

В воде на глубине 5м расположен шарообразный пузырёк воздуха. На какой глубине его диаметр будет в 3 раза меньше?

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания

Классификация ДВС

По способу смесеобразования :

• с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров (карбюраторные и газовые)
• с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь образуется внутри цилиндров) — дизели

По способу осуществления рабочего цикла :

• четырехтактные
• двухтактные

По числу цилиндров :

• одноцилиндровые
• двухцилиндровые
• многоцилиндровые

По расположению цилиндров :

• с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд
• V-образные с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппозитным)

По способу охлаждения :

• с жидкостным охлаждением
• с воздушным охлаждением

По виду применяемого топлива :

• бензиновые
• дизельные
• газовые
• многотопливные

По степени сжатия :

• высокого (E=12…18) сжатия
• низкого (E=4…9) сжатия

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом :

• без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня
• с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной мощности двигателя

По частоте вращения :

• тихоходные
• повышенной частоты вращения
• быстроходные

Основы устройства поршневого ДВС

Основными частями ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно- поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.

Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания.

Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.

Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами и, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение — нижняя мертвая точка (НМТ). Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом.2*S)/4*i, где i — число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность.

Принцип работы

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Т.к. давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы — расширяться, совершая полезную работу. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива. Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

1. Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 — 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

2. Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

3. Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.

   В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом.

   В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 С.

4. Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

1. Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60 С.

2. Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

3. Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000 С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900 С.

4. Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип действия двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей — продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:

1. Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности только на 60…70%.

В качестве силовой установки на автомобилях используется двигатель внутреннего сгорания.

По виду применяемого топлива двигатели подразделяются на карбюраторные, дизельные и газовые.

Карбюраторные – это двигатели, работающие на жидком топливе (бензине), с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, топливо перемешивается с воздухом в определенной пропорции с помощью карбюратора.

Дизельные — это двигатели, работающие на жидком топливе (дизельном топливе), с воспламенением от сжатия. Подача топлива осуществляется форсункой, а смешивание с воздухом происходит внутри цилиндра.

Газовые — это двигатели, которые работают на пропано-бутановом газе, с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, газ смешивается с воздухом в карбюраторе. По принципу работы такие двигатели практически не отличаются от карбюраторных (бензиновых). Поэтому в объеме этой книги не имеет смысла подробно останавливаться на рассмотрении газовых установок. Однако, если вы переоборудовали свой автомобиль «на газ», то советую внимательно изучить прилагаемую к оборудованию инструкцию.

При работе двигателя внутреннего сгорания из каждых десяти литров использованного топлива, к сожалению, только около двух идет на полезную работу, а все остальные — на «согревание» окружающей среды. Коэффициент полезного действия ныне выпускаемых двигателей составляет всего около 20%. Но мир пока не придумал более совершенного устройства, которое могло бы долго и надежно работать при более высоком КПД.

Карбюраторные поршневые двигатели.

К основным механизмам и системам карбюраторного поршневого двигателя относятся:

• кривошипно-шатунный механизм,
• газораспределительный механизм,
• система питания,
• система выпуска отработавших газов,
• система зажигания,
• система охлаждения,
• система смазки.

Рис. 6 Одноцилиндровый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания а) «стакан» в «стакане»; б) поперечный разрез 1 — головка цилиндра; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — поршневые кольца; 5 — поршневой палец; 6 — шатун; 7 — коленчатый вал; 8 — маховик; 9 — кривошип; 10 — распределительный вал; 11 — кулачок распределительного вала; 12 — рычаг; 13 — клапан; 14 — свеча зажигания

Для начала, давайте возьмем простейший одноцилиндровый карбюраторный двигатель (рис.6) и разберемся с принципом его работы. Рассмотрим протекающие в нем процессы, и выясним, наконец, откуда все-таки берется тот самый крутящий момент, который в конечном итоге приходит на ведущие колеса автомобиля.
Основной частью одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 6), является цилиндр с укрепленной на нем съемной головкой. Если продолжить сравнение элементов автомобиля с предметами, всем известными в быту, то цилиндр вместе с головкой, очень похож на обыкновенный стакан, перевернутый вверх дном.
Внутри цилиндра помещен еще один «стакан», также вверх дном, это — поршень. На поршне в специальных канавках находятся поршневые кольца. Именно они скользят по зеркалу внутренней поверхности цилиндра, и они же не дают возможности газам, образующимся в процессе работы двигателя, прорваться вниз. В тоже время кольца препятствуют попаданию вверх масла, которым смазывается внутренняя поверхность цилиндра.
С помощью пальца и шатуна, поршень соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается в подшипниках, установленных в картере двигателя. На конце коленчатого вала крепится массивный маховик.

Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (смесь воздуха с бензином), а через выпускной клапан выходят отработавшие газы. Клапаны открываются при набегании кулачков вращающегося распределительного вала на рычаги. При сбегании же кулачков с рычагов, клапаны надежно закрываются под воздействием мощных пружин. Распределительный вал с кулачками приводится во вращение от коленчатого вала двигателя.
В резьбовое отверстие головки цилиндра ввернута свеча зажигания, которая электрической искрой, проскакивающей между ее электродами, воспламеняет рабочую смесь (это горючая смесь перемешанная с остатками выхлопных газов, о чем более подробно рассказано ранее).
Думаю, что после знакомства с основными деталями одноцилиндрового двигателя, вы уже начали догадываться о том, как он работает. Но давайте все-таки разберемся с тем, как происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала. Этим в двигателе занимается шатунно-поршневая группа.

Вспомните теплый летний вечер, когда вы катались на велосипеде и даже не задумывались о том, как он перемещается в пространстве. А сейчас давайте посмотрим на действия велосипедиста со стороны. Нажимая на педаль одной ногой, мы поворачиваем ось педалей на пол-оборота, затем помогает вторая нога, нажимая на вторую педаль и… колесо вращается, велосипед едет! Необходимо отметить, что работа двух ног — это пример двухцилиндрового двигателя. Чтобы не чувствовать себя обманутым, можете привязать одну ногу к педали и использовать только ее для нашего эксперимента.
При дальнейшем изучении работы ноги велосипедиста можно увидеть принцип работы шатунно-поршневой группы двигателя. Роль шатуна выполняет голень ноги, поршнем с верхней головкой шатуна является — колено, ну а нижняя головка шатуна на кривошипе – это ступня на педали.
Колено велосипедиста движется только вверх — вниз (как поршень), а ступня с педалью уже по окружности (как кривошип коленчатого вала). Так это и есть преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное. В двигателе, взаимодействие деталей шатунно-поршневой группы точно такое же, как и в рассмотренном нами примере с ногой велосипедиста.

Рис. 7 Ход поршня и объемы цилиндра двигателя а) поршень в нижней мертвой точке б) поршень в верхней мертвой точке,

На рисунке 7 показаны некоторые параметры цилиндра и поршня, которые используются для оценки того или иного двигателя (объемы цилиндра и ход поршня).
Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). При езде на велосипеде колено вашей ноги, также как и поршень, периодически будет находиться в крайнем верхнем или крайнем нижнем положениях.
Ходом поршня называется путь, пройденный от одной «мертвой» точки до другой — S.

Объемом камеры сгорания называется объем, расположенный над поршнем, находящимся в ВМТ — Vс.

Рабочим объемом цилиндра называется объем, освобождаемый поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ — VР.

Полным объемом цилиндра является сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема: Vп = VР + Vс.

Рабочий объем двигателя, это сумма рабочих объемов всех цилиндров и измеряется он в литрах. Пока мы с вами рассматриваем только одноцилиндровый двигатель, а вообще двигатели современных легковых автомобилей имеют, как правило — 4, 6, 8 и даже 12 цилиндров. Соответственно, чем больше рабочий объем — тем более мощным будет двигатель. Измеряется мощность в киловаттах или в лошадиных силах (кВт или л.с.).
Например, рабочий объем двигателя ВАЗ 2105 — 1,3 литра, его мощность 46,8 кВт (63,7 л.с.). А рабочий объем двигателя ВАЗ 21083 — 1,5 литра и его мощность 51,5 кВт (70 л.с.).

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают.
Рабочий цикл — это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.
Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.
По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

• четырехтактные — в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,
• двухтактные — в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях отечественного производства применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а вот с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

• впуск горючей смеси,
• сжатие рабочей смеси,
• рабочий ход,
• выпуск отработавших газов.

Рис. 8 Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а).
Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор, о чем мы с вами поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения.
При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.
Хочется посоветовать читателю, почаще включать свое воображение, сравнивая сложное с простым. Если вам удастся почувствовать, как бы ощутить на себе те процессы, которые протекают в двигателе, да и в автомобиле в целом, то многие из «секретов» машины станут для вас «открытой книгой».

Например, наверняка каждый из вас видел, как медицинская сестра, готовясь сделать укол, набирает шприцем лекарство из ампулы. За счет перемещения поршня шприца, над ним создается разряжение, которое и засасывает из ампулы то, что позже «вольется» в «мягкое место» пациента. Почти то же самое происходит и в цилиндре двигателя в процессе такта впуска.
Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.
В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.

Второй такт — сжатие рабочей смеси (рис. 8б).
При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке.
Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Так и здесь. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 — 10 кг/см2, а температура 300 — 400оС.
В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя, имеющий название – степень сжатия (например 8,5). А что это такое? Надеюсь сейчас это станет понятно.

Степень сжатия показывает во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vп/Vс — см. рис.7). У карбюраторных двигателей в конце такта сжатия, объем над поршнем уменьшается в 8 — 10 раз.
В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. А в сумме, от начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт — рабочий ход (рис. 8в).
Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.
В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход — давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления, достигающего 40 кг/см2, начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила 2000 кг и более, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент. При такте рабочего хода, температура в цилиндре достигает 2000 градусов и выше.

Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.
Позднее мы вернемся к этим огромным цифрам, похожим на температуры в доменной печи. А пока следует отметить для себя, что процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени, по сравнению с которым, удивленное «хлопание» ресницами ваших глаз после прочтения этого сюжета, длится целую вечность.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис.8г)
При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя. Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге едет автомобиль без глушителя выхлопных газов, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя — при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.
После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск… и так далее.

А теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта — рабочего хода! Остальные три такта называются подготовительными (выпуск, впуск и сжатие) и совершаются они за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции.

Рис. 9 Коленчатый вал двигателя с маховиком 1 — коленчатый вал двигателя; 2 — маховик с зубчатым венцом; 3 — шатунная шейка; 4 — коренная (опорная) шейка; 5 — противовес

Маховик (рис. 9) — это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода, поршень, через шатун и кривошип, раскручивает коленчатый вал двигателя, который и передает запас инерции маховику.
Запасенная в массе маховика инерция позволяет ему, в обратном порядке, через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. То есть, поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска), именно за счет отдаваемой маховиком энергии. Если же двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик конечно тоже помогает.

В далеком детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась «Волчок». Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно также и массивный маховик двигателя — раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Дизельные двигатели

Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой или насос-форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением в конце такта сжатия. Необходимость подачи топлива под большим давлением обусловлена тем, что степень сжатия у таких двигателей в несколько раз больше, чем у карбюраторных. И так как давление и температура в цилиндре дизельного двигателя очень высоки, то происходит самовоспламенение топлива. А это означает, что искусственно поджигать смесь не надо. Поэтому у дизельных двигателей отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.

Первый такт — впуск, служит для наполнения цилиндра двигателя только воздухом.
При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, происходит всасывание воздуха через открытый впускной клапан.

Второй такт — сжатие, необходим для подготовки к самовоспламенению дизельного топлива.
При своем движении к верхней мертвой точке, поршень сжимает воздух в 18 — 22 раза (у карбюраторных в 8 — 10 раз). Поэтому в конце такта сжатия, давление над поршнем достигает 40 кг/см2, а температура поднимается выше 500 градусов.

Третий такт — рабочий ход, служит для преобразования энергии сгораемого топлива в механическую работу.
В конце такта сжатия, в камеру сгорания, через форсунку под давлением подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха.
При сгорании дизельного топлива (взрыве), происходит его расширение и увеличение давления. При этом возникает усилие, которое перемещает поршень к нижней мертвой точке и через шатун проворачивает коленчатый вал. Во время рабочего хода давление в цилиндре достигает 100 кг/см2, а температура превышает 2000о.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов, служит для освобождения цилиндра от отработавших газов.
Поршень от нижней мертвой точки поднимается к верхней мертвой точке и, через открытый выпускной клапан, выталкивает отработавшие газы.
При своем последующем движении вниз, поршень засасывает свежую порцию воздуха, происходит такт впуска и рабочий цикл повторяется.
В дизельном двигателе, нагрузки на все механизмы и детали значительно больше, чем в карбюраторном бензиновом, и это закономерно приводит к увеличению его массы, размеров и стоимости. Однако дизельный двигатель имеет и неоспоримые преимущества — меньший расход топлива, чем у его карбюраторного «брата» (приблизительно на 30%), а также отсутствие системы зажигания, что значительно уменьшает количество возможных неисправностей при эксплуатации.

Главное достоинство дизельных двигателей — это низкие затраты на топливо, поскольку моторы этого типа имеют малые удельные расходы топлива на основных эксплуатационных режимах, да и само горючее во многих странах заметно дешевле бензина.

К числу недостатков дизеля по сравнению с бензиновыми двигателями относятся: сравнительно низкие мощностные показатели, более дорогая в изготовлении и обслуживании топливная аппаратура, худшие пусковые качества, повышенный выброс некоторых токсичных компонентов с отработавшими газами, повышенный уровень шума.

Экономические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от особенностей рабочего процесса и, в частности, от типа камеры сгорания, системы впрыскивания топлива. Камеры сгорания дизельного двигателя делятся на разделенные (вихрекамерные и форкамерные), полуразделенные и неразделенные. Дизельные двигатели с неразделенной камерой иногда называют двигателями с непосредственным впрыском.

Разделенная вихрекамерная камера сгорания	Разделенная форкамерная камера сгорания
Полуразделенная камера сгорания	Неразделенная камера сгорания

Дизельные двигатели с разделенной камерой сгорания обычно устанавливаются на грузовики малой грузоподъемности и легковые автомобили. Это определяется необходимостью снижения уровня шума и меньшей жесткостью работы. При подходе поршня к ВМТ воздух из основного объема камеры сгорания вытесняется в дополнительный, создавая в нем интенсивную турбулизацию заряда, что способствует лучшему перемешиванию капель топлива с воздухом. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: некоторое увеличение расхода топлива вследствие повышения потерь в охлаждающую среду из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания имеют низкие расходы топлива и легче запускаются. Недостатком их является повышенная жесткость работы и соответственно — высокий уровень шума.

Для полного сгорания топлива изготовитель выбирает оптимальное соотношение между количеством сопловых отверстий у форсунки и интенсивностью вихревого движения заряда в цилиндре — так, чтобы струи топлива полностью охватили весь воздушный заряд. Чем меньше сопловых отверстий, тем более интенсивным должно быть вращательное движение заряда. У четырехтактных дизельных двигателей вращательное движение воздуха во время хода впуска обеспечивается тангенциальным расположением впускного канала, наличием ширмы у клапана, винтовым (улиткообразным) каналом перед впускным клапаном. В процессе сжатия при подходе поршня к ВМТ воздух перетекает из надпоршневого пространства в камеру сгорания в поршне, увеличивая интенсивность вращательного движения свежего заряда. Поэтому при ремонте дизельных двигателей необходимо следить, чтобы зазор между днищем поршня и головкой цилиндров соответствовал заданной инструкцией величине. При большем зазоре интенсивность турбулизации заряда будет недостаточна, при меньшем на больших нагрузках может появиться стук поршня от его ударов по головке. Во время сборки дизельного двигателя этот зазор проверяется установкой свинцовых пластинок на днище поршня и прокруткой коленчатого вала после затяжки болтов крепления головки.

Способы создания вихревого движения заряда во время впуска:
Тангенциальное расположение канала	Установка на клапане ширмы	Винтовой канал

Пуск дизельного двигателя:

У дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания (вихрекамерные или форкамерные) пусковые качества значительно хуже, чем у дизельных двигателей с неразделенной камерой.

Для облегчения пуска дизельные двигатели с разделенной камерой оснащаются электрическими свечами накаливания, устанавливаемыми в форкамеру или вихревую камеру. Реже свечи устанавливаются в дизельных двигателей с непосредственным впрыском.

Свечи бывают открытого и закрытого типа со спиралью накаливания или нагревательным элементом. Они выпускаются теми же фирмами, что и свечи зажигания. Кожух свечи располагается в камере сгорания дизельного двигателя так, чтобы конус распыленного топлива попадал только на его раскаленный наконечник.

В период, когда токсичность отработавших газов оценивалась по выбросу СО и СН (углеводородов), в широкой прессе отмечалось, что дизели имеют из всех ДВС наиболее низкую токсичность. Однако в дальнейшем, когда товарные бензины стали выпускаться без этиловой жидкости, а бензиновые двигатели начали оснащаться трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами, снижающими содержание СО, СН, NОх на 90-95%, о низкой токсичности дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми двигателями стали скромно умалчивать.

Повышенная токсичность дизелей определяется следующими факторами:

Первый из них — низкая эффективность каталитических нейтрализаторов. Это связано с тем, что степень сжатия, а следовательно, и степень расширения дизелей значительно выше, чем у бензиновых двигателей. Поэтому температура отработавших газов недостаточна для эффективной работы нейтрализаторов. В связи с этим не удается добиться снижения выброса оксидов азота, которые в несколько десятков раз более токсичны, чем СО.

Второй фактор — повышенный выброс на некоторых режимах, особенно во время прогрева, продуктов неполного сгорания с характерным неприятным запахом (акролеина, альдегидов и др.), многие из которых являются канцерогенами. Третий — частицы сажи являются носителями канцерогенов. Попадая в дыхательные пути, они вызывают раковые опухоли. Из-за того, что ни в одной из стран до сих пор нет быстродействующих газоанализаторов, нет и возможности нормировать их выброс. Поэтому законодатели используют косвенные показатели — ограничение выброса углеводородов и твердых частиц.

Основные причины повышенной токсичности и повышенного расхода топлива дизельных двигателей следующие:

— низкое качество топлива,

— нарушение работы системы топливоподачи (слишком низкий коэффициент избытка воздуха, неравномерная подача топлива по цилиндрам, смещение фаз впрыска, межцикловая неравномерность подачи топлива),

— повышенный расход масла на угар из-за износа деталей цилиндропоршневой группы,

— в двигателях с турбонаддувом — слишком низкое давление наддува.

Одна из главных характеристик дизельного топлива — это его цетановое число, показывающее способность к самовоспламенению.

Оно определяется на одноцилиндровой установке сравнением со смесью эталонного топлива, подбираемого так, чтобы период задержки воспламенения был таким же, как и у испытуемого горючего. Величина цетанового числа должна быть не менее 45. Она зависит от химического состава топлива и наличия в нем специальных присадок. Увеличение цетанового числа достигается повышением содержания в топливе парафиновых углеводородов. При этом улучшаются пусковые качества, однако при цетановом числе 50…55 ухудшается полнота сгорания.

Двигатель, исследование сгорания сгорание в цилиндрах

    Проведенные в лабораториях Национального авиатехнического института я опубликованные им исследования детонации в двигателях внутреннего сгорания имеют целью показать, что яри сгорании в цилиндре возникает несколько волн давления. [c.455]

    При проведений исследований исходили акже из представления о том, что масла с присадками в двигателях внутреннего сгорания выполняют свои рабочие функции, в том числе обеспечивают собственно моющее действие при наличии электрических полей. Последние могут иметь место вследствие различных причин, например из-за наличия пары металлов (алюминий — сталь и др.) в масле. Возникновение напряжения между алюминиевым поршнем и чугунной гильзой цилиндра, разделенных слоем масла, было экспериментально установлено в работе Акселя Водей [2] при исследовании электрохимической природы коррозионного износа деталей двигателей внутреннего сгорания. [c.220]

    В работе [92] указывается, что на деталях с более низкой температурой, как правило, наблюдается повышенное нагарообразование. Это подтверждается результатами исследований и других авторов, которыми установлено, что в одноцилиндровом предкамерном двигателе с отношением хода поршня к диаметру цилиндра 5/Дц=1,21 (115/95) и степенью сжатия е=19 увеличение температуры стенок камеры сгорания от 200 до 550°С привело к уменьшению отложений нагара в 30 раз. Эта особенность характерна для двигателя данной конструкции и режима работы его. Ее нельзя распространять на все типы двигателей внутреннего сгорания. [c.44]

    Помимо результатов непосредственных наблюдений за компрессорами, показательны также исследования двигателей внутреннего сгорания, проведенные на Горьковском автозаводе. Согласно этим исследованиям, ири повышении температуры воды в охлаждающей рубашке цилиндров от 30 до 80 С износ цилиндров уменьшается в 5—6 раз. Дальнейшее повышение температуры до 160° С величины износа не изменяет. Установлено также, что при воздушном охлаждении цилиндры имеют меньший износ, чем при водяном, вследствие более высокой температуры стенки. [c.320]

    Стандартная установка для определения октановых чисел (рис. 50) была выбрана в 30-х годах в результате специальных исследований. Она представляет собой одноцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, соединенный ременной передачей с тормозящим асинхронным мотором-генератором и оборудованный специальным карбюратором, аппаратурой для замера детонации и системами зажигания, охлаждения, смазки, подогрева воздуха или рабочей смеси, подогрева масла и кондиционирования воздуха по влажности. Основной особенностью двигателя является переменная степень сжатия. Изменение степени сжатия достигается подъемом и опусканием с помощью червячной передачи цилиндра двигателя по специальной направляющей. Для этого цилиндр отливается в одно целое с головкой двигателя и рубашкой для охлаждающей жидкости. Переменная степень сжатия позволяет создавать стандартный дето- [c.164]

    Монография посвящена исследованию и разработке методов расчета теплообмена в поршневых машинах (двигателях внутреннего сгорания и компрессорах). В ней рассмотрены внутренний (внутри цилиндра) и внешний (отвод теплоты от камеры сжатия — горения) теплообмен и контактный теплообмен описана математическая модель движения заряда в цилиндре и на ее основе на базе теории пограничного слоя определены локальные мгновенные значения коэффициентов теплоотдачи конвекцией изложены особенности лучистого теплообмена в цилиндрах ДВС приведена методика расчета внешнего теплообмена в поршневых машинах. [c.2]

    Поэтому вряд ли удивительно, что рассмотрение реакций, определяющих характеристики углеводородных топлив как источников мощностей, является больше умозрительным, чем количественным. Внимание было сосредоточено на исключении нежелательных особенностей окисления, например детонации в двигателях внутреннего сгорания при высоких степенях сжатия в результате больших усилий это было достигнуто эмпирическим путем, хотя некоторые усовершенствования были сделаны уже на ранних стадиях этих исследований. Явление детонации в двигателях с искровым зажиганием обусловлено самовоспламенением несгоревшего газа впереди фронта пламени, двигающегося от источника зажигания. Это самовоспламенение вызывает механически вредную детонационную волну и нарушает граничные слои газов вблизи поршня и у стенок цилиндра, приводя к более быстрому распространению тепла от горячих газов к металлу. Наличие волн детонации было убедительно доказано высокоскоростной фотосъемкой [56]. [c.473]

    Поскольку в выхлопных газах не обнаружено соединений аммония, нельзя объяснять действие аммиака простой нейтрализацией окислов серы. Проведенными исследованиями установлено, что нри добавке аммиака в цилиндры двигателя в продуктах сгорания снижается содержание серного ангидрида. По-видимому, аммиак реагирует с перекисями сернистых соединений и разрушает их с образованием менее агрессивного сернистого ангидрида  [c.253]

    Влияние турбулентности. Вихревое (турбулентное) движение смеси, поступающей в цилиндр двигателя— один из важнейших факторов, ускоряющих С. в д. Известно, что при исследовании процессов сгорания в бомбах и трубах, где почти отсутствует вихревое движение смеси, скорость распространения пламени в смеси составляет 1 —4 м сек. В современных [c.545]

    Отличительной чертой условий работы масла в двигателях внутреннего сгорания является периодический контакт с воздухом и горячими газами пленки смазки, остающейся на стенке гильзы цилиндра при движении поршня от верхней мертвой точки. На основании опубликованных результатов исследований толщина этой пленки равна 4—8 мк [8— [c.203]

    Исследование скоростей сгорания топливо-воз-душных смесей в цилиндре двигателя показало, что при переходе нормального сгорания в дето-, национное скорость распространения пламени резко возрастает. Если при нормальном сгорании пламя распространяется со скоростями от 10— [c.17]

    На основании результатов электронографических исследований рассматриваемых пленок, а также многочисленных экспериментальных данных, полученных при изучении обжига сульфидных концентратов и термической устойчивости сульфидных катализаторов, применяемых в нефтепереработке, анализируется процесс окисления сульфидных пленок на сильно нагретых деталях двигателей внутреннего сгорания. Показано, что на стенках цилиндров, клапанах и других деталях камер сгорания теплонапряженных двигателей сульфиды железа способны легко окисляться в сульфаты, способствующие увеличению износа деталей двигателей. Рассмотрен вопрос о взаимном влиянии сульфидов, сульфатов и окислов металлов при совместном окислении их кислородом воздуха. Показано, что в присутствии сульфидов некоторых металлов, например цинка, окисление сульфидов железа в сульфаты протекает медленнее. Таблиц 1. Библиографий 8. [c.633]

    Исследование свойств бензинов, применяемых в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания, показало, что эти свойства во многом зависят от структуры углеводородов, входящих в состав того или иного бензина. Оказалось, что состав бензинов сильно влияет на легкость воспламенения при сжатии (так называемую детонацию), вызывающую характерный стук работающего мотора. Причиной детонации является преждевременное воспламенение горючей смеси в цилиндрах двигателя. Детонация не позволяет увеличивать степень сжатия горючей смеси в рабочем -цилиндре двигателя и, таким образом, мещает увеличению мощности двигателя. Кроме того, детонация приводит к быстрому изнашиванию двигателя. [c.56]

    Пьезокварцевый датчик, отвечающий требованиям, необходимым для исследования рабочих процессов в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, приведен на рис. 168, а тензометрический датчик для индицирования силовых и компрессорных цилиндров ПГПА — на рис. 169. [c.281]

    Исследования зависимости микротвердости поверхности, а также пористости хромового осадка от условий наружного шлифования и хромирования проводились на клапанах впуска и выпуска, пальцах поршня и шатуна, цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, различных втулках и других деталях, восстанавливаемых хромированием. Часть экспериментов проводилась на специальных образцах. [c.119]

    Основным объектом низкотемпературной коррозии продуктами сгорания является цилиндро-поршневая группа двигателя [46—50]. Возможность конденсации паров воды или серной кислоты в первую очередь зависит от температуры деталей двигателя, непрерывно изменяющейся во время работы. Исследования показали, что конденсация продуктов сгорания и образование пленки электролита наиболее возможны в верхней части цилиндра. Вследствие большой неравномерности распределения температур по окружности, характерной для указанной части цилиндра, конденсация может быть местной, т. е. происходить только на тех участках, температура которых ниже критической. Величина и расположение таких участков определяются конструктивными особенностями двигателей. Так, для карбюраторных двигателей с односторонним расположением клапанов в блоке зона наименьших температур верхней части цилиндра расположена против клапанов, в силу чего эта зона наиболее сильно увлажняется конденсатом и подвержена коррозии [43]. [c.303]

    В последнее время наметился значительный прогресс в технологии хромирования цилиндров двигателей внутреннего сгорания за счет использования преимуществ хромирования в проточном электролите и новых электролитов. При достаточной скорости протока можно проводить хромирование без подогрева электролита и при высоких плотностях. В этих условиях достигается выход по току до 40% и соответственно высокие скорости наращивания. В результате исследований хромирования цилиндров две в работе [141 предлагаются следующий состав электролита (г/л) и режим хромирования этих деталей  [c.84]

    Проведенные исследования имеют непосредственное отношение к механическому, коррозионному и коррозионно-механическому из-носам Б двигателях и механизмах. В паре трения кольцо — гильза цилиндра двигателей внутреннего сгорания коррозионный износ имеет важное, если не доминирующее значение. Установлено  [c.113]

    Основным объектом низкотемпературной коррозии продуктами сгорания является цилиндро-поршневая группа двигателя [46—50]. Возможность конденсации паров воды или серной кислоты в первую очередь зависит от температуры деталей двигателя, непрерывно изменяющейся во время работы. Исследования показали, что конденсация продуктов сгорания и образование пленки электролита наиболее возможны в верх- [c.303]

    В настоящее время появилось достаточно много исследований, показывающих возможность и рациональность перевода поршневых двигателей внутреннего сгорания на испарительное ВТО. Как показывают эти исследования, повышение температуры охлаждающей воды позволяет несколько улучшить характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания. Последнее объясняется тем, что температура охлаждающей воды в значительной мере определяет температуру стенок цилиндра, что, в свою очередь, влияет на протекание рабочего процесса, на величину работы сил трения в цилиндропоршневой группе и на эффективность превращения тепла в работу. [c.175]

    Исследования показывают, что в бескомпрессорных двигателях давление в цилиндре за период сгорания заметно возрастает. В тихоходных бескомпрессорных двигателях максимальное давление вспышки доходит до [c.29]

    В прошлом вредное влияние серы ставилось в зависимость от характера сернистых соединений, входяш,их в состав топлива. Все сернистые соединения делились на 1) содержащие активную или корродирующую серу и 2) содержащие неактивную серу. Сернистым соединениям первой группы приписывались все вредные последствия применения топлив с повышенным содержанием серы. Как показали наши и ряд других работ, деление на активную и неактивную серу необоснованно. Сера и все сернистые соединения, входящие в состав топлива, в условиях двигателя являются активными, так как при сгорании их в двигателе образуются ЗОг и 50з, которые в свою очередь в присутствии паров воды способны образовать кислоты, вызывающие коррозию цилиндро-поршневой группы. Впервые это было обнаружено при исследовании запуска двигателя. Более поздними работами доказано наличие газовой сернистой коррозии и при установившемся режиме работы двигателя. [c.135]

    Явление детонации в двигателе неразрывно связано с характером процесса сгорания топливной смеси в цилиндре. До настоящего времени явление детонации и механизм реакции сгорания полностью еще недостаточно изучены из-за чрезвычайной сложности самих процессов и трудности их экспериментального исследования. Но явление детонации можно обнаружить по характеру работы двигателя, при которой температура стенок цилиндра начинает резко возрастать, температура выхлопных газов — падать, а из выхлопного патрубка появляются клубы черного дыма. [c.605]

    Развитие и эксплуатация поршневых двигателей внутреннего сгорания имеет унле почти вековую историю, однако только недавно сотрудниками Института химической физики АН СССР выяснена природа этого автоматизма. Исследования движения газа в цилиндре двигателя с помощью электротермоанемометра привели к выводу, что турбулентность в цилиндре двигателя рождается в процессе его наполнения, в ходе всасывания. Этот вывод подтверждается, например, тем, что при перекрытии всасывающего клапана в каком-либо цикле, т. е. пропуске наполнения цилиндра, турбулентные пульсации почти полностью исчезают. Это видно из осциллограмм термоанемометра, отображающих последовательные циклы работы двигателя с нормально работающим и с закрытым всасывающим клапаном (рис. 15). Чем больше число оборотов, чем выше скорость движения поршня, тем больше скорость всасывания газа и его скорость в струях, втекающих в цилиндр в ходе всасывания. А со скоростью воздугпных струй возрастает интенсивность рождаемых в них турбулентных пульсаций. [c.151]

    Такое Представление о сущности процесса указывает на значительный прогресс по сравнению со взглядами, господствовавшими 10 лет тому йазад. Однако по многочисленным важным вопросам до сих пор сведений не публиковалось. Нагарообразованию способствуют крекинг-топлива, особенно хвостовые их фракции но наиболее активно способствующие нагарообразованию структуры до сих пор строго не установлены. Обнаружена четкая зависимость между нагарообразованием и реакционной способностью бензина по отношению к п-нитробензолдиазонийфторобо-рату — классическому реагенту, применяемому для качественного определения реакционноспособных олефинов [268]. Обычно считают, что парафиновые и простые олефиновые углеводороды не способствуют нагарообразованию, но сложные диолефиновые, тяжелые ароматические и некоторые нафтеновые углеводороды, как показывают многочисленные экспериментальные данные [243], вызывают обильное нагарообразование. Подобные различия, несомненно, связаны с природой продуктов неполного окисления, прорывающихся через поршневые кольца в картер двигателя, однако химическое строение этих продуктов еще не выяснено. Не выяснен также механизм, в результате которого с повышением температуры в рубашке двигателя нагарообразование уменьшается. Очень сомнительно, что в представленных на рис. 1 опытах [244] уменьшение образования лака на поршне вызывается испарением компонентов, являющихся предшественниками нагара. Поскольку температуру поршня, работавшего с зажиганием-, поддерживали постоянной, самый процесс сгорания и, следовательно, состав прорывающихся в картер газов оставались неизмененными. Не изменялись также параметры, определяющие существующий в картере режим его вентиляция (количество отсасываемых газов), содержание воды и температура. Следовательно, наиболее важным параметром была температура в зоне, в которой изучался процесс нагарообразования, т. е. в зоне юбки поршня. Можно принять, что с повышением температуры растворимость смолистых предшественников лака в масле увеличивается. В этом случае нагарообразование на горячем поршне должно уменьшаться, что и объясняет увеличение лакообразова-ния на более холодном поршне в цилиндре, работавшем с зажиганием. Возможно также, что скорость превращения смолы в нелипкие, подобные коксу, продукты значительно увеличивается с повышением температуры в цилиндре. Роль окислов азота во всем этом процессе еще не ясна. Для ответа на эти и многочисленные другие вопросы, связанные с нагарообразованием в условиях низкотемпературного режима, потребуются дополнительные исследования. [c.20]

    Исследования, проведенные различными авторами, указывают на то, что цета-иовые числа дизельных топлив характеризуют эксплуатационные качества топлива легкость запуска двигателей, равномерность сгорания, образование отложений в цилиндрах, дымность и занах выхлопа. [c.49]

    ВЫСОКИЕ ДАВЛЕНИЯ — давления, превышающие атмосферное. Часто встречающееся в литературе подра,здеЛение давлений на низкие, высокие, очепь высокие и сверхвысокие з значительной стенени условно, т. к. устанавливается в зависимости от случайных факторов. Давление (Д.) имеет только нижний нреде.л — абс. вакуум величина же достигнутого Д. ограничивается возможностями техники. В природе Д. достигает значительной величины на больших водных глубинах до 1000 ат, в толще земли доходит (у центра) до миллионов атмосфер на нек-рых звездах Д. достигает десятков и сотен миллионов атмосфер (белые карлики до 10 ат). Примепение В. д. имеет большое значение для науки и техники. Оно смещает химич. равновесие и ускоряет многие реакции, вследствие чего используется в пром-сти для получения синтетич. аммиака, метанола, мочевины, различных полимеров, искусственного бензина и др. В. д. применяют и в современных паровых котлах, при В. д. добывают нефть и газ из глубинных скважин. В. д. развивается при горении заряда в стволе артиллерийского орудия и в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, используется д,ля приведения в действие мои1,ных гидравлич. прессов, действует в водяных пушках — гидромониторах. Лабораторные исследования проводят при Д. до 200 ООО аог максимально Д., достигнутое в лаборатории, равно 425 ООО ат. [c.342]

    Многочисленными исследованиями на двигателях внутреннего сгорания установлено, что наиболее интенсивное нарастание температуры в верхнем доныщке порщня (рис. 171), нижнем донышке крышки и верхней части цилиндра, т. е. на участках, образующих камеру сгорания, происходит в первую минуту после перехода на работу под нагрузкой. В дальнейщем скорость нарастания температуры уменьшается, а через 5—6 мин температура деталей становится равной температуре установившегося режима работы кон- [c.286]

    При детальном исследовании сгорания обязательным условием является возможность фотографической регистрации распространения пламени во всем пространстве сгорания через соответствующие прозрачные окна. Такие исследования на нормально работающем двигателе связаны с исключительными трудностями и, что еще более существенно, с неизбежными ограничениями. В частности, если даже прозрачный материал окон п сможет выдержать без разрушения работу двигателя на форсированных режимах, то все же его разогрев настолько велик, что может повлиять на развивающиеся в цилиндре двигателя процессы. В Институте химической физики АН СССР в течение 1946—1947 гг. была создана специальная установка одиночных циклов, а также оригинальная аннаратура для регистрации распространения пламени в цилиндре этой установки, подробно нами описанные [41. Мы ограничимся поэтому лишь кратким описанием основных особенностей этой аппаратуры и применявшейся в данном исследовании методики. [c.213]

    Повидимому, при всех видах холодной обработки металлов на поверхности образуется более или менее аморфный слой Бэйльби, обусловливающий повышение твёрдости и износоустойчивости. Весьма показательны результаты недавней работы Финча, Куоррелла и Уилмана по исследованию внутренних поверхностей цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Электронограммы, снятые после окончательной обработки внутренней поверхности цилиндров авиационных моторов, не бывших ещё в употреблении, указывали на наличие микрокристаллической структуры и имели явно выраженные кольца а-железа. После приработки, однако, на электронограммах можно было видеть лишь размытые кольца аморфного поверхностного слоя, даже после значительного износа этих поверхностей. Можно предположить, что процесс приработки цилиндров заключается в образовании слоёв Бэйльби значительной толщины. Было также замечено, что трение поршня о чугун, из которого изготовляются цилиндры, содействует выходу графита на поверхность. Возможно, что именно вследствие такого эффекта автосмазки чугун и является подходящим материалом для цилиндров моторов. [c.230]

    СГОРАНИЕ В ДВИГАТЕЛЕ — ВИХРЕВОЕ ДВИЖЕНИЕ. Вихревое движение смеси, поступающей в цилиндр двигателя, является одним нз важнейших факторов, ускоряющих процесс Сгорания в двигателе. Известно, что при исследовании процессов сгорания в бомбах и грубах, где почти отсутствует вихревое движение смеси, скорость распространения пламени в смеси составляет 1—4 м/сек. В современных двигате- [c.159]

    Поскольку исследование электроэрозионного износа деталей непосредственно иа двигателе внутреннего сгорания сопряжено со значительными методическими трудностями вследствие взаимного влияния различных видов износа, нами была создана экспериментальная установка, моделирующая трение пары цилиндр — поршневое кольцо при прилсжении постоянного напряжения между трущимися деталями, разделенными слоем смазочного масла. [c.216]

    С 1932 г. развернулись исследования процесса сгорания легкого топлива в двигателях. Был построен специальный двигатель со стеклянным окном в головке, допускающим фотографическую регистрацию развивающихся в цилиндре процессов. В результате была вскрыта природа стука в двигателе. В 1936 г. А. С. Соколик и А. Н. Воинов [394] предложили и испытали новый способ организации процесса сго1рания в двигателе — форкамерно-факельное зажигание. Применение нового принципа зажигания сопровождалось существенным анти-детонационным эффектом, снижением удельного расхода топлива в результате возможности эффективной работы на весьма обедненных смесях. Принцип форкамерно-фак(>льного зажигания проверен на опытных образцах двигателе . [c.69]

    Значительные возможности для проведения исследований по применению масел в двигателях внутреннего сгорания имеют машины трения типа ВЛ, в которых в- наибольшей степени воспроизводятся условия работы пары трения кольцо — гильза. Достигается это применением кривошипно-шатунного механизма и нагрузочного распорного устройства. Конструктивной основой таких машин трения является одноцилиндровый компрессор типа АК-50 авиационного Двигателя АШ-82. Диаметр цилиндра 40 мт, ход поршня 20 мм. Привод осуществляется от асинхронного трехфазного двигателя мощностью 2 кет при л =2950 об1мин. Между двигателем и компрессором установлена коробка передач мотоцикла М-72. Для определения потерь на трение корпус компрессора смонтирован на шариковых подшипниках. Возникающий во время работы опрокидывающий момент уравновешиваетея пружиной и при помощи тензодатчика фиксируется самописцем. [c.86]

    Биометан как моторное топливо имеет более высокую детонационную стойкость, что позволяет в двигателях внутреннего сгорания снижать концентрацию вредных веществ в отработанных газах и уменьшать количество отложений в двигателе. Ввиду отсутствия жидкой фазы масляная пленка с цилиндров двигателя не смывается, износ деталей цилиндропоршневой группы уменьшается в 2 раза и соответственно возрастает надежность и долговечность двигателя. Анализ результатов исследований токсичности газобаллонных автомобилей, проведенных за рубежом, показывает, что при замене бензина биометаном выброс токсических составляющих (г/км) в атмосферу города снизился (в среднем) оксида углерода в 8 раз, углеводородов — в 3 раза, окислов азота — в 2 раза, ПАУ — в 10 раз, дымности — в 9 раз. Так, специалистами компании Volvo успешно реализуется проект перевода городских автобусов г. Гетеборга на биогаз (свалочный газ). Подтверждено, что при переводе автотранспорта на биогаз суммарные парниковые эмиссии сократились на 90 % (по сравнению с бензиновыми двигателями автобусов [4]). [c.72]

    Совпадение мест возможного конденсирования продуктов сгорания и наибольшего коррозионного износа особенно хорошо иллюстрируют данные рис. 127, полученные при исследованиях двигателя ГАЗ-51 [46, 47]. При 2100 об1мин на бедных смесях стенки цилиндров на расстоянии 20 мм от верха имеют температуру ниже критической и именно в этой области возможна конденсация продуктов сгорания. При 700 об1мин такая область расширяется до 40 мм от верха блока цилиндров. Линии износа и температуры насыщения имеют очень близкий характер (рис. 127). [c.303]

---

Влияние диаметра цилиндра и хода поршня на эффективный кпд двигателя внутреннего сгорания

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)
Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
43906 2

Объём камеры сгорания в известной степени указывает на количество вводимой теплоты. Теплотворная способность поступающего заряда в бензиновом двигателе определена соотношением воздуха и топлива, близким к стехиометрическому. В дизель подаётся чистый воздух, а подача топлива ограничена степенью неполноты сгорания, при которой в отработавших газах появляется дым. Поэтому связь количества вводимой теплоты с объёмом камеры сгорания достаточно очевидна [2].

Наименьшим отношением поверхности к заданному объёму обладает сфера. Тепло в окружающее пространство отводится поверхностью, поэтому масса, имеющая форму шара, охлаждается в наименьшей степени. Эти очевидные соотношения учитываются при проектировании камеры сгорания. Следует, однако, иметь в виду геометрическое подобие деталей двигателей разных размеров. Как известно, объём сферы равен 4/3∙π∙R³, а её поверхность — 4∙π∙R², и, таким образом, объём с ростом диаметра увеличивается быстрее, чем поверхность, и, следовательно, сфера большего диаметра будет иметь меньшую величину отношения поверхности к объёму. Если поверхности сферы разного диаметра имеют одинаковые перепады температур и одинаковые коэффициенты теплоотдачи α, то большая сфера будет охлаждаться медленнее.

Двигатели геометрически подобны, когда они имеют одинаковую конструкцию, но отличаются размерами. Если первый двигатель имеет диаметр цилиндра, например, равный единице, а у второго двигателя он в 2 раза больше, то все линейные размеры второго двигателя будут в 2 раза, поверхности — в 4 раза, а объёмы — в 8 раз больше, чем у первого двигателя. Полного геометрического подобия достичь, однако, не удаётся, так как размеры, например, свечей зажигания и топливных форсунок одинаковы у двигателей с разными размерами диаметра цилиндра.

Из геометрического подобия можно сделать тот вывод, что больший по размерам цилиндр имеет и более приемлемое отношение поверхности к объёму, поэтому его тепловые потери при охлаждении поверхности в одинаковых условиях будут меньше.

При определении мощности нужно, однако, учитывать некоторые ограничивающие факторы. Мощность двигателя зависит не только от размеров, т. е. объёма цилиндров двигателя, но и от частоты его вращения, а также среднего эффективного давления. Частота вращения двигателя ограничена максимальной средней скоростью поршня, массой и совершенством конструкции кривошипно-шатунного механизма. Максимальные средние скорости поршня бензиновых двигателей лежат в пределах 10—22 м/с. У двигателей легковых автомобилей максимальное значение средней скорости поршня достигает 15 м/с, а значения величины среднего эффективного давления при полной нагрузке близки к 1 МПа.

Рабочий объём двигателя и его размеры определяют не только геометрические факторы. Например, толщина стенок задана технологией, а не нагрузкой на них. Теплопередача через стенки зависит не от их толщины, а от теплопроводности их материала, коэффициентов теплоотдачи на поверхностях стенок, перепада температур и т. д. Колебания давления газа в трубопроводах распространяются со скоростью звука независимо от размеров двигателя, зазоры в подшипниках определяются свойствами масляной пленки и т. д. Некоторые выводы относительно влияния геометрических размеров цилиндров, тем не менее, необходимо сделать.

Преимущества и недостатки цилиндра с большим рабочим объёмом

Цилиндр большего рабочего объёма имеет меньшие относительные потери теплоты в стенки. Это хорошо подтверждается примерами стационарных дизелей с большими рабочими объёмами цилиндров, которые имеют очень низкие удельные расходы топлива. В отношении легковых автомобилей это положение, однако, подтверждается не всегда.

Анализ уравнения мощности двигателя показывает, что наибольшая мощность двигателя может быть достигнута при небольшой величине хода поршня.

Средняя скорость поршня может быть вычислена как

C_п = S∙n/30 (м/с),

где S — ход поршня, м; n — частота вращения, мин^-1.

При ограничении средней скорости поршня Cп частота вращения может быть тем выше, чем меньше ход поршня. Уравнение мощности четырёхтактного двигателя имеет вид

N_e = V_h∙p_e∙n/120 (кВт),

где V_h — объём двигателя, дм³; n — частота вращения, мин^-1; p_e — среднее эффективное давление, МПа.

Следовательно, мощность двигателя прямо пропорциональна частоте его вращения и рабочему объёму. Тем самым к двигателю одновременно предъявляются противоположные требования — большой рабочий объём цилиндра и короткий ход. Компромиссное решение состоит в применении большего числа цилиндров.

Наиболее предпочтительный рабочий объём одного цилиндра высокооборотного бензинового двигателя составляет 300—500 см³. Двигатель с малым числом таких цилиндров плохо уравновешен, а с большим — имеет значительные механические потери и обладает поэтому повышенными удельными расходами топлива. Восьмицилиндровый двигатель рабочим объемом 3000 см³ имеет меньший удельный расход топлива, чем двенадцатицилиндровый с таким же рабочим объёмом.

Для достижения малого расхода топлива целесообразно применять двигатели с малым числом цилиндров. Однако одноцилиндровый двигатель с большим рабочим объёмом не находит применения в автомобилях, поскольку его относительная масса велика, а уравновешивание возможно лишь при использовании специальных механизмов, что ведёт к дополнительному увеличению его массы, размеров и стоимости. Кроме того, большая неравномерность крутящего момента одноцилиндрового двигателя неприемлема для трансмиссий автомобиля.

Наименьшее число цилиндров у современного автомобильного двигателя равно двум. Такие двигатели с успехом применяют в автомобилях особо малого класса («Ситроен 2CV», «Фиат 126»). Сточки зрения уравновешенности, следующим в ряду целесообразного применения стоит четырёхцилиндровый двигатель, однако в настоящее время начинают применять и трёхцилиндровые двигатели с небольшим рабочим объёмом цилиндров, поскольку они позволяют получить малые расходы топлива. Кроме того, меньшее число цилиндров упрощает и удешевляет вспомогательное оборудование двигателя, так как сокращается число свечей зажигания, форсунок, плунжерных пар топливного насоса высокого давления. При поперечном расположении в автомобиле такой двигатель имеет меньшую длину и не ограничивает поворот управляемых колёс.

Трёхцилиндровый двигатель позволяет использовать унифицированные с четырёхцилиндровым основные детали: гильзу цилиндра, поршневой комплект, шатунный комплект, клапанный механизм. Такое же решение возможно и для пятицилиндрового двигателя, что позволяет при необходимости увеличения мощностного ряда вверх от базового четырёхцилиндрового двигателя избежать перехода на более длинный шестицилиндровый.

В дизелях помимо уменьшения потерь теплоты при сгорании большой рабочий объёмом цилиндра даёт возможность получить более компактную камеру сгорания, в которой при умеренных степенях сжатия создаются более высокие температуры к моменту впрыска топлива. У цилиндра с большим рабочим объёмом можно использовать форсунки с большим числом сопловых отверстий, обладающих меньшей чувствительностью к нагарообразованию.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Частное от деления величины хода поршня S на величину диаметра цилиндра D представляет собой широко употребляемое значение отношения S/D. Точка зрения на величину хода поршня в течение развития двигателестроения менялась.

На начальном этапе автомобильного двигателестроения действовала так называемая налоговая формула, на основе которой взимаемый налог на мощность двигателя рассчитывался с учетом числа и диаметра D его цилиндров. Классификация двигателей осуществлялась также в соответствии с этой формулой. Поэтому отдавалось предпочтение двигателям с большой величиной хода поршня с тем, чтобы увеличить мощность двигателя в рамках данной налоговой категории. Мощность двигателя росла, но увеличение частоты вращения было ограничено допустимой средней скоростью поршня. Поскольку механизм газораспределения двигателя в этот период не был рассчитан на высокую оборотность, то ограничение частоты вращения скоростью поршня не имело значения.

Как только описанная налоговая формула была упразднена, и классификация двигателей стада проводится в соответствии с рабочим объёмом цилиндра, ход поршня начал резко уменьшаться, что позволило увеличить частоту вращения и, тем самым, мощность двигателя. В цилиндрах большего диаметра стало возможным применение клапанов больших размеров. Поэтому были созданы короткоходные двигатели с отношением S/D, достигающим 0,5. Усовершенствование механизма газораспределения, особенно при использовании четырех клапанов в цилиндре, позволило довести номинальную частоту вращения двигателя до 10000 мин^-1 и более, вследствие чего удельная мощность быстро возросла.

В настоящее время большое внимание уделяется уменьшению расхода топлива. Проведённые с этой целью исследования влияния S/D показали, что короткоходные двигатели обладают повышенным удельным расходом топлива. Это вызвано большой поверхностью камеры сгорания, а также снижением механического КПД двигателя из-за относительно большой величины поступательно движущихся масс деталей шатунно-поршневого комплекта и роста потерь на приводы вспомогательного оборудования. При очень коротком ходе нужно удлинять шатун с тем, чтобы нижняя часть юбки поршня не задевалась противовесами коленчатого вала. Масса поршня при уменьшении его хода мало уменьшилась и при использовании выемок и вырезов на юбке поршня. Для снижения выброса токсичных веществ в отработавших газах целесообразнее применять двигатели с компактной камерой сгорания и с более длинным ходом поршня. Поэтому в настоящее время от двигателей с очень низким отношением S/D отказываются.

Рис. 1
Влияние отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D на среднее эффективное давление pe гоночных автомобилей

Зависимость среднего эффективного давления от отношения S/D у лучших гоночных двигателей, где четко видно снижение p_e при малых отношениях S/D, приведена на рис. 1. В настоящее время более выгодным считается отношение S/D, равное или несколько большее единицы. Хотя при коротком ходе поршня отношение поверхности цилиндра к его рабочему объёму при положении поршня в НМТ меньше, чем у длинноходных двигателей, нижняя зона цилиндра не так важна для отвода теплоты, поскольку температура газов уже заметно падает.

Длинноходный двигатель имеет более выгодное отношение охлаждаемой поверхности к объёму камеры сгорания при положении поршня в ВМТ, что более важно, так как в этот период цикла температура газов, определяющая потери теплоты, наиболее высока. Сокращение поверхности теплоотдачи в этой фазе процесса расширения уменьшает тепловые потери и улучшает индикаторный КПД двигателя.

Последнее обновление 02.03.2012
Опубликовано 27.09.2011

Читайте также

• Гидромуфты и гидротрансформаторы

  Гидромуфта открыла путь к созданию автоматической коробки передач. Сама по себе она не может увеличивать передаваемый момент, но ее пробуксовка уменьшает рывки автомобиля при переключении передач.

Сноски

1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 186 — 192 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
2. ↺ Узнать больше о эффективном КПД. – Прим. icarbio.ru

Комментарии

Влияние отключения цилиндров двигателя внутреннего сгорания на рабочий процесс землеройно-транспортной машины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.43

ВЛИЯНИЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

С.С. Журавлев

ФГБОУ ВПО «СибАДИ», Россия, г. Омск.

Аннотация. В статье рассмотрено влияние отключения цилиндров на изменения характеристик силовой установки землеройно-транспортной машины в различных режимах работы, произведен расчет дизельных двигателей с последующим анализом показателей их работы при различных алгоритмах отключения цилиндров, проведена оценка возможности использования дополнительного маховика для стабилизации частоты вращения коленчатого вала двигателя во время рабочего процесса.

Ключевые слова: землеройно-транспортная машина, двигатель, крутящий момент, маховик, момент инерции, дисперсия, экономичность.

Введение

Помимо поисков режимов работы для достижения максимальной мощности и эффективности при работе землеройно-транспортных машин (ЗТМ) также актуальной задачей является достижение оптимальной топливной экономичности и снижение вреда, наносимого окружающей среде путем снижения количества и токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Влияние отключения цилиндров на параметры ДВС

Некоторые ЗТМ, такие как бульдозер и автогрейдер, имеют несколько режимов работы. При выполнении операции копания бульдозер должен работать в режиме максимальной тяговой мощности, используя весь доступный ресурс ДВС. Однако при выполнении планировочных работ и при работе машины на холостых оборотах ДВС, а также при транспортном режиме работы бульдозера требуется намного меньшая мощность ДВС, при этом двигатель работает с более низким КПД и большей концентрацией вредных веществ в отработавших газах, таких как продукты неполного сгорания топлива. При осуществлении вышеописанных операций актуальной задачей является понижение используемой мощности ДВС, что ведет к уменьшению расхода топлива, что в свою очередь обуславливает более высокую топливную экономичность и, как следствие, снижение вредных выбросов в атмосферу.

Решение поставленной задачи можно осуществить, используя способ временного

отключения одного или нескольких цилиндров ДВС при работе на режимах, не требующих высокой мощности дизеля. Данный способ реализуется при помощи отключения подачи топлива в определенный цилиндр, соответственно алгоритму управления [1].

Однако наравне с получаемыми преимуществами, этот способ имеет существенный недостаток. При отключении одного или нескольких цилиндров возникает неравномерность крутящего момента ДВС, что отрицательно сказывается на надежности и устойчивости работы ДВС.

Указанный выше недостаток можно устранить путем установки на коленчатый вал двигателя дополнительного маховика, создающего маховый момент, компенсирующий неравномерность работы ДВС при отключении цилиндров двигателя.

В данной статье рассмотрена работа дизельного двигателя Д-180, применяющегося на некоторых моделях отечественных бульдозеров, а также дизельного двигателя А-01М, применяющегося на некоторых моделях автогрейдеров, при отключении цилиндров.

Силы, действующие в цилиндре двигателя, зависят от угла поворота коленчатого вала и параметров двигателя, а также режима работы ДВС.

Давление газов рг (ф) в работающем и

г

отключенном цилиндре двигателя рг (ф) по тактам [2], МПа:

Pг (ф) =

pa ,00 < Ф < 1800 pc ,1800 < Ф < 360е pz ,ф = 3600 pp ,360° < Ф < 5400 pв ,5400 < ф < 7200

, Pг ф) =<

pa,00 <ф< 1800 pc ,180е < ф< 3600 pp ,3600 < ф< 5400 pв ,5400 < ф< 7200

(1)

где pa — давление рабочей смеси на такте впуска; ф — угол поворота коленчатого вала

двигателя, град; pc — давление сжатия в цилиндре. МПа; pz — максимальное давление в цилиндре, МПа; pp — давление в цилиндре в

процессе расширения, МПа; p в — давление в цилиндре в процессе выпуска, МПа.

Расчеты вышеуказанных значений производились согласно [2].

Сила давления газов цилиндре двигателя по тактам, кН:

Pг (ф) = (Pг (ф) — P°)Fn-10-

(2)

где p0 — атмосферное давление, МПа; р

2

— площадь днища поршня, мм .

Силы инерции масс pj (ф) , совершающие возвратно-поступательные движения [1,2], кН:

Р,- (ф) = -шЯое (шз ф + Асоз2ф),

(3)

где ш — масса деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ), совершающих возвратно-поступательное движение, кг; ое -частота вращения коленчатого вала двигателя, рад/с; Я — радиус кривошипа, мм; Я — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Суммарные силы, действующие на поршень в цилиндреР,(ф) , кН:

Р, (ф) = РГ (ф) + Р (ф) ;

(4)

Тангенциальные силы, действующие на кривошип в цилиндре Т (ф) [1,2], кН:

Т (Ф) = Р, (Ф)

sin(ф + ¡3)

(5)

cos¡

где 3 — угол между осями цилиндра и ша-

туна, рад.

Крутящий момент, создаваемый одним цилиндром МКР (ф) [1,2], Нм:

МКР (Ф) = Т(Ф)Я ; (6)

Момент инерции двигателя J0 [2], кгм2:

L„

J 0 =

^изб

8о 2

(7)

где Lизб — избыточная работа крутящего

момента; 8 — неравномерность хода двигателя, представляющая собой колебание угловой частоты при установившемся режиме работы двигателя вследствие неравномерности крутящего момента;

Момент инерции агрегата Ja, приведенный к валу двигателя, включает в себя:

J а = J 0 + Jд + -}тр ,

(8)

где Jд — дополнительный момент инерции маховика; Jтр — момент инерции трансмиссии

и движителей.

Основываясь на [1,2,3] произведены расчеты (полученные данные приведены в таблице 1): шестицилиндрового рядного дизельного двигателя А-01М при полностью работающих цилиндрах; работы двигателя при отключенных одном, двух и трех цилиндрах; рядного четырехцилиндрового дизельного двигателя Д-180 при полностью работающих цилиндрах; работы двигателя при отключенных одном и двух цилиндрах [3].

Крутящий момент двигателя определяется как сумма крутящих моментов на отдельных цилиндрах, как работающих, так и отключенных, учитывая число цилиндров, тактность двигателя, порядок работы цилиндров, алгоритм отключения [1].

Присоединение дополнительного маховика позволяет увеличить момент инерции двигателя (7,8) и тем самым сгладить неравномерность работы двигателя, возникающую при отключении одного или нескольких цилиндров (таблица 1).

3

Таблица 1 — Сравнение показателей работы двигателя в зависимости от алгоритма отключения цилиндров

Алгоритм работы ДВС

Без отключения цилиндров С одним отключенным цилиндром С двумя отключенными цилиндрами С тремя отключенными цилиндрами

Крутящий момент, Мкр , Нм А-01М 580,5 484,0 387,5 289,4

Д-180 1031,7 773,8 515,9 —

Мощность ДВС при номинальной частоте вращения ДВС а>н, кВт А-01М 103,2 86,2 69,0 51,5

Д-180 135,0 101,3 67,5 —

Коэффициент неравномерности хода 8 А-01М 0,0030 0,0036 0,0042 0,0046

Д-180 0,0078 0,0100 0,0120 —

Момент инерции двигателя J0, кгм2 А-01М 2,10 1,47 1,16 0,97

Д-180 15,70 12,50 10,90 —

Доп. момент инерции маховика Jд, кгм2 А-01М 0 0,63 0,94 1,13

Д-180 0 3,20 4,80 —

Также увеличение момента инерции двигателя позволяет сгладить случайные колебания момента сопротивления Мс на валу двигателя при работе.

Влияние дополнительного маховика на выходные параметры рабочего процесса

Для определения характера и величины возмущающих случайных воздействий на РО ЗТМ, обусловленных стохастическим характером грунтовых условий, получим корреляционно — спектральные оценки величины заглубления рабочего органа, колебания которой порождены неравномерностью микропрофиля.

При статистическом анализе значительное количество автокорреляционных функций высотной координаты микропрофиля R(l) ЗТМ может быть аппроксимировано [4] как:

R(l) = а2е ^1, (9)

где а2 — дисперсия высотной координаты микропрофиля; I — путевая координата;

R(l) = ст2е~а|1 1), (10)

где а,а1,а2 — коэффициенты, характеризующие затухание корреляционной функции; ф — коэффициент, характеризующий частоту

периодической составляющей случайного процесса;

R(l) = Л1а2е-«11 + Л2а2е1 cos(ф• I), (11)

где Л1,Л2 — весовые коэффициенты;

/ад

3

1 у* С 5 2_

\

\

г \ 4 6 у/ 8 10 12^ 14

Рис. 1. Нормированные корреляционные функции микропрофиля типовых грунтовых поверхностей

На рисунке 1 приведены зависимости нормированных (отнесенных к дисперсии) корреляционных функций Ях (I) микропрофиля типовых грунтовых поверхностей [4,5], где:

1 — Rx (I) = е-031;

2 — rx (l) = 0,8e~°’3/ + 0,2eЧ)■05l cos0,6 • l;

3 — rx (l) = 0,6e-oal + 0,4e~°’11 cos 0,8 • l;

4 -rx(l) = 1,0e~°’5/ + 0,01e~L°l cos3,0 • l;

5 — rx (l) = e»°’1U cos0,14-1.

Нормированные флуктуации момента сопротивления Мс, действующего на ЗТМ (рис. 2), вызванные случайными изменениями сопротивления грунта копанию, обусловленные прочностными характеристиками грунта имеют относительно широкий спектр частот ( 0 < с < 50,3 рад/с) и корреляционную функцию, аппроксимированную как [5]:

Rp(l) = cos(£p • l), (12)

где ap = 0,8 ‘1,5 и Pp = 2,5_8 — параметры, зависящие от типа разрабатываемого грунта; с — частота колебаний нагрузки, рад/с.

На энергетические и эксплуатационные показатели ЗТМ значительное влияние оказывают нагрузки, колебания которых происходят в пределах 0 < с < 1,25 рад/с, т.е. низкочастотные. Высокочастотные составляющие случайных колебаний преодолеваются инерцией масс агрегата и практически не влияют на эксплуатационные показатели. Исходя из вышеописанного, можно принять в качестве наиболее существенного фактора, оказывающего влияние на неравномерность нагрузочного режима работы агрегата профиль разрабатываемой поверхности [6].

Выражение для определения спектральной плотности крутящего момента на коленчатом валу ДВС Se (с) [5]:

Se С) =

2ak2(a2 + р2 + ю2)а2м

(1 + т>2)

[a2 + р2 + со2)2 -(2рСс)2

, (13)

где <М — дисперсия момента сопротивления; Та — постоянная времени агрегата; ka -коэффициент усиления агрегата;

Агрегат

Мс

Ме

ка. е

ст? =

Для получения аналитического выражения вычисления дисперсии крутящего момента применим теорию вычетов [7]:

2k>2[gTa3(g2 + р2) + T„2(P2 -a2)-aT +1]. ‘ (a2 + р2)2 T4 + 2Ta\fi2-a2) +1

(15)

Графическое изображение зависимости дисперсии крутящего момента двигателя от постоянной времени агрегата, построенное по полученному выше аналитическому выражению для двух значений скорости агрегата (первая и вторая передача) приведено на рисунке 3а, где 1 соответствует V = 1 м/с, а = 0,15 , 3 = 0,4; 2 соответствует V = 3 м/с, а = 0,45 , 3 = 1,2 . При изменении скорости агрегата происходит изменение а и 3 и со-

2

ответственно изменение дисперсии < .

к

\

\\

\ \

\ \ 1

V

V \

\

—

\ 2

ч

О J

-J- 1_

а)

б)

( 5 5 7 S Idj

В)

Рис. 3. Зависимость дисперсии: а) крутящего момента от постоянной времени агрегата; б) крутящего момента от момента инерции дополнительного маховика для регуляторной 1 и корректорной 2 ветвей; в) частоты вращения коленчатого вала от момента инерции дополнительного маховика

для регуляторной 1 и корректорной 2 ветвей

2

Из рисунка 3а видно, что при увеличении постоянной времени агрегата Та дисперсия

крутящего момента а’2 уменьшается. Это уменьшение особенно существенно на диапазоне Та < 2 с. Также при увеличении скорости агрегата кривая дисперсии выходного сигнала ближе подходит к оси ординат, имея большую крутизну.

Таким образом, увеличивая постоянную времени агрегата, можно уменьшать дисперсию крутящего момента, развиваемого двигателем.

Постоянная времени агрегата Та определяется в зависимости от режима работы двигателя (корректорный или регуляторный участок механической характеристики):

Та1 = JaCel, I = 1,2, (16)

где Се1 и Се2 — коэффициенты наклона регуляторной и корректорной ветвей соответственно. Например, для двигателя А-01М значения этих коэффициентов составляют: Се1 =-0,0325, Се2 =-0,693 [8], а для двигателя Д-180: Се1 =-0,0068 и Се2 =-0,129[3].

Использование дополнительного маховика для сглаживания неравномерности хода двигателя при отключении одного или нескольких цилиндров может быть использовано в режиме максимального использования мощности силовой установки без отключения цилиндров для увеличения момента инерции агрегата, что приведет к увеличению постоянной времени агрегата, а, следовательно, и к снижению дисперсии крутящего момента и среднеквадратичного отклонения частоты вращения коленчатого вала двигателя (таблица 2), где момент инерции агрегата получен из (7, 8).

Таблица 2 — Зависимость постоянной времени агрегата от алгоритма отключения цилиндров

Алгоритм работы ДВС

Без отключения цилиндров С одним отключенным цилиндром С двумя отключенными цилиндрами С тремя отключенными цилиндрами

Момент инерции агрегата Jа , кгм2 А-01М 2,1 2,7 3,1 3,2

Д-180 15,7 18,9 20,5 —

Момент инерции доп. маховика Jд , кгм2 А-01М 0,00 0,63 0,94 1,13

Д-180 0,00 3,20 4,80 —

Постоянная времени при работе на корректорной ветви Т , с А-01М 0,068 0,089 0,099 0,105

Д-180 0,107 0,129 0,140 —

Постоянная времени при работе на регуляторной ветви Т2, с А-01М 1,455 1,892 2,107 2,238

Д-180 2,028 2,445 2,648 —

Зависимость величины дисперсии крутящего момента от момента инерции дополнительного маховика представлена на рисунке 3б. на каждой из ветвей

линейно зависит от дисперсии крутящего момента:

а]* = С2а2; / = 1,2. (17)

График зависимости среднеквадратичного отклонения частоты вращения коленчатого вала от момента инерции дополнительного маховика приведен на рисунке 3в.

Вывод

Таким образом, установка дополнительного маховика при отключении цилиндров может быть использована как для устранения неравномерности хода двигателя на режимах, предусматривающих работу ДВС с одним или несколькими отключенными цилиндрами, так и при работе ЗТМ на режиме максимальной мощности для увеличения момента инерции агрегата, что ведет к снижению дисперсии.

Библиографический список

1. Зеер, В.А. Моделирование кривошипно-шатунного механизма ДВС с отключаемыми цилиндрами / В.А. Зеер, А.А. Мартынов // Известия томского политехнического университета. — 2008. -№4. — С. 40-44.

2. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов — 4-е., стер. — М.: Высш. шк., 2008. — 496 с.: ил.

3. Шароглазов, Б.А. Применение ярославских моторов на тракторах класса тяги 10 тонн / Б.А. Шароглазов, М.Ф. Сафаров, Е.А. Горелый // Вестник ЮУрГУ. — 2012. — №12. — С. 204-208.

4. Федоров Д.И. Надежность рабочего оборудования землеройных машин / Д.И. Федоров, Б.А. Бондарович. — М.: Машиностроение, 1981. — 279 с.

5. Денисов, В.П. Оптимизация рабочего процесса землеройно-транспортных машин с учетом случайного характера нагрузок: Монография / В.П. Денисовж. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. — 123 с.

6. Мещеряков, В.А. Математическое моделирование рабочих процессов дорожных и строительных машин: имитационные и адаптивные модели: Монография / В.А. Мещеряков, А.М. Завьялов, М.А. Завьялов, В.Н. Кузнецова. — Омск: СибАДИ, 2012. — 408 с.

7. Иванов, В.А. Математические основы теории автоматического регулирования. Том 1. / В.А. Иванов, В.С. Медведев, Б.К. Чемоданов, А.С. Ющенко. — М.: Высшая школа, 1977. — 367 с.

8. Лев, Е.М. Дизельные двигатели А-01, А-А1М и А-41. (Устройство, эксплуатация и ремонт). / Е.М. Лев, Е.И. Клецков, В.А. Наговицин. — М.: «Колос», 1972. — 235 с.

INFLUENCE DISABLING THE CYLYNDERS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE ON WORKING PROCESS EARTHMOVERS MACHINES

S.S. Zhuravlev

Abstract. The article considers the effects of disabling the cylinder to change the characteristics of the engine earth-moving machines in various operating modes, calculated the diesel engines with subsequent analysis of their performance under different algorithms disable cylinders, evaluated the possibility of using additional flywheel to increase the technological parameters of the machine during operation.

Keywords: earthmoving machinery, engine, torque, flywheel, moment of inertia, dispersion, efficiency.

References

1. Zeer V.A., Martynov A.A. Modelirovaniye krivoshipno-shatunnogo mekhanizma dvs s otklyuchayemymi tsilindrami [Simulation of crank mechanism with a breaking cylinder internal combustion engine]. Izvestiya tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2008, no 4. pp. 40-44.

2. Kolchin A.I. Raschet avtomobilnykh i traktornykh dvigateley [Calculation of automobile and tractor engines]: Ucheb. posobiye dlya vuzov. A.I. Kolchin, V. P. Demidov — 4-ye., ster. Moscow, Vyssh. shk., 2008. 496 p.

3. Sharoglazov B.A., Safarov M.F., Gorelyy Ye. A. Primeneniye yaroslavskikh motorov na traktorakh klassa tyagi 10 tonn [Using the Yaroslavl’s engines at the 10 tons power class tractors]. Vestnik YUUrGU, 2012, no 12. pp. 204-208.

4. Fedorov D.I., Bondarovich B.A. Nadezhnost rabochego oborudovaniya zemleroynykh mashin [Reliable working equipment earthmoving machinery]. Moscow, Mashinostroyeniye. 1981. 279 p.

5. Denisov V.P., Meshcheryakov V.A. ssledovaniye statisticheskikh kharakteristik pokazateley rabochego protsessa zemleroyno-transportnykh mashin s uchetom nelineynostey v strukture ikh matematicheskikh modeley [Research of the statistical characteristics of indicators workflow earthmovers considering nonlinearities in the structure of their mathematical models]. Mashiny i protsessy v stroitel’stve: Sb. nauch. tr. no 5, Omsk: Izd-vo SibADI, 2004. pp. 237-243.

6. Meshcheryakov V.A., Zav’yalov A.M., Zav’yalov M.A., Kuznetsova V.N. Matematicheskoye modelirovaniye rabochik protsessov dorozhnykh I stroitel’nykh mashin: imitatsionnyye i adaptivnyye modeli [Mathematical modeling of workers processes earthmovers machinery: simulation and adaptive model]. Omsk, SibADI, 2012. 408 p.

7. Ivanov V.A., Medvedev V.S., Chemodanov B.K., Yushchenko A.S. Matematicheskiye osnovy teorii avtomaticheskogo regulirovaniya. Tom 1. [Mathematical foundations of the theory of automatic control. Vol.1]. M.: Vysshaya shkola, 1977. 367p.

8. Lev Y.M., Kletskov Y.I., Nagovitsin V.A. Dizel’nyye dvigateli A-01, A-A1M i A-41. (Ustroystvo, ekspluatatsiya i remont). [Diesel Engines A-01, A-A1M and A-41. (Device, maintenance and repairs)]. Moscow, «Kolos», 1972. 235p.

Журавлев Сергей Сергеевич (Россия, г. Омск) — аспирант ФГБОУ ВПО СибАДИ (644080 Россия, г. Омск, пр. Мира 5, e-mail: [email protected]. com).

Sergey S. Zhuravlev (Russian Federation, Omsk) — graduate student of The Siberian automobile and highway academy (SIBADI) (644080 Russia, Omsk, Mira ave. 5, e-mail: [email protected]).

Двигатель внутреннего сгорания с поперечным смещением симметрии осей цилиндров от центра оси коленчатого вала

 

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с поперечным наклоном осей цилиндров. Полезная модель отличается тем, что оси симметрии цилиндров смещены от центра оси коленчатого вала в поперечном разрезе на расстояние «АЛЬФА». Полезная модель позволяет снизить механические потери в кривошипно-шатунном механизме и повысить эффективность работы двигателя. Двигатель внутреннего сгорания с поперечным наклоном осей цилиндров содержит цилиндры, поршни, размещенные в цилиндрах, коленчатый вал с кривошипами, и шатуны, соединяющие поршни с кривошипами коленчатого вала. В основании цилиндров выполнена прорезь, а одна сторона шатуна имеет вогнутую форму, обращенную к прорези цилиндра.

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания.

Известны двигатели внутреннего сгорания содержащие цилиндры, поршни, размещенные в цилиндрах, коленчатый вал с кривошипами, и шатуны, соединяющие поршни с кривошипами коленчатого вала, у которых в поперечном разрезе ось поршневого пальца, ось кривошипа коленчатого вала и ось коленчатого вала оказываются на одной прямой, которой является ось симметрии цилиндра, в моменты, когда поршень достигает верхней мертвой точки или нижней мертвой точки, а сама ось симметрии цилиндра всегда направлена к центру оси коленчатого вала.

Известны двигатели внутреннего сгорания с поперечным наклоном осей цилиндров, у которых блоки цилиндров имеют развал (V-образные двигатели), а оси цилиндров направлены на центр оси коленчатого вала, таким образом угол поперечного наклона осей цилиндров можно измерить от горизонтальной либо от вертикальной прямой проходящей через центр оси коленчатого вала.

Известен двигатель внутреннего сгорания с (см. патент РФ №2066775, опубл. 20.09.1996).

Заявленная полезная модель отличается тем, что ось симметрии цилиндров проходит в стороне (смещена), параллельно от условной прямой на расстоянии «АЛЬФА», а сама условная прямая, проходящая через центр коленчатого вала может быть наклонена относительно горизонтальной прямой проходящей через центр коленчатого вала под углом «ГАММА».

Технический результат заявленной полезной модели достигается за счет того, что у двигателя внутреннего сгорания с осями симметрии цилиндров

смещенными от центра оси коленчатого вала, шатун под более крутым углом толкает кривошип коленчатого вала. При таком расположении цилиндров длина хода поршня, на несколько процентов больше длины диаметра коленчатого вала, что позволяет увеличить объем цилиндра и степень сжатия в камере сгорания.

Для нормального прохождения шатуна в основании цилиндра может быть предусмотрена прорезь со стороны приближенной к центру оси коленчатого вала, а шатун иметь вогнутую сторону, которой он обращен к прорези.

Двигатель внутреннего сгорания с смещенными осями цилиндров от центра оси коленчатого вала содержит цилиндры 1, поршни 2, размещенные в цилиндрах 1, коленчатый вал 3 с кривошипами 4, и шатуны 5, соединяющие поршни 2 с кривошипами 4 коленчатого вала 3 (см. фиг.1).

Предлагаемая модель двигателя внутреннего сгорания отличается тем, что оси симметрии цилиндров смещены от центра оси коленчатого вала на расстояние «АЛЬФА».

Работа полезной модели двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем.

При вращении коленчатого вала в сторону противоположную стороне смещения оси симметрии цилиндров поршень и шатун, прикрепленные к кривошипу коленчатого вала при движении от ВМТ поршня принимают такое пространственное положение, при котором шатун под более крутым углом давил на кривошип, создавая дополнительное боковое давление.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, коленчатый вал с, по меньшей мере, одним кривошипом и, по меньшей мере, один шатун, соединенный с поршнем посредствам поршневого пальца, отличающийся тем, что для нормального прохождения шатуна в основании цилиндра предусмотрена прорезь со стороны смещения цилиндра, а шатун имеет вогнутую сторону, которой он обращен к прорези.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочее вращение коленчатого вала направлено в сторону противоположную стороне смещения оси симметрии цилиндра.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ось симметрии цилиндра расположена вертикально.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ось симметрии цилиндра расположена горизонтально.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ось симметрии цилиндра расположена под углом наклона к горизонтали.

поршень и цилиндр | машиностроение

поршень и цилиндр , в машиностроении, цилиндр скольжения с закрытой головкой (поршнем), который возвратно-поступательно перемещается в цилиндрической камере немного большего размера (цилиндре) под действием давления жидкости или против него, как в двигателе или насос. Цилиндр паровой машины ( qv ) закрыт пластинами с обоих концов, с возможностью прохождения штоком поршня, жестко прикрепленного к поршню, через одну из торцевых крышек с помощью сальника и набивки. коробка (паронепроницаемое соединение).

Цилиндр двигателя внутреннего сгорания закрыт на одном конце пластиной, называемой головкой, и открыт на другом конце, чтобы обеспечить свободное колебание шатуна, который соединяет поршень с коленчатым валом. Головка блока цилиндров содержит свечи зажигания в двигателях с искровым зажиганием (бензиновых) и обычно топливную форсунку в двигателях с воспламенением от сжатия (дизельных); на большинстве двигателей клапаны, контролирующие подачу свежих топливовоздушных смесей и отвод сгоревшего топлива, также расположены в головке.

Подробнее по этой теме

Бензиновый двигатель

: Двигатели поршневые

Большинство бензиновых двигателей относятся к поршнево-поршневому типу. Основными элементами поршнево-цилиндрового двигателя являются …

На большинстве двигателей цилиндры представляют собой гладко обработанные отверстия в основном конструктивном элементе двигателя, известном как блок, который обычно изготавливается из чугуна или алюминия.На некоторых двигателях цилиндры имеют гильзы (гильзы), которые можно заменить в случае их износа. В алюминиевых блоках используются вкладыши из центробежного чугуна, которые помещаются в форму при литье алюминия; Эти вкладыши не подлежат замене, но их можно расточить.

Поршни обычно снабжены поршневыми кольцами. Это круглые металлические кольца, которые входят в канавки на стенках поршня и обеспечивают плотную посадку поршня внутри цилиндра. Они помогают обеспечить уплотнение для предотвращения утечки сжатых газов вокруг поршня и предотвращения попадания смазочного масла в камеру сгорания.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Важной характеристикой двигателя внутреннего сгорания является его степень сжатия, определяемая как общий объем камеры сгорания с полностью выдвинутым поршнем (максимальный объем), деленный на общий объем с полностью сжатым поршнем (минимальный объем). Фактическая степень сжатия на практике несколько меньше. Более высокая степень сжатия обычно обеспечивает лучшую производительность двигателя, но для этого требуется топливо с лучшими антидетонационными характеристиками.

Тесно связана со степенью сжатия характеристика, известная как смещение — то есть изменение объема (измеряемого в кубических дюймах или кубических сантиметрах) камеры сгорания, которое происходит при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое. . Смещение связано с номинальной мощностью двигателя.

Основные геометрические параметры поршня и цилиндра ДВС — x-engineer.org

Чтобы охарактеризовать базовые характеристики двигателя внутреннего сгорания во всем его рабочем диапазоне, мы можем использовать некоторые параметры и геометрические соотношения поршня и сгорания. камера.Рабочие характеристики двигателя связаны как с топливной экономичностью, так и с динамической отдачей (мощность и крутящий момент), на которые напрямую влияют основные параметры двигателя.

Чтобы вспомнить принципы работы двигателя внутреннего сгорания, прочтите статью Как работает двигатель внутреннего сгорания.

Основные геометрические параметры цилиндра, поршня, шатуна и коленчатого вала показаны на изображении ниже.

Изображение: Основные геометрические параметры поршня и цилиндра двигателей внутреннего сгорания

где:

IV — впускной клапан
EV — выпускной клапан
ВМТ — верхняя мертвая точка
НМТ — нижняя мертвая точка
B — отверстие цилиндра
S — поршень ход
r — длина шатуна
a — радиус кривошипа (смещение)
x — расстояние между осью кривошипа и осью поршневого пальца
θ — угол поворота кривошипа
V _d — смещенный (стреловидный) объем
V _c — зазор

Поршень перемещается внутри цилиндра между ВМТ и НМТ.Для завершения полного цикла сгорания поршень совершает четыре хода, а коленчатый вал делает два полных оборота. Вытесненный объем — это объем, в котором движется поршень, зазорный объем — это объем, оставшийся в цилиндре, когда поршень достигает ВМТ.

В этом руководстве мы рассмотрим, как рассчитать объемный объем двигателя , что такое степень сжатия и какие основные геометрические параметры двигателя.3 \]

Рабочий объем современных двигателей внутреннего сгорания варьируется от 1,0 л до около 6,0 л, в среднем около 1,5 — 2 л. Существует четкая тенденция к уменьшению объемной мощности двигателя (уменьшение габаритов) для того, чтобы выполнять более строгие стандарты по выбросам топлива.

Базовая геометрия поршневого (возвратно-поступательного) двигателя внутреннего сгорания определяется следующими параметрами:

• степенью сжатия
• отношением диаметра цилиндра к ходу поршня
• отношением длины шатуна к радиусу кривошипа (смещение)

Степень сжатия рассчитывается как отношение между максимальным (общим) объемом цилиндра (когда поршень находится в НМТ) и минимальным (зазором) объемом (когда поршень находится в ВМТ).

В технической литературе греческая буква эпсилон ε используется для обозначения степени сжатия двигателя.

\ [\ varepsilon = \ frac {V_ {max}} {V_ {min}} = \ frac {V_c + V_d} {V_c} \]

Большинство современных бензиновых двигателей с искровым зажиганием имеют степень сжатия от 8 до 11, в то время как двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) имеют степень сжатия в диапазоне от 12 до 24.

Обычно двигатели внутреннего сгорания с наддувом или турбонаддувом имеют более низкую степень сжатия, чем двигатели без наддува.

Чем выше степень сжатия, тем выше давление сгорания в цилиндре. Максимальное значение степени сжатия зависит в основном от материалов двигателя, технологии и качества топлива.

Поскольку это зависит от геометрии двигателя, степень сжатия является фиксированной. Существуют различные попытки разработать двигатели с переменной степенью сжатия, которые должны иметь более высокий общий КПД.

Отношение диаметра цилиндра к ходу поршня в большинстве случаев определяется как греческая буква дзета ζ :

\ [\ zeta = \ frac {B} {S} \]

Для легковых дорожных транспортных средств диаметр отверстия Отношение хода к ходу обычно от 0.8 к 1.2. Когда диаметр цилиндра равен ходу, B = S , двигатель называется квадратный двигатель . Если ход больше диаметра отверстия, двигатель будет меньше квадрата . Если длина хода меньше диаметра отверстия, двигатель обозначается по квадрату . В нашем примере отношение диаметра цилиндра к ходу составляет 0,87.

Отношение длины шатуна к радиусу кривошипа обычно определяется как R :

\ [R = \ frac {r} {a} \]

Для малых двигателей R составляет от 3 до 4, для больших двигатель запускается с 5 до 10.

При фиксированной объемной мощности двигателя более длинный ход позволяет использовать меньший диаметр (под квадратным). Преимущество заключается в меньшей площади поверхности камеры сгорания и, соответственно, меньших тепловых потерях. Это улучшит тепловой КПД камеры сгорания. Недостатком является то, что чем длиннее ход, тем выше скорость поршня и большие потери на трение, что снижает эффективную мощность двигателя.

Если ход уменьшен, диаметр отверстия должен быть увеличен, и двигатель будет более квадратным.Это приводит к меньшим потерям на трение, но увеличивает потери теплопередачи. Большинство современных автомобильных двигателей имеют почти квадратную форму, некоторые — чуть больше квадратной, а некоторые — чуть меньше квадратной.

В таблице ниже приведены несколько примеров двигателей внутреннего сгорания с указанием их основных геометрических параметров.

4 9017 9017 9017 5: 1 95,5

Производитель	Топливо	Число цилиндров	Объем двигателя [см 3 ]	Диаметр цилиндра [мм]	[мм]	Ход поршня ζ [-]	ε [-]
Fiat	Бензин	2	875	80.5	86	0,94	10: 1
Renault	Бензин	3	898	72,2	73,1	0,99															3	1422	79,5	95,5	0,83	19,5: 1
Renault	Бензин	4	1149	69	76,8	9,8: 1
Mazda	Бензин	4	1496	74,5	85,8	0,87	14: 1
9017 9017 9017 9017 9017 9017 VW	79,5	80,5	0,99	16,5: 1
Renault	Дизель	4	1598	80	79,5	1,01			2157	87	90.7	0,96	11,1: 1
Mazda	Дизель	4	2184	86	94	0,91	14: 1			9017 9017 9017 Porsche 2893	89	77,5	1,15	11,5: 1
BMW	Дизель	6	2993	84		0,93
Ford	Бензин	8	4951	92,2	92,7	0,99	11: 1
VW						0,85	18: 1

По любым вопросам, наблюдениям и запросам, касающимся этой статьи, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Цилиндр, поршень и топливо для двигателей внутреннего сгорания!

Хи Мин Тхань..

Вы можете использовать алюминий из старого поршня от автомобиля, так как алюминий имеет сплав внутри. Расплавьте старый поршень и залейте его в стальную трубу. Дайте ему остыть, тогда у вас будет материал для поршня на токарном станке.

Материал поршневых колец найти несложно: старый распредвал или тормозной диск из автомобиля.

Формула размера поршневого кольца:
Толщина поршневого кольца: Диаметр: 25 = Толщина поршневого кольца.
Высота поршневого кольца: Толщина = Высота.
Кольцевой зазор: толщина x 4 = кольцевой зазор.(Не устанавливается в отверстие цилиндра! При установке в отверстие цилиндра зазор кольца меньше. Правило о зазоре кольца: зазор 0,0889 мм на 25,4 мм диаметра цилиндра. Пример: 101,6 мм (отверстие) x 0,0889 мм = Минимальный зазор 0,35 мм.)

Важно помнить: диаметр поршня не должен совпадать с диаметром цилиндра. Также диаметр поршня немного меньше диаметра цилиндра при холодном двигателе. При работающем двигателе поршень будет горячим и расширяться примерно до того же диаметра, что и диаметр цилиндра.Если диаметр поршня совпадает с диаметром цилиндра, он застрянет в цилиндре, когда двигатель горячий. Настоящий поршень немного сужается, а верхняя часть поршня меньше его юбки.

Когда я создавал поршень, я взял расчет теплового расширения, выбранного коэффициентом расширения материала. Я установлю диапазон температур от 150 до 250 градусов по Цельсию и рассчитаю конечный диаметр поршня, когда двигатель горячий. Затем, когда поршень остыл на токарном станке, я поворачиваю его до нужного диаметра, через некоторое время регулирую его до нужного диаметра наждачной бумагой.Я предпочитаю конический поршень: юбка поршня примерно того же диаметра, что и отверстие цилиндра, а верхняя часть поршня имеет размер диаметра, когда поршень холодный. Когда поршень горячий, это будет «параллельный» поршень. Погуглите это: Как рассчитать коэффициент теплового расширения.

Стенка цилиндра должна быть отшлифована, чтобы на ней было много масляных карманов, тогда поршневое кольцо / цилиндр прослужит долго.

Что такое двигатель внутреннего сгорания (ДВС)? | Ан

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

В статье описаны принцип работы, составные части и типы двигателя внутреннего сгорания.Двигатель внутреннего сгорания — это известный тип двигателя, который также известен как двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания — это механическая машина, которая сжигает топливо в другом пространстве, чем паровой двигатель, который горит вне двигателя. Двигатель внутреннего сгорания использует бензин, дизельное топливо, водород, метан и газообразное топливо пропан в качестве рабочего тела. Этот тип двигателя выделяет газ под высоким давлением и температурой. Двигатель внутреннего сгорания использует входящую энергию в виде топливовоздушной смеси для осуществления процесса сгорания внутри камеры сгорания.Изменения температуры и давления топливовоздушной смеси воздействуют на поршень двигателя, вызывая полезную работу.

Эта сила заставляет детали двигаться с определенной скоростью, преобразовывая химическую энергию топлива в механическую энергию (мощность). На приведенной ниже диаграмме представлен этот процесс.

В зависимости от этого механизма двигатель внутреннего сгорания может выдавать 0,01 кВт при 20×103 кВт. Электрическая мощность IC составляет 1 кВт, а тепловая мощность прибл. 2,5 кВт. Эти двигатели имеют КПД от 20 до 26%, а КПД — около 92%.

Большинство двигателей внутреннего сгорания разработаны для транспортных средств и требуют мощности около 102 кВт. В подходящем двигателе внутреннего сгорания используется совместимый принцип поршневой цилиндр, при котором поршни (сделанные из стальных сплавов) в цилиндре открываются вперед и назад. Мощность передается на ведущий вал через шатун и коленчатый вал двигателя. Клапан регулирует поток газов к двигателю и от него. Было обнаружено, что двигатель ICE очень хорошо работает с высоким электрическим КПД, чем другие традиционные системы выработки электроэнергии, используемые в отелях и жилых отелях.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит внутри цилиндра. После этого тепловая энергия смеси топлива и воздуха сразу же трансформируется в механическую энергию. В двигателе внутреннего сгорания топливо воспламеняется и горит внутри двигателя. Затем двигатель преобразует часть энергии, вырабатываемой при сгорании, в работу. Двигатель внутреннего сгорания имеет подвижный поршень и неподвижный цилиндр. Расширяющийся газ толкает поршень и вращает коленчатый вал.Наконец, это движение кривошипа приводит в движение колеса разных автомобилей через систему передач.

Двигатель внутреннего сгорания имеет более высокий тепловой КПД по сравнению с другими двигателями ЕС. Когда двигатель работает одновременно с машинами внутреннего сгорания, он может запускать цикл с каждого такта. Когда этот ход двигателя возвращается к своей исходной скорости, это означает, что цикл 1 ^st был завершен. ICE имеет 4 шага для выполнения цикла 1 ^st , как описано ниже:

Ход всасывания: На этом этапе дым двигателя (воздух) дается в правильных пропорциях.

Ход сжатия: На первой стадии сжатия смесь топлива и газа сжимается внутри камеры в верхней части поршня.

Стадия расширения: На этой стадии происходит сгорание топливовоздушной смеси с помощью свечи зажигания вверху и внутри камеры сгорания цилиндра двигателя. Когда топливно-воздушная смесь горит, она быстро увеличивает давление из-за расширения сгорания внутри цилиндра. Затем повышающееся давление приводит в действие поршень двигателя внутри цилиндра с высокой энергетической силой.Вращает коленчатый вал. Коленчатый вал затем вращает подключенный двигатель для передачи механической энергии.

Exhaust Stroke: На этом этапе газы сгорания удаляются из цилиндра двигателя, вводится новая воздушно-топливная смесь, и весь цикл повторяется.

Типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Эти двигатели имеют впускной и выпускной клапаны на головке блока цилиндров. В двигателе также есть топливная форсунка и управляемая система зажигания.Двигатель цикла Отто — это двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы с четырьмя или двумя тактами поршня, который перемещается вверх и вниз внутри цилиндра. В общем, четырехтактные автомобильные двигатели преобразуют химическую энергию в механическую, сжигая бензин или другие виды топлива. Вырабатываемое тепло преобразуется в механическую энергию за счет прижатия поршня вниз внутри цилиндра. Шатун, соединенный с поршнем, передает эту энергию в энергию вращения кривошипа.

В настоящее время существует два типа двигателей внутреннего сгорания:

1) Двигатель с искровым зажиганием или бензиновый двигатель

Основная статья: Si Engine

Двигатель с искровым зажиганием входит в состав наиболее распространенных типов двигателей внутреннего сгорания.Эти двигатели также известны как бензиновые двигатели. Подача и методы зажигания двигателя с искровым зажиганием и двигателя CI различаются. В двигателе SI топливо смешивается с воздухом и впрыскивается внутрь цилиндра во время процесса впуска. После процесса сжатия топливовоздушная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания и вызывает возгорание. Во время рабочего такта расширение газообразных продуктов сгорания выталкивает поршень.

Наиболее распространенными типами двигателей внутреннего сгорания являются 4-тактные двигатели, это означает, что поршню требуется 4 хода для завершения цикла.Этот процесс состоит из четырех стадий: впуска, сжатия, сгорания и такта мощности или выпуска.

2) Двигатель CI

Основная статья: Дизельный двигатель

Двигатель с воспламенением от сжатия входит в состав наиболее известных типов двигателей внутреннего сгорания. Он также известен как дизельный двигатель.

Работа двигателя CI очень похожа на двигатель SI. При работе этого двигателя внутреннего сгорания воздух втягивается внутрь камеры, а затем поршень сжимает ее.Затем дизельный двигатель впрыскивает топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозировкой и сжигает его.

Детали двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются:

1. Цилиндр

• Цилиндр изготавливается из стальных или алюминиевых сплавов.
• Внутри цилиндра поршень движется вперед и назад для передачи энергии.
• Это повысит давление и температуру внутри цилиндра двигателя.

2. Головка цилиндра

• Он закреплен на верхней стороне цилиндра двигателя.
• Изготовлены из стальных или алюминиевых сплавов.
• Производится методом литья.
• Медная или асбестовая прокладка подается в цилиндр, а затем в головку цилиндра для обеспечения герметичности.

3. Поршень

• Поршень из алюминиевых сплавов.
• Важной функцией поршня является передача мощности, создаваемой искровым зарядом, на шатун.

4. Поршневые кольца

• Поршневое кольцо представляет собой круглое кольцо, изготовленное из обычного стального сплава.
• Поршневое кольцо указывает на канавки по окружности поршня.
• Поставляются 2 комплекта уплотнительных колец, где самое верхнее уплотнительное кольцо может препятствовать попаданию продуктов сгорания в нижнюю часть, а нижнее уплотнительное кольцо может предотвращать утечку масла в цилиндр двигателя.
• Может сохранять эластичность даже при высоких температурах.
• Поршневая набивка снабжена герметичным уплотнением.

5. Клапаны

• Клапаны входят в состав важнейших узлов двигателя внутреннего сгорания.
• Двигатель имеет два клапана (впускной и выпускной).
• Поставляется в головке блока цилиндров.
• Впускные клапаны используются для подачи свежей смеси в газовый баллон.
• Клапаны входят в состав наиболее важных узлов двигателя внутреннего сгорания.
• И клапан выхлопных газов цилиндра используется для отвода продуктов сгорания из цилиндра двигателя.

6. Шатун

• Это соединение между поршнем и коленчатым валом.
• Функция шатуна заключается в передаче усилия между поршнем и коленчатым валом.
• Механическая функция шатуна — передача усилия между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал

• Изготавливается из специального стального сплава.
• Коленчатый вал входит в состав важных компонентов двигателя внутреннего сгорания.
• Основная функция коленчатого вала — передача вращательного движения поршня через шатун для определения скорости вращения.

8. Картер двигателя

• Картер из чугуна.
• Это фиксирует двигатель на его цилиндре и коленчатом валу.
• Также используется с резервуаром для смазки (место хранения).

9. Маховик

• IC — это большое жесткое колесо, установленное на коленчатом валу двигателя.
• Функция рулевого колеса — поддерживать постоянную скорость.
• Накапливает дополнительную энергию во время накопления энергии и обеспечивает дополнительную энергию во время такта сжатия.

Математическое моделирование двигателя внутреннего сгорания

В этом разделе мы обсудим выполнение различного математического моделирования различных параметров двигателя внутреннего сгорания при частоте вращения двигателя 3600 об / мин.Это математическое моделирование приведено ниже.

• Эффективное давление тормозных средств

• Удельный расход топлива

В приведенной ниже таблице представлены рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания при различных оборотах двигателя.

В чем разница между бензиновым и дизельным двигателями?

• Разница между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в том, что бензиновый двигатель извлекает смесь бензина и воздуха во время такта всасывания.Дизельные двигатели отпускаются только во время такта впуска.
• Бензиновый двигатель работает по циклу Отто. Простой в эксплуатации, легкий, недорогой, с более высокими трудозатратами и низкими затратами на техническое обслуживание.
• Дизельные двигатели работают на дизельных мотоциклах. Трудно запускать, дороже и тяжелее, меньше трудозатрат и затрат на обслуживание.
• Тепловой КПД бензинового двигателя составляет около 26%. Он имеет высокую скорость, которая используется в легковых автомобилях. Тепловой КПД дизельного двигателя составляет около 40%.Эти типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) имеют тихоходные двигатели. Эти двигатели используются в большегрузных транспортных средствах.

Применение двигателя внутреннего сгорания

1) Двигатель внутреннего сгорания в основном используется в дорожных и тяжелых транспортных средствах, таких как скутеры, мотоциклы, автобусы и т. Д.

2) Также используется в самолетах.

3) Эти типы двигателей используются в разных мотоциклах.

4) Двигатели внутреннего сгорания, используемые на морских судах.

4) Устройства IC находят хорошее применение в небольших бытовых приборах, таких как газонокосилки, цепные пилы и переносные двигатели-генераторы.

5) Эти двигатели внутреннего сгорания имеют более высокий КПД, чем ECE (двигатель внешнего сгорания).

6) Эти типы двигателей используют генераторы, которые используются в гидроэлектростанциях. В гидроэлектростанциях эти двигатели используются для производства электроэнергии.

7) Эти двигатели используются в автомобилях BMW.

В этой статье подробно описывается работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его различных компонентов. Двигатели IC получили наибольшее распространение во всем мире. Эти типы двигателей имеют компактную конструкцию.Начинается сразу. Эти двигатели очень безопасны в использовании.

Если у вас все еще есть какие-либо вопросы о «IC Engine», вы можете связаться со мной, или вы легко сможете отправить комментарии. И если вам понравилось, поделитесь этой статьей со своими товарищами и друзьями.

замедленных кадров работающего двигателя с прозрачным цилиндром завораживают

Необязательно быть инженером, чтобы понять, как устроен двигатель внутреннего сгорания. Благодаря этому видео вам даже не нужно любить автомобили или или что-нибудь с двигателем, работающим на топливе, чтобы быть абсолютно очарованным тем, что вы видите здесь.Фактически, мы зашли бы так далеко, что сказали бы, что это настоящее кинематографическое искусство, и оно приходит к вам благодаря одноцилиндровому двигателю от старой Honda ZR75. Конечно, это еще не все.

На самом деле, есть еще , еще , начиная с нестандартной стенки цилиндра из акрила. TROdesigns на YouTube проведет нас через весь процесс создания этого уникального двигателя, и этот прозрачный цилиндр, очевидно, является ключевым. Как и следовало ожидать, он не такой прочный, как стандартный односторонний двигатель Honda, поэтому, чтобы уменьшить нагрузку, цилиндр сделан немного выше, чтобы снизить степень сжатия.Поршень также отполирован, а поршневые кольца изготовлены с нуля, чтобы двигатель работал дольше.

И запускается. Видеозаписи, снятые высокоскоростной камерой, превращают эту механику в завораживающе красивое произведение визуального искусства. Это четырехтактный двигатель, и с замедленным движением до ползания вы можете ясно видеть аспекты каждого шага. Топливно-воздушная смесь такта впуска заполняет цилиндр туманом, который включает видимые капли топлива. Во время такта сжатия поршень поднимается, при этом поток масла вокруг колец меняет ориентацию под давлением.Рабочий ход является наиболее драматичным, так как смесь воспламеняется, но на выпуске газы всасываются наружу с удивительной силой.

Нас рассматривали с разных точек зрения на этот сумасшедший двигатель, работающий как в реальном времени, так и в замедленном режиме, и мы могли наблюдать за ним часами. Одно дело — знать, как работает двигатель, но наблюдение за такими компонентами в действии дает совершенно новое понимание того, что большинство людей считает само собой разумеющимся.

Не удивляйтесь, если вы обнаружите, что смотрите этот клип несколько раз, и вам определенно захочется остаться до самого конца.При пониженном освещении мощность и выхлопные ходы выходят на совершенно новый уровень.

Движение жидкости

в цилиндре двигателей внутреннего сгорания — лекция Фримена 1986 года | J. Fluids Eng.

Поле потока в цилиндре двигателей внутреннего сгорания является наиболее важным фактором, контролирующим процесс сгорания. Таким образом, он оказывает большое влияние на работу двигателя. В этой статье рассматриваются те аспекты движения газа в цилиндре двигателя, внутри него и из него, которые определяют характеристики сгорания и способность дышать в двигателях с искровым зажиганием, а также в двигателях с воспламенением от сжатия или дизельных двигателях.Вначале обобщается необходимая справочная информация о рабочих циклах поршневого двигателя, первичном эффекте движения поршня и процессах искрового зажигания и сгорания дизельного двигателя. Затем рассматриваются характеристики потока через впускные и выпускные клапаны в четырехтактных двигателях и через каналы в гильзе цилиндра в двухтактных двигателях. Эти потоки управляют воздушным потоком, проходящим через двигатель, и создают поток в цилиндре, который управляет последующим процессом сгорания.Существенные особенности обычных потоков в цилиндрах — крупномасштабные вращающиеся потоки, создаваемые конической впускной струей, создание и развитие завихрения вокруг оси цилиндра, потоки, возникающие во время сжатия из-за формы камеры сгорания, называемой сдавливанием, поток во время Затем описываются процесс горения и двухтактные продувочные потоки. Затем определяются и обсуждаются характеристики турбулентности этих потоков. Наконец, рассматриваются явления потока, которые возникают у стен и которые важны для явлений теплопередачи и выбросов углеводородов.Основное внимание уделяется развитию понимания этих важных явлений потока, которые происходят внутри цилиндра. С этой целью в качестве ресурсов использовались результаты многих различных методов исследования — экспериментальных и вычислительных, известных и новых. Именно быстро увеличивающаяся конвергенция информации о потоках двигателя из этих многочисленных источников делает эту тему захватывающей и обещающей значительный практический вклад.

различных тактов: двигатели внутреннего сгорания по-прежнему доставляют

Предсказания относительно прекращения существования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) имеют долгую историю.Постоянно растущее количество гибридных и полностью электрических транспортных средств на дорогах, так сказать, только подлило масла в огонь. Но в то время как скептики пытались решить, сколько еще лет осталось ICE, инженеры и провидцы из нескольких разных компаний искали способы продлить его жизнь в будущем. Они достигли этого, полностью переосмыслив, как работает ICE и как он выглядит.

В этой статье мы рассмотрим новые технологии, разработанные этими компаниями.Простые рядные или V-образные поршневые двигатели в эту группу однозначно не входят. Остается только догадываться, сколько (или будут ли вообще какие-либо) этих моделей когда-либо появятся в серийном автомобиле, который вы увидите в своем магазине. А пока интересно посмотреть, как далеко вы можете зайти с воздухом, небольшим количеством топлива и большой изобретательностью.

Компания EcoMotors International ( www.ecomotors.com ) разработала двигатель с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами (OPOC), который будет работать на различных видах топлива, включая бензин, дизельное топливо и этанол.Оригинальная конструкция двигателя OPOC имеет долгую историю, восходящую к первому десятилетию прошлого века, когда на нем устанавливались французские легковые автомобили Gobron-Brillié. Позднее эта конструкция использовалась в двигателях подводных лодок и локомотивов Fairbanks Morse, двигателях Grey Marine и Detroit Diesel, а также в двигателях немецких самолетов Junker во время Второй мировой войны.

Двигатель EcoMotors OPOC — двухтактный, горизонтально-оппозитный, двухконтурный, четырехпоршневой. В каждом отверстии цилиндра расположено по два поршня. Внутренний набор поршней прикреплен непосредственно к коленчатому валу, и они работают почти так же, как и в традиционном поршневом двигателе.Внешний набор поршней прикреплен к коленчатому валу с помощью длинных титановых шатунов, которые прикреплены к подшипнику в задней части каждого поршня. Наружные поршни отражают движение внутренних поршней, двигаясь к коленчатому валу, когда внутренние поршни удаляются от него.

Впуск и выпуск осуществляется аналогично обычному двухтактному дизельному двигателю — внешний нагнетатель воздуха (нагнетатель или турбокомпрессор) нагнетает воздух в цилиндр через отверстия на одной стороне гильзы цилиндра.Когда поршни двигаются, порты закрываются, и воздух сжимается между двумя сходящимися поршнями. Топливо впрыскивается напрямую, и смесь может воспламеняться от искры или воспламенения от сжатия, в зависимости от используемого топлива. Выхлоп удаляется через отверстия на другой стороне отверстия цилиндра, когда они открываются в конце хода поршня.

Поскольку событие сгорания происходит в середине отверстия цилиндра между двумя подвижными поршнями, существует большая площадь поверхности, на которую влияет давление сгорания.Следовательно, большая часть энергии, выделяемой при сгорании, преобразуется в механическую силу. В результате получается двигатель, удельная мощность которого выше, чем у традиционного двигателя (более одной лошадиных сил на фунт веса двигателя).

Эта конструктивная конфигурация также устраняет необходимость в компонентах головки блока цилиндров и клапанного механизма обычных двигателей, предлагая компактную и простую конструкцию основного двигателя. Фактически, деталей на 50% меньше, чем на обычном двигателе. Благодаря возвратно-поступательному действию поршней все силы двигателя противодействуют друг другу, что снижает уровень шума и вибрации.

Если требуется больше мощности, дополнительные модули можно соединить вместе, а затем по желанию разделить с помощью электронного механизма сцепления. Эта функция переменного рабочего объема позволяет удвоить выходную мощность, когда это необходимо для более крупных транспортных средств, а затем отключать, когда она больше не нужна, чтобы обеспечить значительную экономию топлива. Производитель заявляет о семействе двигателей, которые легче, эффективнее и экономичнее обычных двигателей, с меньшими выбросами выхлопных газов.

Pinnacle Engines ( www.pinnacle-engines.com ) применил другой подход к конструкции двигателя с оппозитными поршнями (OP). Парные поршни, обращенные друг к другу внутри общих цилиндров, по-прежнему используются, но вместо одного коленчатого вала используется два. Они находятся на внешней стороне горизонтально противоположной компоновки двигателя и синхронно перемещают парные поршни навстречу друг другу. Два коленчатых вала соединены друг с другом, чтобы все было синхронизировано.

Как и двигатель EcoMotors OPOC, конструкция OP компании Pinnacle Engines не требует головки блока цилиндров или клапанного механизма.И, как и многие другие автомобильные вещи, если вы посмотрите достаточно далеко назад, вы обнаружите, что эта конструкция была опробована и раньше (авиационные двигатели времен Второй мировой войны).

Отличие состоит в том, что компания взяла эту четырехтактную архитектуру с искровым зажиганием (SI) с оппозитным поршнем и клапаном-втулкой и добавила так называемый цикл Кливза, названный в честь Монти Кливза, основателя и главного технического директора компании. Управление золотниковым клапаном двигателя позволяет двигателю обеспечивать сгорание по циклу Отто (сгорание с постоянным объемом) или по дизельному циклу (сгорание с постоянным давлением), в зависимости от условий эксплуатации и имеющегося топлива.

Помимо устранения необходимости в обычном клапанном редукторе, требуется половина общего количества компонентов системы зажигания и впрыска по сравнению с обычным оппозитным двигателем, поскольку два поршня имеют общий канал. Модульная конструкция двигателя легко масштабируется в зависимости от требуемой выходной мощности.

Считается, что конструкция совместима с большинством видов топлива, включая бензин, дизельное топливо, природный газ, пропан и их заменители биотоплива (например, этанол). По словам производителя, дополнительных улучшений эффективности можно достичь за счет включения регулируемых фаз газораспределения, механизма переменной степени сжатия, прямого впрыска и турбонаддува.Компания заявляет о повышении топливной эффективности от 30% до 50%. Также утверждается, что за счет точного управления тепловым циклом сокращаются выбросы выхлопных газов.

Компания Achates Power ( www.achatespower.com ) разработала двухтактный дизельный двигатель с оппозитными поршнями, в котором используются два поршневых поршня на цилиндр. Как и другие конструкции с оппозитными поршнями, двигатель Achates Power не требует головок цилиндров, которые являются основным источником тепловых потерь в обычных двигателях.Порты в стенках цилиндров двигателя заменяют тарельчатые клапаны и создающие трение клапанные механизмы обычных двигателей. Впускные каналы на одном конце цилиндра и выпускные отверстия на другом активируются движением поршня и обеспечивают эффективное удаление воздуха.

Компания утверждает, что ее собственная конструкция цилиндра и поршня позволяет повысить эффективность сгорания и потребление масла, чтобы соответствовать самым строгим нормам по выбросам. Считается, что в сочетании с преимуществом теплового КПД, присущим двигателям с оппозитным расположением поршней, его конструкция обеспечивает значительное снижение расхода топлива по сравнению с обычными четырехтактными двигателями с воспламенением от сжатия.Использование двухтактного воспламенения от сжатия позволит использовать возобновляемые виды топлива второго поколения, полученные из соевых бобов, биомассы, водорослей и других источников.

Группа компаний Scuderi ( www.scuderigroup.com ) разработала двигатель, использующий конструкцию с разделенным циклом, которая разделяет четыре такта цикла сгорания между двумя цилиндрами. Один цилиндр обрабатывает такты впуска и сжатия (цилиндр компрессора), а другой отвечает за такты мощности и выпуска (цилиндр расширителя).

За счет разделения четырех тактов между двумя цилиндрами двигатель может производить один цикл сгорания на один оборот коленчатого вала, как и двухтактный двигатель. Кроме того, отделив цилиндр сжатия от силового цилиндра, можно уменьшить размер цилиндра компрессора, чтобы исключить некоторую отрицательную работу такта сжатия. Мощность двигателя — это разница между положительной работой, производимой рабочим ходом, и отрицательной работой, потребляемой в течение остальной части цикла.

Турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов нагнетает максимальный объем воздуха в цилиндр компрессора. После дальнейшего сжатия поршнем компрессора воздух передается между парными цилиндрами через переходной канал. Полностью регулируемые переключающие клапаны, открывающиеся наружу, регулируют поток сжатого воздуха из первого цилиндра во второй. В нужное время топливо может впрыскиваться напрямую в цилиндр детандера или впрыскиваться в наддувочный воздух во время передачи в цилиндр детандера через переходной канал.

Поскольку сжатый воздух передается в цилиндр детандера из переходного канала, звуковой поток и высокая турбулентность улучшают смешивание топлива с воздухом и способствуют стабильному, надежному сгоранию. Результирующая скорость пламени необычайно высокая, с продолжительностью горения от 10% до 90% при угле поворота коленчатого вала всего 12 °. Чрезвычайно быстрое сгорание и поздняя подача топлива обеспечивают высокую характеристику предотвращения детонации, а быстрое расширение во время сгорания снижает выбросы NOX — значительно ниже уровня обычного двигателя — без использования рециркуляции выхлопных газов (EGR).

Цикл Миллера был первоначально разработан для увеличения теплового КПД четырехтактного двигателя с наддувом за счет уменьшения такта сжатия по сравнению с тактом расширения. Это было достигнуто за счет использования стратегии фаз газораспределения, которая закрывала впускной клапан раньше, чем поршень достиг своей нижней мертвой точки (НМТ). Стратегия раннего выбора времени эффективно сократила ход сжатия без сокращения хода расширения.

Однако из-за преждевременного закрытия впускного клапана событие клапана не может быть оптимально рассчитано по времени для обеспечения максимальной объемной эффективности, и часть доступного рабочего объема не может быть использована.Кроме того, при преждевременном закрытии клапана событие клапана происходит, когда скорость поршня и скорость воздуха высоки, как и связанные с этим насосные потери.

Вместо смещения момента закрытия впускного клапана (IVC) расширенное расширение в двигателе с разделенным циклом Scuderi достигается за счет уменьшения фиксированного рабочего объема цилиндра компрессора по сравнению с фиксированным рабочим объемом цилиндра расширителя. Путем дифференцирования размеров цилиндров IVC синхронизируется с периодом низкой скорости поршня, когда может быть достигнуто оптимальное состояние захваченной массы и можно избежать насосных потерь.

В двигателе с разделенным циклом Scuderi также используется резервуар для сжатого воздуха, в котором накапливается энергия сжатого воздуха, вырабатываемая цилиндром компрессора в периоды низкой нагрузки, и используется ее для выработки энергии в периоды высокой нагрузки. Эта технология может быть использована для уменьшения размера и веса двигателя, увеличения удельной мощности и крутящего момента, а также снижения расхода топлива и выбросов.

По словам производителя, в отличие от любой другой технологии поршневого ДВС, технология разделения цикла двигателя Scuderi отделяет процессы сжатия от процессов расширения (сгорания), обеспечивая сжатие независимо от расширения и расширение независимо от сжатия.Когда процессы разделены, энергия, произведенная одним процессом, может храниться до тех пор, пока не понадобится другому. Электроэнергия доступна, когда она нужна, или накапливается, когда она не нужна.

В режиме зажигания и зарядки цилиндры компрессора и расширителя включены, а резервуар для хранения воздуха пополняется во время работы цилиндра расширителя. Воздух поступает в резервуар для хранения воздуха и расширительный цилиндр.

В режиме воздушного расширителя и зажигания цилиндр компрессора отключен, и воздух под высоким давлением для зажигания выпускается из резервуара для хранения воздуха без потока воздуха в цилиндр компрессора или из него.

В режиме воздушного компрессора цилиндр детандера отключен, и цилиндр компрессора перезаряжает резервуар для хранения воздуха во время работы на спуске, торможении и замедлении. Воздух поступает в резервуар для хранения воздуха без впрыска топлива или зажигания.

В режиме воздушного расширителя цилиндр компрессора отключен, и воздух под высоким давлением выпускается из резервуара для хранения воздуха для питания двигателя без впрыска топлива или зажигания.

Дойл роторный двигатель ( www.doylerotary.com ) спроектировал и построил (как следует из названия) роторный двигатель. Но двигатель Дойла не похож на роторные двигатели Ванкеля, которые использовались на многих автомобилях Mazda на протяжении многих лет. Скорее, это разновидность радиального двигателя, как на многих винтовых самолетах прошлого. Радиальный двигатель является обычным в том смысле, что коленчатый вал вращается, а цилиндры остаются неподвижными. Обратное верно для роторного двигателя. Коленчатый вал зафиксирован, а картер и цилиндры вращаются вокруг него.Роторы этой конструкции использовались в бипланах Gnome во время Первой мировой войны. Они также приводили в движение автомобили Adams-Farwell, которые производились в относительно небольших количествах между 1905 и 1912 годами.

Двигатель Дойла берет эту конструкцию роторного двигателя и буквально переворачивает ее с ног на голову. В обычном роторном двигателе верхняя часть поршней обращена наружу, а шатуны соединены с центральным коленчатым валом. Каждый цилиндр имеет свою головку блока цилиндров, впускные и выпускные клапаны и систему зажигания.В двигателе Дойла верхние части поршней обращены к центру двигателя. Шатуны направлены наружу и прикреплены к внешнему корпусу. Внешний корпус, поршни и цилиндры вращаются вокруг центральной камеры сгорания на эксцентрике. При вращении корпуса цилиндра эксцентрик заставляет поршни подниматься и опускаться для выработки энергии.

Чтобы усложнить задачу, двигатель Дойла также является конструкцией с разделенным циклом. Есть два набора поршней: один отвечает за впуск и сжатие, другой — за мощность и выпуск.Казалось бы, это приводит к большому количеству вращающегося металла, но компания утверждает, что вращательная масса на самом деле будет меньше, чем у обычного двигателя аналогичной мощности, поскольку внешний корпус изготовлен из алюминия.

Двигатель Doyle не имеет впускных и выпускных клапанов. Порт на обращенном внутрь конце цилиндров позволяет газу поступать в цилиндры и выходить из них, а также в центральную камеру сгорания, которая является общей для всех цилиндров. Одиночная свеча зажигания управляет зажиганием. Верхняя часть роторного двигателя Mazda и уплотнения ротора используются для уплотнения вращающихся частей.

Эта конструкция может быть применена к двигателям различного размера и рабочего объема. Дойл построил прототип двигателя с 12 цилиндрами и рабочим объемом 4,2 л. Парные комплекты цилиндров и поршней также могут быть собраны вместе для производства более крупных двигателей. Дойл совсем недавно уменьшил количество цилиндров, чтобы создать 6-цилиндровый прототип.

В обычном четырехтактном двигателе каждый поршень обеспечивает рабочий ход один раз за каждые два оборота коленчатого вала. Конструкция с разделенным циклом Дойла делает его четырехтактным двигателем, в котором каждый силовой поршень производит рабочий ход при каждом обороте коленчатого вала.Таким образом, на 12-цилиндровом прототипе на оборот приходится шесть тактов. Компания назвала это циклом Дойля.

Как и следовало ожидать, компания заявляет о нескольких преимуществах его дизайна. Конструкция с разделенным циклом позволяет одному ряду поршней выполнять такты впуска и сжатия (IC), в то время как другой ряд выполняет такты мощности и выпуска (PE). Эти два ряда разделяет центральная камера сгорания. Такая компоновка означает, что поршни и цилиндры IC могут быть сконструированы иначе, чем со стороны PE.Нет необходимости вести огонь до достижения верхней мертвой точки (ВМТ), поэтому топливо может гореть дольше и более полно в камере сгорания.

В обычном двигателе каждая камера сгорания горит немного иначе, чем другие. Это происходит из-за разницы в рабочих температурах и длине всасывания и выхлопа. В двигателе Дойла каждый цилиндр использует одну и ту же камеру сгорания. Это увеличивает согласованность мощности между каждым цилиндром, что приводит к более плавной работе двигателя и постоянным характеристикам износа каждого компонента.

Отсутствие клапанного механизма означает меньшие потери энергии из-за трения. Кроме того, в отличие от обычных клапанов, порты в двигателе Дойла открываются и закрываются мгновенно. Это позволяет каналу оставаться открытым дольше и оставаться на полном потоке намного дольше, чем в обычном клапанном агрегате. Это преимущество наиболее заметно при более высоких оборотах, когда эффективность обычных клапанных механизмов начинает падать. Исключение клапанного механизма также позволяет избавиться примерно от сотни движущихся частей и исключить возможность вздутия прокладок головки блока цилиндров, трещин в головках цилиндров, износа распределительных валов, погнутых или опущенных клапанов или обрыва ремня привода ГРМ.

Заявлены также более низкие выбросы NOX и углеводородов, в первую очередь благодаря конструкции двигателя с разделенным циклом. В обычном двигателе температуры перед воспламенением высоки, потому что свежий воздух, всасываемый во время такта впуска, попадает в цилиндр, который только что выпустил чрезвычайно горячие газы. Пиковые температуры увеличиваются по мере увеличения угла опережения зажигания. Срабатывание до ВМТ приводит к тому, что поршень сжимает только что воспламененную смесь. Сжатие воздуха увеличивает температуру сгорания.NOX возникает из-за того, что температура сгорания остается очень высокой в ​​течение длительного времени.

В двигателе Дойла свежий воздух вводится в относительно холодный цилиндр, не отвечающий за сгорание. Это приводит к более низким температурам перед воспламенением. Затем свежий воздух сжимается и передается в центральную камеру сгорания, где впрыскивается топливо и смесь воспламеняется. Сжигание после ВМТ снижает пиковые температуры сгорания.

Выбросы углеводородов возникают в результате выхода несгоревшего топлива из двигателя через выхлопные газы.Двигатель Дойла позволяет топливу сгорать в камере сгорания, а затем в силовых цилиндрах. Считается, что увеличение времени горения снижает количество несгоревшего топлива (углеводородов), выходящего из двигателя.

Ни одна из рассмотренных нами конструкций двигателей не может быть классифицирована как «нормальная» в общепринятом смысле этого слова. Но дальнейшее уводит нас еще дальше от уже пройденного пути проектирования двигателей внутреннего сгорания. С таким названием, как Grail Engine Technologies (www.grailengine.com), можно с уверенностью предположить, что все будет интересно.

Двигатель Grail представляет собой двухтактную конструкцию, состоящую из одного выпускного клапана, трех свечей зажигания и инжектора прямого впрыска топлива, расположенных в верхней части цилиндра. Единственный впускной клапан расположен внутри поршня. В камере предварительного сжатия находится односторонний пластинчатый клапан. Всасываемый воздух проходит через вентиляционные отверстия к поршню, через картер, впускные отверстия поршня, а затем через поршневой клапан.

Сжатие происходит в воздушной коробке пластинчатого клапана, камере предварительного сжатия, вентиляционных отверстиях поршня, впускных отверстиях поршня и картере. Когда поршень движется вверх, под ним создается вакуум. Свежий воздух поступает через коробку всасываемого воздуха через односторонний пластинчатый клапан и заполняет внешнюю камеру предварительного сжатия, отверстия для выпуска воздуха к поршню и впускные отверстия поршня свежим воздухом.

Сжатие происходит внутри цилиндра при движении поршня вверх. В ВМТ происходит прямой впрыск с последующим однократным или многократным зажиганием.Это заставляет поршень опускаться в цилиндр, сжимая воздух в картере двигателя, внешней камере предварительного сжатия, вентиляционных отверстиях и впускных отверстиях поршня.

Непосредственно перед BDC выпускной клапан открывается с помощью стандартного кулачкового / толкательного механизма или электромеханического управления клапаном. Выхлопные газы выходят через отверстие выпускного клапана в верхней части цилиндра. Сжатый свежий воздух поступает в цилиндр через поршневой клапан, который вытесняет выпускной выхлоп. Когда поршень проходит мимо НМТ, выпускной клапан и поршневой клапан закрываются, и цикл повторяется.

Регулировка давления во внешней камере предварительного сжатия с помощью серводвигателя или его эквивалента позволяет контролировать объемный КПД двигателя в диапазоне оборотов двигателя.

Компания заявляет о двух других разработках в области дизайна двигателей. Первый известен как принудительное полуоднородное заряженное воспламенение от сжатия (FS-HCCI). Второй — цикл Грааля, который представляет собой комбинацию одного типа воспламенения или воспламенения от сжатия с однородным зарядом, которое одновременно работает в цикле Миллера.По заявлению компании, двигатель Grail потенциально может стать первым двухтактным двигателем, не имеющим перекрестного загрязнения топлива и масла. Это приводит к снижению выбросов, но при этом обеспечивает большую мощность и крутящий момент при меньшем расходе топлива, чем более крупные двигатели.

Перекрестное загрязнение в двухтактном двигателе с прямым впрыском происходит, когда поршень и кольца перемещаются через впускные и выпускные отверстия стенки цилиндра. Масло, смазывающее поршень, стенку цилиндра и кольца, поступает на выпуск и впуск камеры сгорания.Если количество масла в этой области уменьшается для поддержания выбросов, а также вакуумирования цилиндра для чистого сгорания, это может привести к преждевременному износу и / или высокому выбросу твердых частиц. Grail утверждает, что его двигатель не страдает от этих проблем.

Я оставил, наверное, самую необычную конструкцию двигателя напоследок. Сферический двигатель Hüttlin ( www.innomot.org ) использует некоторые из ранее обсуждавшихся технологий — например, поршни с противоположным расположением — но он отличается от других конструкций почти во всех других отношениях.Hüttlin Kugelmotor (сферический двигатель) назван в честь его изобретателя, доктора Герберта Хюттлина, который работал над этим и другими двигателями более 20 лет.

Описать с помощью слов очень нетрадиционный движок Hüttlin — настоящая проблема, и, вероятно, именно поэтому веб-сайт компании в значительной степени полагается на так много анимаций, чтобы рассказать свою историю. В этой конструкции энергия сгорания, генерируемая во время рабочего такта, напрямую преобразуется во вращательное движение. В конструкции нет обычного коленчатого вала.

Алюминиевый сферический корпус содержит поршневой ротор, вращающийся в двух роликовых подшипниках с большим кольцом. Ротор снабжен изогнутыми цилиндрическими камерами для установки двух пар противоположных поршней. Для каждой поршневой пары используются два полых направляющих шарика. Эти шарики катятся по обеим направляющим поверхностям изогнутого элемента, который расположен в ортогональном продольно центрированном положении на оси системы и прочно прикреплен к корпусу. Когда поршни и узел камеры сгорания вращаются, направляющие шарики направляют поршни через возвратно-поступательное качающееся движение четырехтактного двигателя Отто.

Компания видит широкий спектр применения этого двигателя. Несколько конфигураций уже были разработаны и испытаны, в том числе гибридный генератор с расширением диапазона, электродвигатель и компрессор в едином корпусе, а также домашний источник энергии для объединения с солнечными и тепловыми коллекторами. Его также можно использовать в сочетании с ветряной турбиной для производства электроэнергии и сжатого воздуха.

Конфигурация гибридного расширителя диапазона особенно интересна. Двигатель можно было использовать для выработки электроэнергии для электромобиля, чтобы пополнить его батареи, когда они разрядятся.Соединение двигателя непосредственно с трансмиссией транспортного средства позволило бы при необходимости использовать дополнительную тягу, а также рекуперативное торможение для дальнейшего пополнения аккумуляторных батарей. Если функция сгорания двигателя отключена, его неиспользованная компрессия также может способствовать торможению автомобиля.

Все компании, создавшие уникальные конструкции двигателей, описанные в этом отчете, считают, что у них есть все необходимое, чтобы произвести революцию в транспортной отрасли.