Строение дизельного двигателя схема в картинках: Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Двигатели. Рядный? V-образный? «Оппозит»? — ДРАЙВ

В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объёмом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмёркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестёрка» объёмом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана…

Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости всё расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далёком прошлом. Средний объём цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трёхсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 л.с./л для безнаддувного дизеля до 100 л.с./л для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.

Очень маленькие цилиндры часто встречаются на японских микролитражках: например, объём рядной «четвёрки» у Subaru R1 — всего 658 см³. Из «европейцев» отличился трёхцилиндровый дизельный Smart — 799 «кубиков». Есть цилиндры-напёрстки и у «корейцев»: трехцилиндровый Matiz — это 796 «кубиков», а четырёхцилиндровый — 995. «Четвёркой» объёмом 1086 см³ оснащаются Hyundai i10 и Kia Picanto. На другом полюсе — конечно же «американцы». Объём V-образной «восьмёрки» купе Chevrolet Corvette Z06 составляет 7011 см³. Хотя японцы, например, оснащали внедорожник Nissan Patrol предыдущего поколения рядной «шестёркой» TB48DE объёмом 4758 «кубиков».

Сегодня двигатель мощностью 100 л.с. в большинстве случаев окажется четырёхцилиндровым, у 200-сильного будет четыре, пять или шесть цилиндров, у 300-сильного — восемь… Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чём болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании. Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объём.

• Двигатель R3 (А). Угол между кривошипами — 120°.
• Добиться равномерности вспышек в двухцилиндровом двигателе (В) можно только при двухтактном цикле.
• А такой мотор (C), например, стоит на «Оке». Поршни движутся синфазно.

Двух- и трёхцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на 85-сильной двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четвёрка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.

В современных четырёхтактных двухцилиндровых двигателях, вроде турбомотора Фиата 500, проблему вибраций отчасти решает балансирный вал.

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятёрками» — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные «шестёрки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмёрку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создаёт массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперёк моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестёрку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.

Два мотора R3, составленные друг за другом, дают великолепный результат — абсолютно уравновешенную рядную «шестёрку».

Как укоротить рядный мотор? Его можно «распилить» пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60° и 90°. А V-образный мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели ещё и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей «боксеров» можно пересчитать по пальцам.

А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит ещё одна проблема — вибрации.

О силах и моментах

Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями…

Отчего возникают вибрации? Во-первых, в некоторых схемах двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Таких схем конструкторы по возможности избегают или стараются делать массивней маховик — это помогает сгладить пульсации крутящего момента. Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они то разгоняются, то замедляются, из-за чего возникают силы инерции — сродни тем силам, что заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливают их в спинки сидений при разгоне. В-третьих, шатун в двигателе движется вовсе не вверх-вниз, а совершает сложное движение. Да и возвратно-поступательное перемещение поршня от верхней мёртвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.

• Силы инерции от двух масс, вращающихся на одном валу поодаль друг от друга, создают свободный момент.
• В простейшем моторе есть свободные силы инерции, но нет моментов. Цилиндр-то один.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверённой частотой вращения коленвала… Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс к этому, пары сил, приложенные на определённом расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.

Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

Яркий представитель вымершего племени автомобилей с рядной «восьмёркой» — модель 1930-х годов Alfa Romeo 8C.

А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.

Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зелёным в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля).

Степень уравновешенности (зелёная ячейка — уравновешенные силы или моменты, красная — свободные)
	1	R2	R2*	V2	B2	R3	R4	V4	B4	R5	VR5	R6	V6	VR6	B6	R8	V8	B8	V10	V12	B12
Силы инерции первого порядка
Силы инерции второго порядка
Центробежные силы**
Моменты от сил инерции первого порядка
Моменты от сил инерции второго порядка
Моменты от центробежных сил
* Поршни в противофазе.
** Уравновешиваются противовесами на коленчатом вале.

Что же получается? Из распространённых типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная «шестёрки». Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали. Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.

Шестицилиндровый «оппозитник» водяного охлаждения Porsche. С левой и правой сторон блока в целях экономии стоят одинаковые головки, поэтому цепные приводы распредвалов пришлось устраивать и спереди, и сзади.

Уравновешенные и не очень

Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (такой, например, стоял на отечественной «Оке»). Как видно, этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе «Оки» слева и справа от коленвала применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это ещё ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата… Но мотор зато получался простым и дешёвым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.

Машин с оппозитной «двойкой» — по экономическим и компоновочным соображениям — было немного. Можно упомянуть, например, французский Citroen 2CV.

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нём всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Автомобиль с двухцилиндровым V-образным мотором припоминается только один — отечественный НАМИ-1. А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их V-образными «двойками» во всей хромированной красе. Такой мотор можно уравновесить практически полностью с помощью противовесов на коленчатом валу, но достичь равномерного чередования вспышек невозможно. Хорошо, что байкеры особого внимания на вибрации не обращают…

НАМИ-1 — прототип 1927 года.

Трёхцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четвёрка», и поэтому производители трёхцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В своё время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трёхцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трёхцилиндровая Corsa после дебюта в 1996-м была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».

В самой популярной среди двигателистов рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка. Её можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. (Вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?) А для компенсации момента от балансирного вала придётся ставить ещё один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.

Пример рядной «четвёрки» с балансирными валами — двухлитровый двигатель Audi. Валы располагаются по обе стороны от коленвала и с удвоенной скоростью вращаются в противоположные стороны. Здесь балансирные валы расположены снизу и соединены зубчатой передачей, а раньше (как, например, на приведённом на картинке внизу двигателе Saab 2.3) их располагали сверху и у каждого был свой шкив цепного привода.

Кстати, оппозитная «четвёрка» уравновешена лучше, чем рядная, — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и «оппозитник» воздушного охлаждения легендарного «Жука», и знаменитые «боксеры» Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.

Subaru из компоновочных соображений предпочитает рядной «четвёрке» оппозитную. Что до вибраций, то силы инерции второго порядка у «боксера» уравновешены, но момент от них всё же остаётся свободным.

У рядных «пятёрок» с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил… Во время работы двигателя по блоку постоянно «пробегает» волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жёстким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятёрки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.

• На картинке FIAT JTD от хэтчбека Croma — потомок пятицилиндрового турбодизеля Fiat TD 125 объёмом 2387 см³, образованного путём добавления одного цилиндра к 1,9-литровой «четвёрке» TD 100. Балансирный вал — слева, в нижней части картера.
• Под каким углом расположить кривошипы коленвала рядной «пятёрки»? 360° делим на пять… Правильно — 72°!

Кстати, практически все «пятёрки» образованы путём прибавления ещё одного цилиндра к четырёхцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от «четвёрки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестёрки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трёшки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трёхлитровой «шестёрки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счёт усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещённого расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

• В моторе V6 с углом развала блока 90° сдвоенные кривошипы расположены под углом 120°. А в моторах с развалом 60° каждый шатун приходится устанавливать на своём кривошипе.
• Для уравновешивания свободного момента от сил второго порядка мотору V6 90° необходим один балансирный вал (показан стрелкой). В двигателе Citroen 3.0 V6 он был установлен в одной из головок блока.

У новейших мерседесовских двигателей V6 угол развала блока сократился до 60°, в результате чего необходимость в балансирном вале отпала.

Добавим сюда ещё одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счёт утяжелённого маховика, но лишь отчасти. Вот вам и ещё один источник вибраций…

Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров. Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть V-образных моторов? Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят…

Двигатель V8: и развал блока, и угол между кривошипами — 90°.

Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах V4. Таких было немного — европейский Ford образца 60-х годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного «Запорожца». Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.

• Ford и ЗАЗ выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90°.
• Угол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25° до 90°.

А что насчёт V-образных «десяток»? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.

Как жаль, что Viper и его коллосальный V10 — уже история.

Двигателями V10 отметилась целая череда знаковых машин: BMW M5, Audi S6 и S8, а также RS6 с наддувной «десяткой». Не говоря уже об автомобилях Lamborghini. Наконец, Lexus LFA тоже оснащается двигателем V10.

Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмёрка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четвёрки», работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».

VR6, VR5, W12…

Помните, мы упоминали о V-образных моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так…

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь — пожалуйста! Всё началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, «V-образно-рядный» мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на ещё меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещённо-рядным». Гениальное решение — «шестёрка» 2.8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.

Двигатель VR5 2.3 конструкторы Фольксвагена получили, отняв один цилиндр от мотора VR6. Угол развала компактного блока — 15°, все пять цилиндров укрыты одной головкой блока.

Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Супермотор W12, показанный на концепте имени себя, приводит в движение представительские модели фирм Audi, Volkswagen и Bentley. На фото хорошо видно шахматное расположение цилиндров пары блоков, объединённых в одной отливке под углом 72°. Длина 420-сильного мотора — всего 51 см, ширина — 70 см.

Почему же таких моторов не было раньше? Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей обойтись очень сложно.

Теория и практика

Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности. Потом, двигатели сейчас всё чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощённо, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трёхцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит всё больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.

А вибрации… Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную «шестёрку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов под нагрузкой. Так что вибрации «прорываются» из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора…

Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.

Устройство двигателя внутреннего сгорания — видео, схемы, картинки

Двигатель внутреннего сгорания – это одно из тех изобретений, которые в корне перевернули нашу жизнь – с лошадиных повозок люди смогли пересесть на быстрые и мощные автомобили.

Первые ДВС обладали малой мощностью, а коэффициент полезного действия не доходил даже до десяти процентов, но неутомимые изобретатели – Ленуар, Отто, Даймлер, Майбах, Дизель, Бенц и множество других – привносили что-то новое, благодаря чему имена многих увековечены в названиях известных автомобильных компаний.

ДВС прошли длительный путь развития от коптящих и часто ломающихся примитивных моторов, до сверхсовременных битурбированных двигателей, но принцип их работы остался все тот же – теплота сгорания топлива преобразуется в механическую энергию.

Название “двигатель внутреннего сгорания” используется потому, что топливо сгорает в середине двигателя, а не снаружи, как в двигателях внешнего сгорания – паровых турбинах и паровых машинах.

Благодаря этому ДВС получили множество положительных характеристик:

• они стали намного легче и экономичнее;
• стало возможным избавиться от дополнительных агрегатов для передачи энергии сгорания топлива или пара к рабочим частям двигателя;
• топливо для ДВС обладает заданными параметрами и позволяет получать значительно больше энергии, которую можно преобразовать в полезную работу.

Устройство ДВС

Вне зависимости от того, на каком топливе работает двигатель – бензин, дизель, пропан-бутан или экотопливо на основе растительных масел – главным действующим элементом является поршень, который находится внутри цилиндра. Поршень похож на металлический перевернутый стакан (скорее подойдет сравнение с бокалом для виски – с плоским толстым дном и прямыми стенками), а цилиндр – на небольшой кусок трубы, внутри которой и ходит поршень.

В верхней плоской части поршня имеется камера сгорания – углубление круглой формы, именно в нее попадает топливно воздушная смесь и здесь же детонирует, приводя поршень в движение. Это движение передается на коленчатый вал с помощью шатунов. Шатуны верхней своей частью прикреплены к поршню с помощью поршневого пальца, который просовывается в два отверстия по бокам поршня, а нижней – к шатунной шейке коленчатого вала.

Первые ДВС имели всего один поршень, но и этого было достаточно, чтобы развить мощность в несколько десятков лошадиных сил.

В наше время тоже применяются двигатели с одним поршнем, например пусковые двигатели для тракторов, которые выполняют роль стартера. Однако больше всего распространены 2-х, 3-х, 4-х, 6-и и 8-цилиндровые двигатели, хотя выпускаются двигатели на 16 цилиндров и более.

Поршни и цилиндры находятся в блоке цилиндров. От того, как расположены цилиндры по отношению к друг другу и к другим элементам двигателя, выделяют несколько видов ДВС:

• рядные – цилиндры расположены в один ряд;
• V-образные – цилиндры расположены друг против друга под углом, в разрезе напоминают букву “V”;
• U-образные – два объединенных между собой рядных двигателя;
• X-образные – ДВС со сдвоенными V-образными блоками;
• оппозитные – угол между блоками цилиндров составляет 180 градусов;
• W-образные 12-цилиндровые – три или четыре ряда цилиндров установленные в форме буквы “W”;
• звездообразные двигатели – применяются в авиации, поршни расположены радиальными лучами вокруг коленчатого вала.

Важным элементом двигателя является коленчатый вал, на который передается возвратно-поступательное движение поршня, коленвал преобразует его во вращение.

Когда на тахометре отображаются обороты двигателя, то это как раз и есть количество вращений коленвала в минуту, то есть он даже на самых низких оборотах вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту. С одной стороны коленвал соединен с маховиком, от которого вращение через сцепление подается на коробку передач, с другой стороны – шкив коленвала, связанный с генератором и газораспределительным механизмом через ременную передачу. В более современных авто шкив коленвала связан также со шкивами кондиционера и гидроусилителя руля.

Топливо подается в двигатель через карбюратор или инжектор. Карбюраторные ДВС уже отживают свое из-за несовершенства конструкции. В таких ДВС идет сплошной поток бензина через карбюратор, затем топливо смешивается во впускном коллекторе и подается в камеры сгорания поршней, где детонирует под действием искры зажигания.

В инжекторных двигателях непосредственного впрыска топливо смешивается с воздухом в блоке цилиндров, куда подается искра от свечи зажигания.

Газораспределительный механизм отвечает за согласованную работу системы клапанов. Впускные клапаны обеспечивают своевременное поступление топливновоздушной смеси, а выпускные отвечают за выведение продуктов сгорания. Как мы уже писали раньше, такая система используется в четырехтактных двигателях, тогда как в двухтактных необходимость в клапанах отпадает.

На данном видео показано как устроен двигатель внутреннего сгорания, какие функции выполняет и как он это делает.

Устройство четырехтактного ДВС

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Плунжерная пара в дизельном двигателе

Под плунжерной парой понимается один из основных рабочих узлов ТНВД (топливного насоса высокого давления), широко применяемого в дизельных двигателях. Кроме того, аналогичные механизмы используются в различных гидромашинах, обычных насосах, гидрокомпенсаторах и другом подобном оборудовании. Популярность и востребованность плунжерной пары объясняется сочетанием впечатляющих эксплуатационных характеристик, в числе которых надежность, долговечность и простота конструкции.

 

Определение и история появления

 

Плунжерная пара представляет собой механизм, состоящий из двух элементов. Первый из них, давший наименование всему узлу, называется плунжер или поршень, а второй – так называемая гильза или втулка. Принцип работы пары основан на том, что плунжер совершает возвратно-поступательное движение внутри втулки. В результате, при помощи каналов, расположенных внутри механизма, топливо или другая рабочая жидкость под высоким давлением подается в пространство, расположенное над поршнем.

Необходимость в разработке ТНВД на основе одной или нескольких плунжерных пар появилась после изобретения дизельного двигателя, совершенного Рудольфом Дизелем. В число ключевых особенностей агрегата входила подача топлива в камеры внутреннего сгорания под давлением, что выступало обязательным условием его гарантированного самовоспламенения. На первых моделях для решения этой задачи использовался громоздкий и тяжелый компрессор, наличие которого заметно снижало общий КПД дизельного двигателя.

Разработка в 20-х годах прошлого века Робертом Бошем ТНВД, использующего в качестве основного рабочего узла плунжерную пару, позволило значительно сократить габариты дизельного двигателя, сохранив его впечатляющие эксплуатационные характеристики в виде экономичности, эффективности и высокого уровня мощности. Дальнейшее совершенствование плунжерной пары состояло в повышении качества изготовления поршня и гильзы, а также использовании более современных материалов.

 

Устройство и требования к изготовлению

 

Как уже было отмечено выше, плунжерная пара состоит из двух элементов, каждый из которых предназначен для выполнения четко определенных функций:

1. Плунжер. Изготавливается в виде металлического цилиндра, длина которого существенно превосходит диаметр. Основное назначение детали – возвратно-поступательное движение внутри втулки.
2. Втулка. Также изготавливается из высокопрочного металла в виде полого цилиндра. Внутри детали располагаются отверстия, предназначенные для подачи или отвода топлива (для ТНВД дизельного двигателя) или других рабочих жидкостей (для обычного насоса и различных гидромашин).

Ключевое требование к плунжерной паре состоит в обеспечении герметичности узла при одновременном свободном перемещении плунжера внутри поршня. Для решения задачи при изготовлении деталей требуется тщательно соблюдать геометрические размеры, а в дополнение к этому поверхности обоих элементов тщательно обрабатываются, благодаря чему достигается плотность примыкания друг к другу. Стандартным считается зазор между поршнем и втулкой составляющий 1-3 мкм. Сказанное объясняет, почему плунжерную пару нередко называют прецизионной, что буквально означает «высокоточная».

Эксплуатация рассматриваемого узла сопровождается высоким давлением и серьезным уровнем сопутствующих нагрузок. Поэтому, помимо герметичности, к плунжерной паре предъявляются серьезные требования в части прочности и устойчивости к различным физическим воздействиям. Как следствие – для изготовления узла применяются высокопрочные и износоустойчивые марки стали и современное оборудование, способное обеспечить нужную степень точности геометрических размеров деталей и необходимые технологии обработки металла. Долговечность и надежность плунжерной пары являются одним из ключевых факторов, благодаря которым обеспечиваются впечатляющие характеристики дизельного двигателя в целом.

 

Принцип работы и разновидности

 

Стандартная схема работы плунжерной пары выглядит следующим образом:

1. Стартовое положение плунжера – в нижней части гильзы. Оно достигается за счет действия пружин.
2. Кулачковый вал оказывает давление на поршень.
3. Плунжер перемещается по втулке в верхнее положение, что вызывает увеличение давления топлива в пространстве над поршнем, куда оно поступает через специальные каналы в гильзе.
4. Повышение уровня давления приводит к открыванию клапана, следствием чего выступает дальнейшее перемещение горючего через форсунки в камеры внутреннего сгорания.
5. Завершает рабочий цикл перемещение плунжера в стартовую позицию, осуществляемое за счет действия пружин.

Простота описанного принципа действия плунжерной пары выступает важным объяснением надежности и долговечности основного рабочего узла ТНВД. В настоящее время применяются две основные разновидности рассматриваемого механизма. Отличие между ними заключается в наличии в плунжере специальной кольцеобразной просечки. Она используется для сбора и возврата утечек горючего в основную магистраль топливного насоса. Изготовление плунжерной пары в этом случае требует несколько больших расходов, которые компенсируются повышением эффективности работы двигателя.

 

Область применения и функциональное назначение

 

Основной сферой применения плунжерной пары является ТНВД, используемый в дизельных двигателях. Функциональное назначение механизма в данном случае заключается в следующем:

• подача дизельного топлива к форсункам с одновременным нагнетанием давления;
• определение необходимого количества горючего, которое требуется переместить к форсункам;
• установление оптимального режима впрыска дизельного топлива в камеры сжигания двигателя.

Эффективное выполнение указанных функций достигается за счет совместной работы плунжерной пары и современных систем автоматизации и контроля, повсеместно используемых в ТНВД. Рабочий узел предназначен для физического воплощения в практической деятельности параметров и характеристик, определяемых при помощи автоматики.

Помимо дизельных двигателей, плунжерные пары часто применяются в различных по устройству и назначению насосах, а также гидромашинах и другом подобном оборудовании. Настолько широкое использование рассматриваемого механизма связано с сочетанием относительной простоты конструкции и принципа действия с надежностью, эффективностью и долговечностью узла.

 

Основные достоинства и недостатки

 

Появление ТНВД, использующего в качестве основного рабочего узла плунжерную пару, стало одной из ключевых причин стремительного роста популярности дизельных двигателей. Такое развитие событий стало возможным, благодаря впечатляющим эксплуатационным и техническим характеристикам агрегата, значительная часть которых является непосредственным результатом применения рассматриваемого механизма. Ключевыми достоинствами плунжерной пары в частности и ТНВД в целом выступают:

• надежность. Нередко именно это слово выступает в качестве первой ассоциации при упоминании дизельного двигателя. Данная характеристика вполне заслуженно считается одной из визитных карточек агрегата;
• универсальность. Наличие ТНВД и плунжерной пары позволяет разом решить многочисленные задачи, обеспечивающие эффективную работу дизельного двигателя. К ним относятся: подача топлива под высоким давлением, его дозировка и определение наиболее подходящего режима впрыска горючего для последующего сжигания;
• высокий КПД. Ключевое преимущество агрегатов на дизельном топливе, которое в сочетании с экономичностью приобретает в современных условиях особенно важное значение;
• экологичность. Двигатель внутреннего сгорания достаточно сложно назвать полностью безопасным для состояния окружающей среды механизмом. Тем не менее, современные дизельные агрегаты отвечают самым строгим экологическим стандартам, что достигается за счет полного сжигания топлива, его небольшого расхода и, как следствие, минимального количества вредных выбросов.

По сути, единственным существенным недостатком плунжерной пары в современном дизельном двигателе выступает износ механизма, связанный со сложными условиями его эксплуатации. Важно отметить, что качественное изготовление и использование высокопрочных марок стали позволяет существенно увеличить нормативный срок службы основного рабочего узла ТНВД. Тем не менее, полностью исключить износ, конечно же, невозможно.

 

Признаки неисправности

 

Возникновение проблем, вызванных износом плунжерной пары, обнаружить достаточно просто. Основными симптомами их появления становятся:

• трудности с запуском двигателя;
• уменьшение мощности агрегата или плавающее значение параметра, характеризующего количество оборотов;
• посторонние шумы при работе двигателя;
• повышенный расход горючего.

Частой причиной повышенного износа плунжерной пары становится использование некачественного топлива. При этом необходимо помнить, что своевременное выявление проблем и грамотно проведенный квалифицированными специалистами ремонт, который заключается в замене обоих элементов рабочего узла, могут обеспечить дальнейшую длительную и беспроблемную эксплуатацию дизельного двигателя. Главное при этом – обратиться к профессиональным и опытным специалистам. Такой подход является вполне оправданным, так как небольшая экономия на стадии диагностики и ремонта нередко оборачивается намного более серьезными финансовыми потерями в ближайшем будущем, связанными с необходимостью замены или полного перебора агрегата.

УДМЗ по производству и ремонту дизель генераторов – Синара-Транспортные Машины

ООО «Уральский дизель-моторный завод» («УДМЗ») — ведущее российское машиностроительное предприятие по выпуску дизелей и дизель-генераторов различных типов для судостроения, тепловозостроения, в малой энергетики. Предприятие образовано в 2003 году при разделении производственного комплекса ОАО «Турбомоторный завод» (г. Екатеринбург). В Группу «Синара» завод вошел в 2008 году, в состав холдинга СТМ — в феврале 2010 года.

Генеральный директор – Скворцов Петр Петрович  

Контакты :

620017 Россия, г. Екатеринбург, ул. Фронтовых бригад, 18
Тел.: (343) 311-09-50           
Факс: (343) 311-09-61
E-mail: [email protected]
www.udmw.ru

В феврале 2012 года Уральский дизель-моторный завод выиграл конкурс Минпромторга РФ на включение в федеральную целевую программу «Национальная технологическая база», став участником ее подпрограммы «Создание и организация производства в Российской Федерации в 2011-2015 годах дизельных двигателей и их компонентов нового поколения».

Для реализации поставленных задач «УДМЗ» заключил два контракта на выполнение НИОКР с государственным заказчиком работ — Минпромторгом РФ. Первый госконтракт «Энергодизель» предусматривал разработку базовых образцов модельного ряда высокооборотных V-образных дизельных двигателей для дизель-генераторных установок магистральных тепловозов, пропульсивных комплексов морских и океанских судов, транспортно-технологических средств, контейнерных электростанций малой энергетики (в диапазоне мощностей 1000-3000 кВт).

Второй госконтракт «Дизельстрой» — предполагал создание конструкций специализированных экспериментальных стендов для высокооборотных дизельных двигателей с частотой вращения от 1500 до 3000 оборотов в минуту для дизелестроительных производств. В результате выполнения НИОКР завод должен был представить научно-технические отчеты, конструкторско-технологическую документацию и опытные образцы продукции, полностью соответствующие техническому заданию заказчика и не уступающие по своим техническим характеристикам передовым зарубежным аналогам.

Федеральная целевая программа осуществлялась на условиях совместного финансирования работ:, порядка 49% составили средства государственного бюджета, 51% — собственные или привлеченные средства исполнителя.

В ходе реализации проектов Уральский дизель-моторный завод привлекал в качестве консультантов и партнёров передовые компании в этой области: FEV GmbH (Германия), Центральный научно-исследовательский дизельный институт ,«Автоматизированные системы и комплексы» , МГТУ им. Баумана.

Реализация проектов по разработке нового семейства дизельных двигателей и испытательных стендов- новый этап в истории уральского и российского дизелестроения.

Задачи:

•  занять передовые позиции на рынке высокооборотных дизельных двигателей различного применения;
•  создать современное дизелестроительное производство в России;
•  расширить продуктовый портфель промышленных дизельных двигателей и дизель-генераторных установок;
•  создать условия для развития современного производства у российских поставщиков комплектующих изделий для дизельных двигателей.

Ход реализации проектов:

Первый этап завершен в декабре 2012 года.

Проект «Энергодизель»:

•  Проведены аналитические и патентные исследования.
•  Подготовлены девять эскизных проектов на дизели и семь эскизных проектов на дизель-генераторы.
•  Проведены работы по сборке и испытанию двух образцов.

Проект «Дизельстрой»:

•  Проведены научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы по созданию специализированных экспериментальных стендов
•  Разработаны эскизные, технические проекты, конструкторская документация, создана технология изготовления компонентов стендового оборудования.

Второй этап работ был завершен в январе 2014 года.

Проект «Энергодизель»:

•  Разработаны 3D-модели и конструкторская документация на одноцилиндровый прототип будущего двигателя для испытательного стенда.
•  Подготовлены девять технических проектов дизельных двигателей и семь технических проектов дизель-генераторов, для применения в тепловозостроении, судостроении, производстве автомобильной карьерной технике, малой энергетике.
•  Разработаны и утверждены технические требования на все компоненты, по результатам проведенных тендеров, выбраны поставщики всех элементов будущих изделий, подписаны контракты с комплектаторами.
•  Успешно произведеныиспытания и запуск одноцилиндрового прототипа нового двигателя ДМ-185.

Третий этап работ завершен в мае 2014 года.

Проект «Дизельстрой»:

•  Выполнены пусконаладочные работы и ввод в эксплуатацию стенда для испытаний одноцилиндрового отсека мощностью до 408 кВт, а также стендов для испытаний высокооборотного дизельного двигателя мощностью до 4000 кВт судового применения и высокооборотного дизельного двигателя мощностью до 3000 кВт в составе дизель-генераторной установки с возможностью увеличения мощности объекта испытания до 4000 кВт, с уровнем напряжений 0,4/6,3/10,5 кВ.
•  Разработаны программы и методики предварительных приемо-сдаточных и сертификационных испытаний одноцилиндрового отсека, дизельного двигателя и высокооборотного дизельного двигателя в составе дизель-генераторной установки.
•  Введены в эксплуатацию стенды.
•  Проведена аттестация и сертификация измерительного оборудования стендов.
•  Создана новая экспериментально-исследовательская база для проведения предварительных, приемочных и сертификационных испытаний нового семейства двигателей ДМ-185.

Проект «Энергодизель»:

•  В ноябре 2014 года представлен опытный образец нового двигателя 12ДМ-185Т (тепловозной модификации), не имеющий аналогов в России.

Возможные сферы применения нового семейства дизельных двигателей:

•  тепловозостроение;
•  судостроение морского и гражданского назначения;
•  тяжелая карьерная техника;
•  малая энергетика.

п/п

Наименование параметра

Новое семейство двигателей УДМЗ к 2015 году

Потенциал развития двигателя на 25 лет под повышение мощности и ужесточение требований по экологии

1

Расположение и количество цилиндров

L6

V12

V16

V20

L6

L8

V8

V12

V16

V20

2

Диаметр цилиндра, мм

185

185

3

Ход поршня, мм

215

225

4

Цилиндровая мощность, кВт

140- 240

300

5

Номинальная частота вращения, об/мин

1500, 1800, 1900

1500, 1800, 1900

6

Удельный расход топлива, г/кВт ч

не более 194

В соответствии с перспективными международными нормами

7

Удельный расход масла, г/кВт ч

не более 0,3

В соответствии с перспективными международными нормами

8

Ресурс до 1 переборки, моточас

не менее 25 000

Определяется при модернизации

9

Ресурс до капремонта, моточас

не менее 70 000

Определяется при модернизации

10

Срок службы до списания, лет

не менее 30

Определяется при модернизации

Запчасти к дизелям и дизель-генераторам  скачать перечень запчастей (.pdf 2,78 Мб)

Система питания дизельного двигателя, схема устройства

Устройство системы питания дизельного двигателя

На классических дизелях система питания состоит из топливного бака, фильтров грубой и тонкой очистки топлива, топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок.

Система питания дизельного двигателя современного дизеля управляется электроникой, а набор датчиков примерно такой же, как у бензиновых моторов.

Топливо из топливного бака по трубопроводу поступает в топливный фильтр, а затем в топливный насос высокого давления (ТНВД). Для защиты элементов питания от попадания в них воды, помимо топливного фильтра в трубопровод может быть установлен водоотделитель.

Насос нагнетает топливо в форсунки.

На старых дизелях форсунки были механическими. На современных дизелях топливные форсунки электромагнитные. Работой электромагнитных форсунок, так же, как и в бензиновом двигателе, управляет электроника на основании сигналов, поступающих от датчиков системы. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Излишки топлива от форсунок поступают в обратную магистраль. Из следующей главы можно будет узнать система выпуска отработавших газов, описание и схема.

Система питания дизельного двигателя с турбонаддувом

Для повышения мощности в современных системах питания дизельного двигателя широко используется турбо-наддув, который позволяет увеличить количество поступающего в цилиндры воздуха. В результате возрастает крутящий момент двигателя. А в одной из следующих глав можно будет узнать неисправности двигателя, неисправности систем двигателя: список из перечня неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств..

Как работает система питания дизельного двигателя с турбонаддувом? Очищенный фильтром воздух по воздуховоду проходит к турбонагнетателю.

В воздуховоде установлен датчик массового расхода, который сообщает информацию о количестве проходящего воздуха в электронный блок управления дизелем.

Турбонагнетатель установлен на выпускной трубопровод и приводится в действие энергией отработавших газов. Из турбонагнетателя воздух проходит к впускному трубопроводу.

Для снижения температуры воздуха применяется интеркулер (промежуточный охладитель).

После интеркулера воздух подводится через впускной трубопровод к впускным клапанам цилиндров.

Для облегчения запуска холодного дизельного двигателя применяются специальные свечи подогрева, установленные в камеры сгорания.

Свечи включаются по команде электронного блока управления после поворота ключа в замке и работают в течение нескольких секунд.

После выключения свечей на щитке приборов гаснет контрольная лампа, и двигатель можно запускать.

Принцип работы насоса. Типы насосов. Работа насоса. Устройство насоса

В этой статье мы постарались собрать все возможные принципы работы насосов. Часто, в большом разнообразии марок и типов насосов достаточно трудно разобраться не зная как работает тот или иной агрегат. Мы постарались сделать это наглядным, так как лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. В большинстве описаний работы насосов в интернете есть только разрезы проточной части (в лучшем случае схемы работы по фазам). Это не всегда помогает разобраться в том как именно функционирует насос. Тем более, что не все обладают инженерным образованием. Надеемся, что этот раздел нашего сайта не только поможет вам в правильном выборе оборудования, но и расширит ваш кругозор. Водоподъемное колесо С давних времен стояла задача подъема и транспортировки воды. Самыми первыми устройствами такого типа были водоподъемные колеса. Считается, что их изобрели Египтяне. Водоподъемная машина представляла собой колесо, по окружности которого были прикреплены кувшины. Нижник край колеса был опущен в воду. При вращении колеса вокруг оси, кувшины зачерпывали воду из водоема, а затем в верхней точке колеса , вода выливалась из кувшинов в специальный приемный лоток. для вращения устройства применялать мускульная сила человека или животных. Винт архимеда Архимед (287–212 гг. до н. э.), великий ученый древности, изобрел винтовое водоподъемное устройство, позже названное в его честь. Это устройство поднимало воду с помощью вращающегося внутри трубы винта, но некоторое количество воды всегда стекало обратно, т. к. в те времена эффективные уплотнения были неизвестны. В результате, была выведена зависимость между наклоном винта и подачей. При работе можно было выбрать между большим объемом поднимаемой воды или большей высотой подъема. Чем больше наклон винта, тем больше высота подачи при уменьшении производительности. Поршневой насос Первый поршневой насос для тушения пожаров, изобратенный древнегреческим механиком Ктесибием, был описан еще в 1 веке до н. э. Эти насосы, по праву, можно считать самыми первыми насосами. До начала 18 века насосы этого типа использовались довольно редко, т.к. изготовленные из дерева они часто ломались. Развитие эти насосы получили после того, как их начали изготавливать из металла. С началом промышленной революции и появлением паровых машин, поршневые насосы стали использовать для откачки воды из шахт и рудников. В настоящее время, поршневые насосы используются в быту для подъема воды из скважин и колодцев, в промышленности — в дозировочных насосах и насосах высокого давления. Существуют и поршневые насосы, объединенные в группы: двухплунжерные, трехплунжерные, пятиплунжерные и т.п. Принципиально отличаются количеством насосов и их взаимным расположением относительно привода. На картинке вы можете увидеть трехплунжерный насос. Крыльчатый насос Крыльчатые насосы являются разновидностью поршневых насосов. Насосы этого типа были изобретены в середине 19 века. Насосы являются двухходовыми, то есть подают воду без холостого хода. Применяются, в основном, в качестве ручных насосов для подачи топлива, масел и воды из скважин и колодцев. Конструкция: Внутри чугунного корпуса размещены рабочие органы насоса: крыльчатка, совершающая возвратно-поступательные движения и две пары клапанов (впускные и выпускные). При движении крыльчатки происходит перемещение перекачиваемой жидкости из всасывающей полости в нагнетательную. Система клапанов препятствует перетоку жидкости в обратном направлении Сильфонный насос Насосы этого типа имеют в своей конструкции сильфон («гармошку»), сжимая который производят перекачку жидкости. Конструкция насоса очень простая и состоит всего из нескольких деталей. Обычно, такие насосы изготавливают из пластика (полиэтилена или полипропилена). Основное применение — выкачивание химически активных жидкостей из бочек, канистр, бутылей и т.п. Низкая цена насоса позволяет использовать его в качестве одноразового насоса для перекачивания едких и опасных жидкостей с последующей утилизацией этого насоса. Пластинчато-роторный насос Пластинчато-роторные (или шиберные) насосы представляют собой самовсасывающие насосы объемного типа. Предназначены для перекачивания жидкостей. обладающих смазывающей способностью (масла. дизельное топливо и т.п.). Насосы могут всасывать жидкость «на сухую», т.е. не требуют предварительного заполнени корпуса рабочей жидкостью. Принцип работы: Рабочий орган насоса выполнен в виде эксцентрично расположенного ротора, имеющего продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины (шиберы), прижимаемые к статору центробежной силой. Так как ротор расположен эксцентрично, то при его вращении пластины, находясь непрерывно в соприкосновении со стенкой корпуса, то входят в ротор, то выдвигаются из него. Во время работы насоса на всасывающей стороне образуется разрежение и перекачиваемая масса заполняет пространство между пластинами и далее вытесняется в нагнетательный патрубок. Шестеренный насос с наружным зацеплением Шестеренные насосы с наружным зацеплением шестерен предназначены для перекачивания вязких жидкостей, обладающих смазывающей способность. Насосы обладают самовсасыванием (обычно, не более 4-5 метров). Принцип действия: Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого в полость всасывания поступает жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен. Шестеренный насос с внутренним зацеплением Насосы аналогичны по принципу работы обычному шестеренному насосу, но имеют более компактные размеры. Из минусов можно назвать сложность изготовления. Принцип действия: Ведущая шестерня приводится в действие валом электродвигателя. Посредством захвата зубьями ведущей шестерни, внешнее зубчатое колесо также вращается. При вращении проемы между зубьями освобождаются, объем увеличивается и создается разрежение на входе, обеспечивая всасывание жидкости. Среда перемещается в межзубьевых пространствах на сторону нагнетания. Серп, в этом случае, служит в качестве уплотнителя между отделениями засасывания и нагнетания. При внедрении зуба в межзубное пространство объем уменьшается и среде вытесняется к выходу из насоса. Кулачковый насос с серпообразными роторами Кулачковые (коловратные или роторные) насосы предназначены для бережной перекачки вызких продуктов, содержащих частицы. Различная форма роторов, устанавливаемая в этих насосах, позволяет перекачивать жидкости с большими включениями (например, шоколад с цельными орехами и т.п.) Частота вращения роторов, обычно, не превышает 200…400 оборотов, что позволяет производить перекачивание продуктов не разрушая их структуру. Применяются в пищевой и химической промышленности. На картинке можно посмотреть роторный насос с трехлепестковыми роторами. Насосы такой конструкции применяются в пищевом производстве для бережной перекачки сливок, сметаны, майонеза и тому подобны жидкостей, которые при перекачивании насосами других типов могут повреждать свою структуру. Например, при перекачке центробежным насосом (у которого частота вращения колеса 2900 об/мин) сливок, они взбиваются в масло. Импеллерный насос Импеллерный насос (ламельный, насос с мягким ротором) является разновидностью пластинчато-роторного насоса. Рабочим органом насоса является мягкий импеллер, посаженый с эксцентриситетом относительно центра корпуса насоса. За счет этого при вращении рабочего колеса изменяется объем между лопастями и создается разрежение на всасывании. Что происходит дальше видно на картинке. Насосы являются самовсасывающими (до 5 метров). Преимущество — простота конструкции. Синусный насос Название этого насоса происходит от формы рабочего органа – диска, выгнутого по синусоиде. Отличительной особенностью синусных насосов является возможность бережного перекачивания продуктов содержащих крупные включения без их повреждения. Например, можно легко перекачивать компот из персиков с включениями их половинок (естественно, что размер перекачиваемых без повреждения частиц зависит от объема рабочей камеры. При выборе насоса нужно обращать на это внимание). Размер перекачиваемых частиц зависит от объема полости между диском и корпусом насоса. Насос не имеет клапанов. Конструктивно устроен очень просто, что гарантирует долгую и безотказную работу. Принцип работы: На валу насоса, в рабочей камере, установлен диск, имеющий форму синусоиды. Камера разделена сверху на 2 части шиберами (до середины диска), которые могут свободно перемещаться в перпендикулярной к диску плоскости и герметизировать эту часть камеры не давая жидкости перетекать с входа насоса на выход (см. рисунок). При вращении диска он создает в рабочей камере волнообразное движение, за счет которого происходит перемещение жидкости из всасывающего патрубка в нагнетательный. За счет того, что камера наполовину разделена шиберами, жидкость выдавливается в нагнетательный патрубок. Винтовой насос Основной рабочей частью эксцентрикового шнекового насоса является винтовая (героторная) пара, которая определяет как принцип работы, так и все базовые характеристики насосного агрегата. Винтовая пара состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора. Статор – это внутренняя n+1-заходная спираль, изготовленная, как правило, из эластомера (резины), нераздельно (либо раздельно) соединенного с металлической обоймой (гильзой). Ротор – это внешняя n-заходная спираль, которая изготавливается, как правило, из стали с последующим покрытием или без него. Стоит указать, что наиболее распространены в настоящее время агрегаты с 2-заходными статором и 1-заходным ротором, такая схема является классической практически для всех производителей винтового оборудования. Важным моментом, является то, что центры вращения спиралей, как статора, так и ротора смещены на величину эксцентриситета, что и позволяет создать пару трения, в которой при вращении ротора внутри статора создаются замкнутые герметичные полости вдоль всей оси вращения. При этом количество таких замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары определяет конечное давление агрегата, а объем каждой полости – его производительность. Винтовые насосы относятся к объемным насосам. Эти типы насосов могут перекачивать высоковязкие жидкости, в том числе с содержанием большого количества абразивных частиц. Преимущества винтовых насосов: — самовсасывание (до 7…9 метров), — бережное перекачивание жидкости, не разрушающее структуру продукта, — возможность перекачивания высоковязких жидкостей, в том числе содержащих частицы, — возможность изготовления корпуса насоса и статора из различных материалов, что позволяет перекачивать агрессивные жидкости. Насосы этого типа получили большое распространение в пищевой и нефтехимической промышленности. Перистальтический насос Насосы этого типа предназначены для перекачивания вязких продуктов с твердыми частицами. Рабочим органом является шланг. Преимущество: простота конструкции, высокая надежность, самовсасывание. Принцип работы: При вращении ротора в глицерине башмак полностью пережимает шланг (рабочий орган насоса), расположенный по окружности внутри корпуса, и выдавливает перекачиваемую жидкость в магистраль. За башмаком шланг восстанавливает свою форму и всасывает жидкость. Абразивные частицы вдавливаются в эластичный внутренний слой шланга, затем выталкиваются в поток, не повреждая шланга. Вихревой насос Вихревые насосы предназначены для перекачивания различных жидкотекучих сред. насосы обладают самовсасыванием (после залива корпуса насоса жидкостью). Преимущества: простота конструкции, высокий напор, малые размеры. Принцип действия: Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью. При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора. Газлифт Газлифт (от газ и англ. lift — поднимать), устройство для подъёма капельной жидкости за счёт энергии, содержащейся в смешиваемом с ней сжатом газе. Газлифт применяют главным образом для подъёма нефти из буровых скважин, используя при этом газ, выходящий из нефтеносных пластов. Известны подъёмники, в которых для подачи жидкости, главным образом воды, используют атмосферный воздух. Такие подъёмники называют эрлифтами или мамут-насосами. В газлифте, или эрлифте, сжатый газ или воздух от компрессора подаётся по трубопроводу, смешивается с жидкостью, образуя газожидкостную или водо-воздушную эмульсию, которая поднимается по трубе. Смешение газа с жидкостью происходит внизу трубы. Действие газлифта основано на уравновешивании столба газожидкостной эмульсии столбом капельной жидкости на основе закона сообщающихся сосудов. Один из них — буровая скважина или резервуар, а другой — труба, в которой находится газожидкостная смесь. Мембранные насосы Мембранные насосы относятся к объемным насосам. Существуют одно- и двухмембранные насосы. Двухмембраные, обычно выпускаются с приводом от сжатого воздуха. На нашем рисунке показан именно такой насос. Насосы отличатся простотой конструкции, обладают самовсасыванием (до 9 метров), могут перекачивать химически агрессивные жидкости и жидкости с большим содержанием частиц. Принцип работы: Две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана. Всасывание: Первая мембрана создает разрежение, когда она движется от стенки корпуса. Нагнетание: Вторая мембрана одновременно передает давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая ее по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Поэтому мембранные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы мембраны Оседиагональные насосы (шнековые) Шнековые насосы часто путают с винтовыми. Но это совершенно разные насосы, как можно увидеть в нашем описании. Рабочим органом является шнек. Насосы этого типа могут перекачивать жидкости средней вязкости (до 800 сСт), обладают хорошей всасывающей способностью (до 9 метров), могут перекачивать жидкости с крупными частицами (размер определяется шагом шнека). Применяются для перекачивания нефтешламов, мазутов, солярки и т.п. Внимание! Насосы НЕСАМОВСАСЫВАЮЩИЕ. Для работы в режиме всасывания требуется заливка корпуса насоса и всего всасывающего шланга) Центробежный насос Центробежные насосы являются самыми распространенными насосами. Название происходит от принципа действия: насос работает за счет центробежной силы. Насос состоит из корпуса (улиитки) и расположенного внутри рабочего колеса с радиальными изогнутыми лопастями. Жидкость попадает в центр колеса и под действием центробежной силы отбрасывается к его перифирии а затем выбрасывается через напорный патрубок. Насосы используются для перекачивания жидких сред. Существуют модели для химически активный жидкостей, песка и шлама. Отличаются материалами корпуса: для химических жидкостей используют различные марки нержавеющих сталей и пластика, для шламов — износостойкие чугуны или насосы с покрытием из резины. Массовое использование центробежных насосов обусловлено простотой конструкции и низкой себестоимостью изготовления. Многосекционный насос Многосекционные насосы — это насосы с несколькоми рабочими колесами, расположенными последовательно. Такая компоновка нужна тогда, когда необходимо большое давление на выходе. Дело в том, что обычное центробежное колесо выдает максимальное давление 2-3 атм. По этому, для получения более высоких значение напора, используют несколько последовательно установленных центробежных колес. (по сути, это несколько последовательно соединенных центробежных насосов). Такие типы насосов используют в качестве погружных скважинных и в качестве сетевых насосов высокого давления. Трехвинтовой насос Трехвинтовые насосы предназначены для перекачивания жидкостей, обладающих смазывающей способностью, без абразивных механических примесей. Вязкость продукта — до 1500 сСт. Тип насоса объемный. Принцип работы трехвинтового насоса понятен из рисунка. Насосы этого типа применяются: — на судах морского и речного флота, в машинных отделениях, — в системах гидравлики, — в технологических линиях подачи топлива и перекачивания нефтепродуктов. Струйный насос Струйный насос предназначен для перемещения (откачки) жидкостей или газов с помощью сжатого воздуха (или жидкости и пара), подающегося через эжектор. Принцип работы насоса основан на законе Бернули (чем выше скорость течения жидкости в трубе, тем меньше давление этой жидкости). Этим обусловлена форма насоса. Конструкция насоса чрезвычайно проста и не имеет движущихся деталей. Насосы этого типа можно использовать в качестве вакуумный насосов или насосов для перекачивания жидкости (в том числе, содержащих включения). для работы насоса необходим подвод сжатого воздуха или пара. Струйные насосы, работающие от пара, называют пароструйными насосами, работающие от воды — водоструйными насосами. Насосы, отсасывающие вещество и создающие разрежение, называются эжекторами. Насосы нагнетающие вещество под давлением — инжекторами. Гидротаранный насос Этот насос работает без подвода электроэнергии, сжатого воздуха и т.п. Работа насоса этого типа основана на энергии поступающей самотеком воды и гидроудара, возникающего при резком её торможении. Принцип работы гидротаранного насоса: По всасывающей наклонной трубе вода разгоняется до некоторой скорости, при которой отбойный подпружиненный клапан (справа), преодолевает усилие пружины и закрывается, перекрывая поток воды. Инерция резко остановленной воды во всасывающей трубе создает гидроудар (т.е. кратковременно резко возрастает давление воды в питающей трубе). Величина этого давления зависит от длины питающей трубы и скорости потока воды. Возросшее давление воды открывает верхний клапан насоса и часть воды из трубы проходит в воздушный колпак (прямоугольник сверху) и отводящую трубу (слева от колпака). Воздух в колпаке сжимается, накапливая энергию. Т.к. вода в питающей трубе остановлена, давление в ней падает, что приводит к открытию отбойного клапана и закрытию верхнего клапана. После этого вода из воздушного колпака выталкивается давлением сжатого воздуха в отводящую трубу. Так как отбойный клапан открылся, вода снова разгоняется и цикл работы насоса повторяется. Спиральный вакуумный насос Спиральный вакуумный насос представляет собой объёмный насос внутреннего сжатия и перемещения газа. Каждый насос состоит из двух высокоточных спиралей Архимеда (серповидные полости) расположенных со смещением в 180° друг относительно друга. Одна спираль неподвижна, а другая крутится двигателем. Подвижная спираль совершает орбитальное вращение, что приводит к последовательному уменьшению газовых полостей, по цепочке сжимая и перемещая газ от периферии к центру. Спиральные вакуумные насосы относятся к категории «сухих» форвакуумных насосов, в которых не используются вакуумные масла для уплотнения сопряженных деталей (нет трения — не нужно масло). Одной из сфер применения данного вида насосов являются ускорители частиц и синхротроны, что само по себе уже говорит о качестве создаваемого вакуума. Ламинарный (дисковый) насос Ламинарный (дисковый) насос является разновидностью центробежного насоса, но может выполнять работу не только центробежных, но и прогрессивных полостных насосов, лопастных и шестеренчатых насосов, т.е. перекачивать вязкие жидкости. Рабочее колесо ламинарного насоса представляет собой два и более параллельных диска. Чем больше расстояние между дисками, тем более вязкую жидкость может перекачивать насос. Теория физики процесса: в условиях ламинарного течения слои жидкости движутся с различной скоростью по трубе: слой, наиболее близкий к неподвижной трубе (так называемый пограничный слой), течёт медленнее, чем более глубокие (близкие к центру трубы) слои текущей среды. Аналогично, когда жидкость поступает в дисковый насос, на вращающихся поверхностях параллельных дисков рабочего колеса образуется пограничный слой. По мере вращения дисков энергия переносится в последовательные слои молекул в жидкости между дисками, создавая градиенты скорости и давления по ширине условного прохода. Эта комбинация граничного слоя и вязкого перетаскивания приводит к возникновению перекачивающего момента, который «тянет» продукт через насос в плавном, почти не пульсирующем потоке. *Информация взята из открытых источников.

Как устроен самый массовый танк СССР Т-34 — Российская газета

Первые столкновения боевых машин Красной армии и немецких захватчиков летом 1941 года вызвали у последних сильнейшее удивление. А удивляться было чему: Т-34 превосходил любой из немецких танков по вооружению, бронированию и маневренности. Немцы дали прозвище неуязвимой машине «wunderwaffe» или «чудо-оружие». Большинство военных историков сходятся во мнении, что именно Т-34 был самым успешным танком Второй мировой войны. Так в чем же был секрет советского «чуда»?

Рождение «тридцатьчетверки»

Примерно с середины 1931 года на вооружение Красной армии стали поступать колесно-гусеничные быстроходные танки (БТ) или БТ разных модификаций. Эти танки мало чем отличались от своего прародителя — американского танка, созданного Уолтером Кристи. Главным достоинством машин серии БТ была высокая максимальная скорость и маневренность, возможность передвижения и на гусеничном, и на колесном ходу. Свое первое боевое крещение БТ-2 и БТ-5 приняли в 1936 году во время Гражданской войны в Испании, потом последовала Советско-финская война.

Несмотря на общую удачную картину использования машин, к ним было и немало претензий: бронезащита была явно недостаточной, а орудие — слабосильным. Тем более, советская разведка докладывала о возможном конфликте с Германией, у которой на вооружении стояли бронированные танки PzIII и PzIV. Серия танков БТ требовала глубокой модернизации, и в 1937 году руководство страны дало задание конструкторскому бюро Харьковского завода на создание танка, способного устранить инженерные недостатки прототипов. Проектирование нового танка началось в конце 1937 года, работы возглавлял известный конструктор и инженер Михаил Кошкин.

К началу 1938 года новый танк был готов, он получил двойное заводское имя БТ-20/А-20, 25-миллиметровую лобовую броню, инновационный двигатель, новую пушку и мог как свои «прародители» передвигаться как на колесном, так и на гусеничном ходу. В целом боевая машина получилась хорошей, правда, все равно несла на себе недостатки предшественниц — броня в 25 миллиметров не могла восприниматься как достойное средство защиты от пушек в 45 и более миллиметров. Поэтому в мае 1938 года на заседании Комитета Обороны СССР был озвучен план модернизации прототипа А-20 — очередное повышение бронезащиты и отказ от колесного хода в угоду простоте конструкции.

 

 

 

Новый танк получил индекс А-32, он был схож по массе с А-20, но после всех модернизаций получил 76-миллиметровую пушку, усиленное бронирование — 45 миллиметров — и невероятно мощный двигатель, который позволял «тридцатьчетверке» почти «танцевать» на поле боя. В дальнейшем последняя модификация была названа А-34 или Т-34, под таким обозначением она и вошла в историю. Первые 115 штук Т-34 сошли с конвейера в январе 1940 года, а до начала войны их количество увеличилось до 1110.

В годы войны производство Т-34 фактически перевели на Урал, так как Уральский танковый завод (УТЗ, ныне «Уралвагонзавод»), был основным дублером Харьковского завода, переживавшим, по понятным причинам, не лучшие времена. С 1941 по 1945 год в Нижнем Тагиле построили десятки тысяч Т-34,. По данным историков, каждая третья боевая машина была сделана именно на Урале.

Модификация Т-34-85 начала сходить с конвейера Уралвагонзавода спустя 2 месяца после того, как была принята на вооружение. Летом 1944 года уральские конструкторы были отмечены орденом Ленина за выдающиеся заслуги в деле создания конструкции Т-34 и за дальнейшее усовершенствование и улучшение его боевых качеств.

Оснащение «чудо-машины

Т-34 имел классическую компоновку для советской школы танкостроения — кормовое расположение трансмиссии. Внутри же танк делился на четыре отделения — управления, боевое, моторное и трансмиссионное. В лобовой части корпуса располагались места механика-водителя и радиста, приборы наблюдения, баллоны со сжатым воздухом для экстренного запуска двигателя, а также закрепленный на лобовой броне пулемет. Боевое отделение находилось в середине танка, тут были места командира танка, который же являлся и наводчиком, и башенного стрелка, также выполняющего обязанности заряжающего. В башне, помимо орудия, находилась и часть боеукладки, и дополнительные смотровые приборы, и люк для посадки экипажа. Моторное отделение также располагалось в середине, но для безопасности экипажа ограждалось от него специальной съемной перегородкой.

Броневая защита корпуса была выполнена из катаных листов гомогенной стали, расположенной под сильным наклоном, что давало частые рикошеты вражеских снарядов. Круговая защита корпуса равнялась 45 миллиметрам, что вкупе с наклонами брони обеспечивало защиту от пушек калибром до 75 миллиметров.

 

 

 

На вооружении у Т-34 стояла 76-миллиметровая пушка Ф-34, которая на первом этапе войны пробивала все немецкие танки в любые проекции. Лишь с появлением «Тигров» и «Пантер» у данного орудия появились сложности, которые, правда, часто решались маневренным боем. Арсенал снарядов был следующим:

— осколочно-фугасная дальнобойная граната ОФ-350 и ОФ-350А

— фугасная граната старого русского образца Ф-354

— бронебойно-трассирующий снаряд БР-350А

— бронепрожигающий снаряд БП-353А

— пулевая шрапнель Ш-354

Помимо танковой пушки Т-34 оснащался двумя пулеметами ДТ 7,62 миллиметров, которые, как правило, использовались для подавления живой силы в городских условиях.

 

 

 

На «чудо-машину» устанавливался 12-цилиндровый дизельный двигатель мощностью в 450 лошадиных сил. Учитывая небольшую массу танка — около 27-28 тонн — данный двигатель позволял чувствовать себя одинаково уверенно и на весенне-осенней распутице, и на полях, и на пашнях. Военные сводки хранят немало воспоминаний членов экипажа «тридцатьчетверок», которые в маневренном бою — на высокой скорости и малом расстоянии до танка противника — творили настоящие чудеса. Например, подвиг экипажа модификации Т-34 — Т-34-85 под командованием Александра Оськина. Летом 1944 года они в маневренном бою уничтожили три новейших танка «Королевский Тигр». Так как лобовая броня немецких «кошек» была не по зубам танку Оськина, он принял решение максимально приблизиться к противнику и поразить его в менее защищенные бока, что с успехом и сделал.

Модернизация легенды

Последней технической переработкой «тридцатьчетверки» стал танк Т-34-85, который был принят на вооружение СССР в 1944 году, а юридически снят только в 1993 году. Несмотря на значительно измененный внешний вид машины, фактически новой была только башня, которая несла в себе более мощную 85-миллиметровую пушку — отсюда и название танка. За счет более крупной башни в танке освободилось место для дополнительного члена экипажа — наводчика, что позволило «разгрузить» командира танка. Незначительно возросшая масса компенсировалась увеличенной мощностью двигателя, а новое орудие стало достойным ответом «Пантерам» и «Тиграм».

Эта последняя модификация легендарного Т-34 считается венцом творения советских средних танков Великой Отечественной войны: идеальное сочетание скорости, маневренности, огневой мощи и неприхотливости в использовании. Танк использовался в Корейской и Вьетнамских войнах, в столкновениях между Израилем и Египтом, в африканских конфликтах.

В послевоенный период «чудо советской инженерной мысли» поставлялось в страны Восточного блока, Австрию, Германию, Китай, на данный момент все еще состоит на вооружении более чем 20 стран. Кстати, именно Т-34 боевые машины «Поднебесной» обязаны своим появлением. В начале 50-х годов прошлого века Советский Союз фактически подарил дружественному Китаю всю документацию на изготовление Т-34. А уж пытливый мозг трудолюбивого китайского народа поставил на поток различные модификации этого танка, которые еще недавно несли на себе узнаваемый индекс «34» в названии.

Советская, а после и российская школы танкостроения конструировали машины, так или иначе основываясь на опередившем свое время творении Михаила Кошкина — легендарном Т-34.

 

 

 

Компоненты дизельного двигателя

и их функциональное применение

Введение

В общем, двигатели преобразуют тепловую энергию в механическую, используя газ на поршне и коленчатом валу в сборе. Количество энергии зависит от частоты вращения коленчатых валов согласно техническим условиям. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) более эффективен, чем паровой двигатель, потому что ДВС легко запускать и отключать. ДВС широко используется в сфере транспорта.Важные компоненты двигателей внутреннего сгорания: 1) Топливные системы
2) Системы смазки
3) Системы впуска воздуха
4) Выхлопные системы
5) Системы охлаждения
6) Электрические системы

Топливная система

В двигателе топливо попадает в отверстие цилиндра по следующему пути:

Топливный бак → Водоотделитель → Подающий насос → Фильтр → ТНВД → Форсунка → Цилиндр

· Топливный бак предназначен для хранения топлива.Обычно он изготавливается из листового металла. В большинстве топливных баков есть указатель уровня топлива для проверки уровня топлива и сливная пробка для слива топлива.

· Водоотделитель используется для отделения грязи и воды от топлива.

· Подающий насос используется для подачи топлива к фильтру и ТНВД.

· Топливная система должна создавать давление топлива, чтобы открыть форсунку. Давление, необходимое для впрыска топлива в камеру сгорания для компенсации давления сжатия, обычно составляет от 350 до 450 фунтов на квадратный дюйм.Эту работу в основном выполняет ТНВД.

· Форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания. Сопло форсунки распыляет топливо, которое представляет собой дробление топлива на мелкие частицы. Топливо необходимо распылить, когда оно попадает в камеру сгорания. Распыление происходит при давлении от 1500 до 4000 фунтов на квадратный дюйм.

Система смазки

Различные цели смазки включают:

1) Уменьшает износ и предотвращает заедание трущихся поверхностей

2) Уменьшает мощность, необходимую для преодоления сопротивления трения

3) Отводит тепло от поршня и др. детали

4) Разделяет поршневые кольца и цилиндры

5) Удаляет инородные материалы из двигателя

В этой системе детали двигателя смазываются под давлением.Масло хранится в масляном картере, откуда масляный насос пропускает масло через сетчатый фильтр и доставляет его через фильтр в главный канал. Из основной галереи масло поступает к коренным подшипникам. После смазки коренных подшипников часть масла возвращается в поддон, часть разбрызгивается на стенки цилиндра, а оставшееся масло проходит через отверстие к шатунной шейке. От шатунной шейки масло поступает к поршневому пальцу через отверстие в перемычке шатуна, где оно смазывает поршневые кольца.Для смазки распределительного вала и зубчатых колес масло подается через отдельный маслопровод из масляного канала. Смазка толкателей клапанов осуществляется путем соединения основного масляного канала с направляющими поверхностями толкателей через просверленные отверстия. Наш обзорный курс по механическому экзамену FE подробно объясняет фундаментальные концепции и функциональные применения деталей машиностроительного оборудования.

Маслоохладитель

Маслоохладитель используется для охлаждения смазочного масла. Более высокие температуры уменьшают вязкость масла, что вызывает образование вредной масляной пленки между движущимися частями.Для устранения этого используется маслоохладитель двигателя.

Система впуска

Воздух поступает в отверстие цилиндра по следующему пути:

Воздухоочиститель → Турбонагнетатель → Впускной коллектор → Впускной канал → Впускной клапан → Отверстие цилиндра

· Воздухоочиститель представляет собой фильтр, который предотвращает попадание пыли в отверстие цилиндра. Фильтры обычно имеют поры на поверхности, размер которых измеряется микронами. Самое низкое значение в микронах обычно обеспечивает лучшую фильтрацию.Комплект фильтров содержит наружные и предохранительные фильтры в тяжелых дизельных двигателях для лучшей фильтрации.

· Зарядное устройство для клубней — очень важная часть двигателя, которая сжимает воздух из воздушного фильтра. Турбонагнетатели имеют две крыльчатки, закрепленные на одном валу. Эти рабочие колеса приводятся в движение отработанным воздухом. Обычно воздух, всасываемый воздушным фильтром, сжимается перед попаданием в канал цилиндра, что обеспечивает высокую эффективность. Вал будет вращаться со скоростью примерно 100 000 об / мин, что продлит срок службы двигателя.

· Впускной коллектор представляет собой трубу, по которой воздух от турбонагнетателя поступает к впускному отверстию.

· Впускной клапан — это клапан, который пропускает воздух в отверстие цилиндра. Открытие и закрытие клапана контролируется распределительным валом.

Выхлопная система

Выхлопные газы проходят по следующему пути в двигателе:

Отверстие цилиндра → Выпускной клапан → Выпускной канал → Выпускной коллектор → Турбокомпрессор → Глушитель

· Для снижения шума двигателя выхлоп пропускается через глушитель.Выхлопные газы имеют более высокое давление, чем атмосферное; если бы эти газы выбрасывались прямо в атмосферу, раздался бы громкий неприятный шум, похожий на звук выстрела из ружья. Глушитель используется для охлаждения выхлопных газов.

Система охлаждения

Охлаждение двигателя преследует множество целей, в том числе:

1) Поддержание оптимальной температуры для эффективной работы в любых условиях.

2) Чтобы избежать перегрева и защитить компоненты двигателя, включая цилиндры, головку цилиндров, поршни и клапаны.

3) Для сохранения смазывающих свойств масла.

Есть два типа охлаждения:

1) Воздушное охлаждение

2) Водяное охлаждение

Каждый цилиндр в двигателе окружен водяными рубашками. Вода в рубашках поглощает тепло цилиндров. Нагретая вода, проходящая через радиатор, помогает охлаждать воду.

Существует три типа методов водяного охлаждения:

1) Прямой или непрямой метод

2) Термосифонный метод

3) Метод принудительной циркуляции

Инженерам-механикам, готовящимся к экзамену FE, настоятельно рекомендуется рассмотреть нагрев и системы охлаждения перед сдачей экзамена по механике FE.

Электрическая система

Электрическая система двигателя состоит из следующих частей:

1) Стартер
2) Генератор
3) Аккумулятор

· Стартер используется для вращения маховика. Стартер получает питание от аккумулятора. Шестерня стартера входит в зацепление с зубьями кольца маховика и вращается, а затем вращает коленчатый вал. Это вращение коленчатого вала приводит к перемещению поршней в цилиндрах.Поршень всасывает воздух и топливо в камеру сгорания, что приводит к запуску двигателя. После достижения определенных оборотов стартер снимает шестерню с маховика.

· Генератор закреплен на двигателе и имеет шкив. Ремень используется для привода вала генератора. Основная задача генератора — заряжать аккумуляторы.

· Обычно используются две батареи, каждая на 12 Вольт.

Базовая конструкция двигателей Makita

Базовая конструкция двигателей Makita

Как производитель двигателей MAN B&W, на долю которых приходится более 80% мировой доли судовых тихоходных двигателей, Makita Corporation в основном производит двигатели для океанских судов класса от 10 000 до 40 000 тонн. Это типично двухтактные дизельные двигатели с крейцкопфной головкой. Благодаря надежности нашей технологии и безупречной репутации на протяжении многих лет, двигатели, выпускаемые корпорацией Makita, занимают лидирующую позицию в мире среди двигателей с малым диаметром цилиндра.

Основное направление низкооборотных двухтактных дизельных двигателей

На океанских судах дизельные двигатели широко используются. Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором внутреннее сгорание достигается за счет того, что сжатый воздух в цилиндрах воздействует на топливо (тяжелое масло), и возникающая в результате мощность взрыва заставляет поршни вперед и назад генерировать энергию. Изменяя вращательное движение коленчатого вала с помощью упомянутой выше крейцкопфа и шатуна, возвратно-поступательное движение поршней поворачивает гребной винт, приводя в движение корабль.Чтобы повысить эффективность силовой установки корабля, необходим двигатель с высокой мощностью на меньшее количество оборотов. Чтобы добиться этого в судовых двигателях, были разработаны двигатели с более длинным ходом поршня, а для уменьшения возросшего бокового давления в цилиндрах была разработана и принята так называемая «крейцкопф», соединяющая поршень и шатун. Все двигатели, выпускаемые корпорацией Makita, также оснащены турбонагнетателем. За счет поступления большего количества кислорода создается высокая энергия сгорания, и в результате создается конструкция, в которой даже небольшой двигатель может иметь большую мощность.

В этой крейцкопфе находится конструкция, соединяющая поршень и шатун. Эти важные детали производятся самой Makita Corporation. На фотографии изображен коленчатый вал.
Выбор и настройка турбонагнетателей — важные процессы, которые напрямую влияют на работу двигателя.

В этой конструкции поршень и шатун связаны с помощью этой крейцкопфа.

Самые важные детали производятся на собственных заводах Makita.На картинке изображен коленчатый вал.

Выбор и регулировка турбонагнетателей — важные процессы, определяющие производительность двигателя.

• Значение названий двигателей

  Буквы и цифры, используемые в названии каждого двигателя, обозначают конфигурацию и возможности двигателя.

• Процесс запуска судового двигателя

  Двигатель сначала запускается при перемещении поршней.В двигателе большого корабля вес поршней также измеряется в тоннах. Автомобильный двигатель можно запустить с помощью электродвигателя, но с судовым двигателем это невозможно. Ну так что ты делаешь? Ответ — использовать сжатый воздух. При правильном согласовании подачи сжатого воздуха высокого давления в цилиндры возникающее давление может даже сдвинуть поршни в несколько тонн, используемые в этих двигателях, которые затем переключаются с инерционного вращения на работу на топливе. Движение поршней в дизельном двигателе создает высокотемпературное состояние со сжатым воздухом в цилиндрах, и когда топливо впрыскивается, он сгорает (воспламеняется), так генерируется энергия, позволяющая движение.Вот почему сначала должны прийти в движение поршни. Первоначальное движение происходит от давления сжатого воздуха.

• Процесс остановки судна

  На корабле нет тормозов. Так как же это остановить? Для подавляющего большинства судов снижение скорости связано с изменением направления вращения гребного винта. Пропеллер напрямую связан с двигателем. Поэтому для остановки двигателя необходимо реверсивное вращение. Эта особенность переключения направления вращения двигателя с помощью трансмиссии отсутствует в автомобильных двигателях.

15 важных деталей двигателя автомобиля, о которых вы должны знать [Функции

Блок цилиндров

Блок цилиндров четырехцилиндрового двигателя (Изображение 01)

Блок цилиндров двухтактного двигателя (Изображение 02)

Цилиндры многоцилиндрового двигателя отлиты как одно целое и называется блоком цилиндров. Блок цилиндров — это основная несущая конструкция двигателя.

Блок цилиндров установлен с головкой блока цилиндров вверху и картером внизу. Головка блока цилиндров и блок-картер крепятся к блоку цилиндров с помощью гаек и болтов.

Головка блока цилиндров состоит из систем подачи воздуха, впрыска топлива и свечей зажигания (в случае двигателей SI). Картер дает корпус для кривошипа и действует как поддон для смазочного масла.

На каждом стыке, например, между блоком цилиндров и головкой блока цилиндров размещается прокладка. Прокладка обеспечивает герметичное соединение и обеспечивает теплопроводность между различными частями.

Рубашки охлаждения предусмотрены на головке цилиндров, блоке цилиндров и картере в сборе.

Внутренняя поверхность блока цилиндров, которой придана цилиндрическая форма, называется отверстием или поверхностью.

Цилиндр

Как следует из названия, цилиндр имеет цилиндрическую форму. Это фактическое место, где происходит горение топлива и поршень совершает возвратно-поступательное движение. Цилиндр обрабатывается с очень высокой обработкой поверхности. Он закален, чтобы получить очень твердую поверхность, свободную от царапин.

Поршень

Поршень (Изображение 03)

Положение поршня в цилиндре (Изображение 04)

Поршень — это цилиндрический компонент, который помещается внутри цилиндра и образует подвижную границу. Поршень плавно перемещается внутри цилиндра с помощью надлежащей смазки. Поршень почти герметично контактирует со стенками цилиндра с помощью поршневых колец. Поршень — это первое звено, передающее силу газа на коленчатый вал.

Камера сгорания

Камера сгорания — это оболочка, образованная стенками цилиндра, головкой цилиндра и головкой поршня. Это место, где происходит фактическое сгорание топлива.

Впускной коллектор

Впускной коллектор (Изображение 05)

Впускной коллектор — это патрубок, по которому воздух или топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания для сгорания. Он подключен к впускным клапанам.

В дизельном двигателе впускной коллектор используется для подачи воздуха в двигатель, а в бензиновом двигателе впускной коллектор используется для подачи топливовоздушной смеси в двигатель или камеру сгорания.

Из конструкции вышеупомянутого коллектора легко понять, что это коллектор четырехцилиндрового двигателя, поскольку он имеет четыре выхода.

Выпускной коллектор

Коллектор выпускной — патрубок, отводящий отработавшие газы из камеры сгорания после сгорания. Подключается к выпускным клапанам. Его конструкция такая же, как и у впускного коллектора.

Выпускной коллектор выполняет одинаковую функцию как в бензиновых, так и в дизельных двигателях, в обоих случаях по нему проходят выхлопные газы.

Впускной и выпускной клапаны

Впускные и выпускные клапаны (Изображение 06)

Впускной и выпускной клапаны используются для контроля и регулирования наддува (или воздуха), поступающего в двигатель для горения и отходящих газов, выходящих из цилиндра соответственно.

Поставляются либо на головке цилиндров, либо на стенках цилиндров. У них обычно голова в форме гриба.

В бензиновых двигателях воздух и топливная смесь поступают через впускной клапан, а в дизельных двигателях только воздух поступает через впускной клапан.Выпускной клапан в обоих случаях предназначен для выпуска отработавших газов.

Впускные клапаны подсоединены к впускному коллектору, а выпускные клапаны подсоединены к выпускному коллектору. Как впускной, так и выпускной коллекторы описаны выше.

Свеча зажигания

Свеча зажигания (Изображение 07)

Свеча зажигания — это устройство, которое используется в двигателях с искровым зажиганием (SI). В основном двигатели, использующие бензин в качестве топлива, представляют собой двигатели с искровым зажиганием.

Свеча зажигания создает искру, которая используется для инициирования сгорания в двигателях SI.Свеча зажигания получает питание либо от батареи, либо от магнето.

Без сомнения, свеча зажигания — одна из самых важных частей автомобильного двигателя, используемая в бензиновых (или двигателях SI).

Шатун

Шатун (Изображение 08)

Шатун передает возвратно-поступательное движение от головки поршня к коленчатому валу, где оно преобразуется во вращательное движение. Шатун имеет два конца: малый конец и большой конец. Малый конец соединяется с головкой поршня с помощью поршневого пальца, а большой конец — с коленчатым валом с помощью кривошипного пальца.

Коленчатый вал

Коленчатый вал (Изображение 09)

Коленчатый вал — одна из важнейших частей автомобильного двигателя. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное с помощью шатуна. Шатун — это тот же стержень, о котором говорилось выше, и он передает мощность от поршня к коленчатому валу. Коленчатый вал имеет приспособления для балансировки статической и динамической нагрузки.

Кольца поршневые

Поршневые кольца (изображение 10)

Поршневые кольца установлены в поршне, чтобы обеспечить герметичный контакт между поршнем и стенкой цилиндра.Однако они пропускают небольшое количество смазки, чтобы обеспечить смазку для плавного функционирования поршня. Они рассчитаны на высокую температуру и тягу.

В двигателях в основном используются поршневые кольца трех типов.

Первое — температурное кольцо. Поршневое кольцо рассчитано на экстремальные температуры.

Второй — нажимное кольцо. Это поршневое кольцо предназначено для выдерживания экстремального давления из-за тяги, создаваемой двигателем.

Третье — Смазочное кольцо.Поршневое кольцо сконструировано таким образом, что небольшое количество смазки всегда проходит через него в камеру сгорания.

Палец поршневой

Штифт поршневой (Изображение 11)

Штифт поршневой — это особый вид штифта, который соединяет малый конец шатуна с поршнем. При правильном понимании см. Рисунок выше.

Распредвал

Кулачковый вал (изображение 12)

Положение кулачкового вала (изображение 13)

Распределительный вал управляет работой и синхронизацией впускных и выпускных клапанов (о которых говорилось ранее в статье) с помощью механизма, состоящего из зубчатых колес.Он также обеспечивает привод в систему зажигания.

Кулачки

Это неотъемлемая часть распредвалов. Из-за кулачков распределительный вал известен как распределительный вал. Кулачки установлены на распределительном валу для управления синхронизацией впускных и выпускных клапанов

Теперь пора перейти к нашей последней, но самой важной части автомобильного двигателя.

Маховик

Маховик (Изображение 14)

Крутящий момент, создаваемый двигателем, неодинаков и колеблется. Если транспортное средство продолжает двигаться с этой колеблющейся мощностью, это вызовет огромный дискомфорт для водителя, а также уменьшит срок службы его различных частей.

Следовательно, для решения проблемы неустойчивой нагрузки используется маховик. На распредвале обычно устанавливается маховик. Он сохраняет крутящий момент, когда его значение является высоким, и отпускает его, когда его значение является низким в рабочем цикле. Он действует как буфер крутящего момента.

Также читайте: Объяснение автомобильных шин

Источники изображения: [Дата: 10-12-2018]

Изображение 01:

Авторство: Ник Джонс — собственная работа (оригинальный текст: самодельный), общественное достояние, https: // commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12059078

Изображение 02:

URL страницы: https://pixabay.com/en/engine-two-stroke-cylinder-sleeve-3536340/

Лицензия: CC0 Creative Commons

Изображение 03:

Атрибуция: Автор оригинала загружено Arsi Warrior (передано Finavon) — Оригинал загружен в en.wikipedia, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11309852

Изображение 04:

URL изображения: https: // pixabay.com / en / мотор-поршень-машина-крупный план-2154575/

Лицензия: CC0 Creative Commons

Изображение 05:

Атрибуция: Автор оригинала, загруженного Arsi Warrior (передано Finavon) — Оригинал загружен в en.wikipedia, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11309770

Изображение 06:

Авторство: Cairnstones — собственная работа, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? curid = 14733707

Изображение 07:

URL изображения: https://pixabay.com/en/spark-plug-iridium-metal-glass-2801172/

Лицензия: CC0 Creative Commons

Изображение 08:

URL изображения: https://pixabay.com/en/technology-industry-mechanical-3536350/

Лицензия: CC0 Creative Commons

Изображение 09:

URL изображения: https: // www.flickr.com/photos/abilenemachine/8469163528

Лицензия: CC BY 2.0

Авторство: Abilene Machine

Изображение 10:

Атрибуция: AMIR MARINE — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=28937604

Изображение 11:

Авторство: Пользователь: Bejnar — Этот файл был получен из: Gudgeon-pin-connected-rod-drawing.png, CC BY-SA 3.0, https: // commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25286855

Изображение 12:

Авторство: ThyssenKrupp Presta Chemnitz GmbH — www.thyssenkrupp-presta.com, CC BY-SA 3.0 de, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=22741011

Изображение 13:

URL изображения: https://pixabay.com/en/motorcycle-engine-raytracing-render-2038870/

Лицензия: CC0 Creative Commons

Изображение 14:

URL изображения: https: // picryl.com / media / паровая машина-игрушки-маховик-955535

Лицензия: Public Domain Dedication (CC0)

Четырехтактный цикл

— обзор

13.18 Цикл Отто

Циклы внешнего сгорания газа Стерлинга и Эрикссона изначально были разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления первых паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше по размеру и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД.Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания, обеспечив процесс сжатия перед сгоранием с использованием двухпоршневой техники Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания. Но конечной целью разработки коммерческих двигателей внутреннего сгорания было объединить все основные процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выпуска в одном поршневом цилиндре. Это было окончательно достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–1891).Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рисунке 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.

Рисунок 13.48. Стандартный цикл воздуха Отто.

После нескольких лет экспериментов Отто наконец построил успешный двигатель внутреннего сгорания, который позволил всем основным процессам протекать в пределах одного поршневого цилиндра. Для завершения термодинамического цикла двигателя Отто требовалось четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим и очень надежным и эффективным.Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.

Первоначально двигатель Отто использовал осветительный газ (метан) в качестве топлива, но к 1885 году многие двигатели с циклом Отто уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидких углеводородах (бензине). Разработка гениального карбюратора с поплавковой подачей для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры.Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание первого практичного автомобиля с использованием низкоскоростного двигателя цикла Отто, работающего на жидком углеводородном топливе, в 1885 году. Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива до того, как оно испарилось. подается в двигатель.

Кто изобрел цикл «Отто»?

Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893).Однако Рошас на самом деле не строил и не тестировал запатентованный двигатель. Поскольку Отто был первым, кто фактически сконструировал и эксплуатировал двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Роша.

В 1878 году шотландский инженер Дугальд Клерк (1854–1932) разработал двухтактную версию цикла Отто, производящую один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием). В 1891 году Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания.Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед зажиганием.

Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичен, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и имел почти вдвое большую мощность, чем вес передаточное отношение двигателя Отто. Двухтактный двигатель с циклом Отто (он никогда не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и т. Д.

Тепловой КПД цикла Отто определяется как

(ηT) Otto = (W˙out) netQ˙H = Q˙H− | Q˙L | Q˙H = 1− | Q˙L | Q˙ H

, где из рисунка 13.48 | Q˙L | = m˙ (u2s − u3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s).

Тогда тепловой КПД Otto hot ASC составляет

(ηT) Ottohot ASC = 1 − u2s − u3u1 − u4s

Для Otto hot ASC , таблица C.16a или C.16b в термодинамических таблицах для сопровождения современной инженерной термодинамики используются для определения значений удельных внутренних энергий.Поскольку процессы от 1 до 2 s и от 3 до 4 s являются изоэнтропическими, мы используем столбцы v _r в этих таблицах, чтобы найти

v3v4s = vr3vr4 = v2sv1 = vr2vr1 = CR

где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия. Если температура и давление на входе ( T ₃ и p ₃ ) известны, мы можем найти u ₃ и v _{r 3} из таблицы.Затем, если мы знаем степень сжатия (CR), мы можем найти

vr4 = vr3CR и vr2 = vr1 × CR

Теперь мы можем найти u _{4 s} и T _{4 s} из таблиц. Однако, чтобы найти u ₁ , T ₁ , u _2s и T _2s , нам нужно знать больше информации о системе. Следовательно, теплота сгорания ( Q _H / м = Q˙H / m˙), максимальное давление ( p ₁ ) или максимальная температура ( T ₁ ) в цикле обычно дается полный анализ.

Для Otto холодный ASC ,

| Q˙L | = m˙ (u2s − u3) = m˙cv (T2s − T3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s) = m˙cv (T1 − T4s).

Тогда

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T2s − T3T1 − T4s = 1− (T3T4s) (T2s / T3−1T1 / T4s − 1)

Процесс 1-2 с и процесс 3 до 4 s изоэнтропичны, поэтому

T1 / T2s = T4s / T3 = (v1 / v2s) 1 − k = (v4s / v3) 1 − k = (p1 / p2s) (k − 1) / k = ( p4s / p3) (k − 1) / k

Поскольку T1 / T4s = T2s / T3,

(13.30) (ηT) Ottocold ASC = 1 − T3 / T4s = 1 − PR (1 − k) / k = 1 − CR1 − k

, где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия, а PR = p4s / p3 — степень изоэнтропического давления.

Поскольку T3 = TL, но T4s T ₁ и T ₃ ). Поскольку цикл Отто требует процесса сгорания с постоянным объемом, он может эффективно осуществляться только в пределах поршневого цилиндра или другого устройства с фиксированным объемом с помощью почти мгновенного процесса быстрого сгорания.

Пример 13.14

Изэнтропическая степень сжатия бензинового двигателя с циклом Отто новой газонокосилки составляет 8.От 00 до 1, а температура воздуха на входе составляет T ₃ = 70,0 ° F при давлении p ₃ = 14,7 фунт / кв. Определите

a.

Температура воздуха в конце такта изоэнтропического сжатия T _{4 с} .

б.

Давление в конце такта изоэнтропического сжатия перед воспламенением p _{4 s} .

г.

Тепловой КПД двигателя Otto cold ASC.

Решение

a.

Степень изоэнтропического сжатия для двигателя с циклом Отто определяется как

CR = v3v4s = (T3T4s) 11 − k

, откуда получаем

T4s = T3CR1 − k = T3 × CRk − 1 = (70,0 + 459,67 R ) (8,00) 0,40 = 1220 R

б.

Для цикла Отто изоэнтропическое давление и степени сжатия связаны соотношением PR = CR ^k , где PR = p4s / p3 и CR = v ₃ / v _{4 s} .Тогда

p4s = p3CRk = (14,7 фунтов на кв. Дюйм) (8,00) 1,40 = 270. psia

c.

Уравнение (13.30) дает тепловой КПД холодного ASC Отто как

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T3T4s = 1 − PR1 − kk = 1 − CR1 − k = 1− (8,00) 1−1,40 = 0,565 = 56,5%

Упражнения

40.

Если газонокосилка в Примере 13.14 остается на улице в холодный день, когда температура T ₃ понижается с 70,0 ° F до 30,0 ° F, определите новый температура в конце такта изоэнтропического сжатия.Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : T _{4 s} = 1130 R.

41.

Если зазор газонокосилки в Примере 13.14 уменьшается так, что степень сжатия увеличивается с 8,00 до 8,50 до 1, определите новое давление в конце такта изоэнтропического сжатия. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : p _{4 s} = 294.1 фунт / кв. Дюйм.

42.

Если максимальная температура в цикле ( T _{4 с} ) составляет 2400 R, определите тепловой КПД цикла Отто hot ASC этого двигателя. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : ( η _T ) _{Otto hot ASC} = 52,8%.

Фактическая диаграмма «давление-объем» для двигателя, работающего в газовом или паросиловом цикле, называется индикаторной диаграммой , ¹⁰ , а замкнутая площадь равна чистой реверсивной работе, производимой внутри двигателя. среднее эффективное давление (мэп) поршневого двигателя — это среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. указывает (или обратимый) рабочий выход (WI) из поршня — это чистая положительная площадь, ограниченная индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равна произведению mep и смещения поршня, V̶2 V̶1 = π4 (Диаметр отверстия) 2 (Ход), или

(13,31) (WI) out = mep (V̶2 − V̶1)

Рисунок 13.49. Соотношение среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.

указал выходную мощность (W˙I) — это чистая (реверсивная) мощность, развиваемая внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров, и составляет

(13.32) (W˙I) out = mep (n) (V̶2 − V̶1) (N / C)

, где N — частота вращения двигателя, а C — количество оборотов коленчатого вала на рабочий ход ( C = 1 для двух -тактный цикл и C = 2 для четырехтактного цикла).Фактическая выходная мощность двигателя , измеренная динамометром, называется выходной мощностью тормоза (Вт˙Б), а разница между указанной мощностью и мощностью торможения известна как мощность трения , мощность (т. Е. Мощность рассеивается на внутреннем трении двигателя) W˙F, или

(W˙I) out = (W˙B) out + W˙F

, следовательно, механический КПД двигателя η _м равен ( см. таблицу 13.2)

(13,33) ηm = W˙actualW˙reversible = (W˙B) out (W˙I) out = 1 − W −F (W˙I) out

Из уравнения.(13.31) можно записать

mep = (WI) out / (V̶2 − V̶1) = ((WI) out / ma) / v2 − v1 = [(W˙I) out / m˙a] / (v2 −v1)

, где m _a и m˙a — масса воздуха в цилиндре и массовый расход воздуха в цилиндре, соответственно. Тепловой КПД двигателя любого двигателя внутреннего или внешнего сгорания модели теперь можно записать как

(ηT) ASC = (W˙out) reversibleQ˙in = (W˙1). outQ˙fuel = (W˙1) out / m˙aQ˙fuel / m˙a

, где Q˙in = Q˙fuel — теплотворная способность топлива.Объединение этих уравнений дает

mep = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙a) v2 − v1 = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙fuel) (A / F) (v2 − v1)

где A / F = m˙a / m˙fuel — соотношение воздух-топливо в двигателе. Теперь

v2 − v1 = v1 (v2 / v1−1) = RT1 (CR − 1) / p1

, поэтому уравнение. (13.32) становится

(13.34) (W˙1) out = (ηT) ASC (Q˙ / m˙) топливо (DNp1 / C) (A / F) (RT1) (CR − 1)

, где D = n (V̶2 − V̶1) = π4 (Диаметр цилиндра) 2 × (Ход) × (Количество цилиндров) — общий рабочий объем поршня двигателя. Уравнение (13.34) позволяет нам определить выходную мощность идеального двигателя внутреннего сгорания без трения, и, когда доступны фактические данные динамометрических испытаний, уравнение.(13.33) позволяет определить механический КПД двигателя.

Пример 13,15

Шестицилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто имеет полный рабочий объем 260, ³ и степень сжатия 9,00: 1. Он работает на бензине, имеющем удельную теплотворную способность 20,0 × 10 ³ БТЕ / фунт-метр и представляет собой впрыскиваемое топливо с массовым соотношением воздух-топливо от 16,0 до 1. Во время динамометрического испытания давление и температура на впуске оказались равными 8,00 psia и 60.0 ° F, в то время как двигатель выдавал 85,0 л.с. на торможении при 4000 об / мин. Для холодного ASC Отто с k = 1,40 определите

a.

Холодный ASC тепловой КПД двигателя.

б.

Максимальное давление и температура цикла.

г.

Указанная выходная мощность двигателя.

г.

Механический КПД двигателя.

e.

Фактический тепловой КПД двигателя.

Решение

a.

Из уравнения. (13.30), используя k = 1,40 для холодного ASC,

(ηT) Ottocold ASC = 1 − CR1 − k = 1−9,00−0,40 = 0,585 = 58,5%

b.

Из рисунка 13.48 a ,

Q˙H = Q˙fuel = (m˙cv) a (T1 − T4s) = m˙fuel (A / F) (cv) a (T1 − T4s)

и

T1 = Tmax = T4s + (Q˙ / m˙) топливо (A / F) масса (cv) a

Поскольку процесс с 3 по 4 s является изоэнтропическим, уравнение. (7.38) дает

T4s = T3CRk − 1 = (60,0 + 459.67) (9,00) 0,40 = 1250 R

Тогда

Tmax = 20,0 × 103 Btu / lbm топлива (16,0 lbm air / lbm fuel) [0,172 Btu / (lbm air · R)] + 1250 R = 8520 R

Поскольку процесс 4 с до 1 является изохорическим, уравнение состояния идеального газа дает

pmax = p1 = p4s (T1 / T4s)

и, поскольку процесс 3–4 s изоэнтропен,

T4s / T3 (p4s / p3) (k − 1) / k

или

p4s = p3 (T4s / T3) k / (k − 1) = (8,00 psia) (1250 R520 R) 1,40 / 0,40 = 172 psia

, тогда

pmax = (172 фунтов на кв. дюйм) [(8520 R) / 1250 R] = 1170 фунтов на квадратный дюйм

c.

Уравнение (13.34) дает указанную мощность как

| W˙I | out = (0,585) (20,0 × 103 БТЕ / фунт) (260 дюймов3 / об) (4000 об / мин) (1170 фунт-сила / дюйм2) / 2 (16,0) [0,0685 БТЕ / (фунт · м · R)] (8520 R) (9,00-1) (12 дюймов / фут) (60 с / мин) = (132,00 ft (lbf / s) (1 л.с. 550 фут · фунт-сила / с) = 241 л.с.

d.

Уравнение (13.33) дает механический КПД двигателя как

ηm = (W˙B) out (W˙I) out = 85,0 л.с. 241 л.с. = 0,353 = 35,3%

e.

Наконец, фактический тепловой КПД двигателя может быть определен по формулам.(7.5) и (13.33) как

(ηT) Ottoactual = (W˙B) outQ˙fuel = (ηm) (W˙I) outQ˙fuel = (ηm) (ηT) Ottocold ASC = (0,353) (0,585 ) = 0,207 = 20,7%

Упражнения

43.

Если у двигателя с циклом Отто, описанного в примере 13.15, степень сжатия увеличится до 10,0: 1, какова была бы его новая тепловая эффективность Otto cold ASC? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η _T ) _{Отто холодный ASC} = 60.2%.

44.

Найдите p _max и T _max для двигателя с циклом Отто, обсуждаемого в примере 13.15, когда степень сжатия снижается с 9,00 до 8,00 до 1. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. . Ответ : p _max = 1040 psia и T _max = 8460 R.

45.

Определите мощность, указанную в примере 13.15, если рабочий объем двигателя увеличился с 260.в ³ до 300. в ³ . Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : (W˙I) _из = 280. л.с.

46.

Определите механический КПД двигателя цикла Отто в Примере 13.15, если фактическая тормозная мощность составляет 88,0 л.с. вместо 85,0 л.с. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : η _м = 36,3%.

Предыдущий пример показывает, что анализ холодного ASC Отто обычно предсказывает термический КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД.Типичные двигатели с циклом Отто IC имеют фактический рабочий тепловой КПД в диапазоне 15-25%. Большая разница между тепловым КПД холодного АСК (который содержит по крайней мере один изоэнтропический процесс) и фактическим тепловым КПД обусловлена ​​влиянием второго закона термодинамики из-за большого количества термических и механических необратимостей, присущих этому типу поршневого поршня. -цилиндровый двигатель. Для повышения фактического теплового КПД необходимо уменьшить тепловые потери при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.

Какой самый маленький двигатель внутреннего сгорания?

Модель авиадвигателя Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо производившийся в производстве. Этот удивительный маленький двигатель весит чуть меньше унции и работает со скоростью 30 000 об / мин. Топливо представляет собой 10–20% касторового масла плюс 20–30% нитрометана, смешанного с метанолом. С отверстием 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.

Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.

Сгорание в дизельных двигателях

Сгорание в дизельных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия. Во время фазы, известной как задержка воспламенения, топливо распыляется на мелкие капли, испаряется и смешивается с воздухом.По мере того как поршень продолжает приближаться к верхней мертвой точке, температура смеси достигает температуры воспламенения топлива, вызывая воспламенение некоторого количества предварительно смешанного топлива и воздуха. Остаток топлива, которое не участвовало в сгорании с предварительной смесью, расходуется на фазе сгорания с регулируемой скоростью.

Компоненты процесса горения

Сгорание в дизельных двигателях очень сложно, и до 1990-х годов его подробные механизмы не были хорошо изучены. В течение десятилетий его сложность, казалось, не поддавалась попыткам исследователей раскрыть его многочисленные секреты, несмотря на доступность современных инструментов, таких как высокоскоростная фотография, используемая в «прозрачных» двигателях, вычислительная мощность современных компьютеров и множество математических моделей, предназначенных для имитации горения в дизельном топливе. двигатели.Применение лазерного луча к обычному процессу сжигания дизельного топлива в 1990-х годах было ключом к значительному углублению понимания этого процесса.

В этой статье мы рассмотрим наиболее известную модель сгорания для обычного дизельного двигателя . Это «обычное» сгорание дизельного топлива в первую очередь регулируется смешиванием, возможно, с некоторым сгоранием с предварительным смешиванием, которое может происходить из-за смешивания топлива и воздуха перед зажиганием. Это отличается от стратегий сжигания, которые пытаются значительно увеличить долю происходящего горения предварительно приготовленной смеси, например, различные ароматы низкотемпературного горения.

Основная предпосылка сжигания дизельного топлива — это его уникальный способ высвобождения химической энергии, хранящейся в топливе. Для выполнения этого процесса кислород должен поступать в топливо особым образом, чтобы облегчить сгорание. Одним из наиболее важных аспектов этого процесса является смешивание топлива и воздуха, которое часто называют подготовкой смеси .

В дизельных двигателях топливо часто впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия, всего на несколько градусов угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки [391] .Жидкое топливо обычно впрыскивается с высокой скоростью в виде одной или нескольких струй через небольшие отверстия или сопла в наконечнике инжектора. Он распыляется на мелкие капельки и проникает в камеру сгорания. Распыленное топливо поглощает тепло из окружающего нагретого сжатого воздуха, испаряется и смешивается с окружающим высокотемпературным воздухом под высоким давлением. По мере того как поршень продолжает приближаться к верхней мертвой точке (ВМТ), температура смеси (в основном воздуха) достигает температуры воспламенения топлива. Быстрое воспламенение некоторого количества предварительно смешанного топлива и воздуха происходит после периода задержки зажигания.Это быстрое зажигание считается началом сгорания (также концом периода задержки зажигания) и отмечается резким повышением давления в цилиндре по мере сгорания топливно-воздушной смеси. Повышенное давление в результате предварительно смешанного сгорания сжимает и нагревает несгоревшую часть заряда и сокращает время задержки перед воспламенением. Это также увеличивает скорость испарения оставшегося топлива. Распыление, испарение, смешивание паров топлива с воздухом и сгорание продолжаются до тех пор, пока все впрыскиваемое топливо не сгорит.

Сжигание дизельного топлива характеризуется обедненным общим соотношением A / F. Наименьшее среднее соотношение A / F часто наблюдается в условиях максимального крутящего момента. Чтобы избежать чрезмерного дымообразования, соотношение A / F при пиковом крутящем моменте обычно поддерживается выше 25: 1, что намного выше стехиометрического (химически правильного) отношения эквивалентности около 14,4: 1. В дизельных двигателях с турбонаддувом соотношение A / F на холостом ходу может превышать 160: 1. Таким образом, избыточный воздух, присутствующий в цилиндре после сгорания топлива, продолжает смешиваться с горящими и уже сгоревшими газами на протяжении процессов сгорания и расширения.При открытии выпускного клапана происходит выброс лишнего воздуха вместе с продуктами сгорания, что объясняет окислительный характер выхлопных газов дизельных двигателей. Хотя сгорание происходит после того, как испаренное топливо смешивается с воздухом, образует локально богатую, но горючую смесь, и достигается надлежащая температура воспламенения, общее соотношение A / F бедное. Другими словами, большая часть воздуха, подаваемого в цилиндр дизельного двигателя, сжимается и нагревается, но никогда не участвует в процессе сгорания. Кислород в избыточном воздухе помогает окислять газообразные углеводороды и окись углерода, снижая их концентрацию в выхлопных газах до чрезвычайно малых.

Следующие факторы играют основную роль в процессе сгорания дизельного топлива:

• Модель нагнетательный наддувочный воздух , его температура и кинетическая энергия в нескольких измерениях.
• Распыление, проницаемость, температура и химические характеристики впрыскиваемого топлива .

Хотя эти два фактора являются наиболее важными, существуют и другие параметры, которые могут существенно повлиять на них и, следовательно, играть второстепенную, но все же важную роль в процессе горения.Например:

• Конструкция впускного канала , которая сильно влияет на движение наддувочного воздуха (особенно когда он входит в цилиндр) и, в конечном итоге, на скорость смешения в камере сгорания. Конструкция впускного канала также может влиять на температуру наддувочного воздуха. Это может быть достигнуто за счет передачи тепла от водяной рубашки нагнетаемому воздуху через площадь поверхности впускного отверстия.
• Размер впускного клапана , который регулирует общую массу воздуха, вводимого в цилиндр за конечный промежуток времени.
• Степень сжатия , которая влияет на испарение топлива и, следовательно, на скорость смешивания и качество сгорания.
• Давление впрыска , которое контролирует продолжительность впрыска для данного размера отверстия сопла.
• Геометрия отверстия сопла (длина / диаметр), которая контролирует проникновение струи, а также распыление.
• Геометрия распылителя , которая напрямую влияет на качество сгорания за счет использования воздуха. Например, при большем угле распылительного конуса топливо может попадать на верхнюю часть поршня и за пределы камеры сгорания в дизельных двигателях с прямой камерой сгорания с открытой камерой.Это условие может привести к чрезмерному дыму (неполному сгоранию) из-за лишения топлива доступа к воздуху, имеющемуся в чаше сгорания (камере). Широкий угол конуса также может привести к разбрызгиванию топлива на стенки цилиндра, а не внутри камеры сгорания, где это необходимо. Топливо, разбрызгиваемое на стенку цилиндра, со временем соскребет вниз в масляный поддон, где сократит срок службы смазочного масла. Поскольку угол распыления является одной из переменных, влияющих на скорость смешивания воздуха с топливным жиклером рядом с выходным отверстием форсунки, он может оказывать значительное влияние на общий процесс сгорания.
• Конфигурация клапана , который контролирует положение форсунки. Двухклапанные системы обеспечивают наклонное положение форсунки, что подразумевает неравномерное распыление, что приводит к нарушению смешивания топлива и воздуха. С другой стороны, конструкции с четырьмя клапанами допускают вертикальную установку форсунок, симметричное расположение распылителей топлива и равный доступ к доступному воздуху для каждого из распылителей топлива.
• Положение верхнего поршневого кольца , которое регулирует мертвое пространство между верхней контактной площадкой поршня (область между верхней канавкой поршневого кольца и верхней частью днища поршня) и гильзой цилиндра.Это мертвое пространство / объем улавливает воздух, который сжимается во время такта сжатия и расширяется, даже не участвуя в процессе сгорания.

Поэтому важно понимать, что система сгорания дизельного двигателя не ограничивается камерой сгорания, распылителями форсунок и их непосредственным окружением. Скорее, он включает в себя любую часть, компонент или систему, которые могут повлиять на окончательный результат процесса сгорания.

###

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К.Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Компоненты, расположенные после впускного коллектора в четырехтактных дизельных двигателях, выполняют важные функции по управлению подачей воздуха в цилиндр. Тарельчатые клапаны регулируют синхронизацию потока в цилиндр и из него. Конструкция впускного канала влияет на пропускную способность двигателя, а также на объемное движение воздуха, поступающего в цилиндр.

Клапаны

По мере того, как воздушный поток проходит через различные компоненты и ступени впускной системы, различные свойства и характеристики всасываемого заряда были изменены для достижения общих целей системы управления всасываемым зарядом. Фильтр всасываемого воздуха обеспечивает надлежащую чистоту воздуха, состав наддувочного воздуха и содержание кислорода контролируются путем подачи системы рециркуляции отработавших газов во всасываемый воздух, а компрессор и охладитель наддувочного воздуха обеспечивают достижение целевых значений давления и температуры во впускном коллекторе и плотность всасываемого заряда в проектных пределах.Несколько заключительных аспектов управления воздухом достигаются после того, как всасываемый заряд выходит из впускного коллектора и попадает в цилиндр. Клапаны или порты контролируют время подачи воздуха в цилиндр. Кроме того, канал между впускным коллектором и цилиндром может оказывать значительное влияние на поток, когда он входит в цилиндр, и может использоваться для передачи подходящего объемного движения и кинетической энергии заряду для поддержки смешивания воздуха, топлива и промежуточного сгорания. продукты в цилиндре.

В четырехтактных двигателях всасываемый газ поступает в цилиндр через порт, расположенный в головке цилиндра, и мимо клапана, используемого для открытия и закрытия порта.В двухтактных двигателях, обсуждаемых в другом месте, обычно используются отверстия в гильзе цилиндра, которые попеременно закрываются и не закрываются поршнем.

Рисунок 1 . Номенклатура цельного тарельчатого клапана

Поток газа в цилиндр и из цилиндра в 4-тактных двигателях контролируется почти исключительно тарельчатыми клапанами (рис. 1). Хотя использовались или предлагались другие конструкции клапана, кажется, что ни одна из них не может сравниться по надежности и герметизирующей способности с тарельчатым клапаном.Наиболее распространенной конструкцией тарельчатого клапана в автомобильной промышленности является цельный клапан, в котором весь клапан изготовлен из одного и того же материала. Однако доступны и другие варианты, в том числе:

• Конструкция приварного наконечника имеет отдельный наконечник, приваренный к штоку над канавкой. Наконечник может быть изготовлен из материала, который намного более износостойкий, чем остальная часть клапана.
• Конструкция, состоящая из двух частей, имеет отдельный шток, приваренный над галтелем, рис. 2 слева.
• Конструкция с внутренним охлаждением имеет полый шток, содержащий охлаждающую жидкость, такую ​​как металлический натрий или натрий-калиевая смесь, и обычно используется в сверхмощных и высокопроизводительных выпускных клапанах, рис. 2 в центре.Пики температуры клапана снижаются из-за «вибрирующего эффекта» расплавленного металла, и эти конструкции могут особенно хорошо выдерживать термические нагрузки. Температуру в полой шейке можно снизить примерно на 80–130 К, что снижает общий износ клапана и вкладыша седла клапана.
• Некоторые конструкции также имеют полую полость в головке клапана, содержащую металлический натрий, рис. 2, справа. Это продолжение классического полого клапана с натриевым наполнением с дополнительной полостью в головке клапана.Это может привести к дополнительным скачкам температуры в головке клапана и еще больше увеличить срок службы клапана.
• Сварная конструкция поверхности седла имеет седло клапана, сваренное с твердым покрытием, чтобы лучше выдерживать условия, которые в противном случае привели бы к экстремальному износу седла клапана и / или коррозии.

Рисунок 2 . Примеры конструкций тарельчатого клапана

Слева: Двухкомпонентный клапан со сплошным штоком. Центр: Клапан с полым штоком.
Справа: Клапан с полым штоком с дополнительной полостью на головке клапана.

(Источник: Mahle)

В дополнение к различным стилям конструкции клапаны могут иметь различные усовершенствования конструкции для повышения их долговечности. Деформационное упрочнение поверхности седла может использоваться для умеренного увеличения износостойкости седла в случаях, когда сварная конструкция поверхности седла не требуется. Обработка поверхности стержня может использоваться для уменьшения трения и / или износа, особенно если в противном случае может возникнуть адгезионный износ. Алюминирование поверхности седла клапана, а иногда и поверхности сгорания для улучшения коррозионной стойкости в среде оксида свинца, когда-то было популярным для двигателей, работающих на этилированном бензине.Крышки наконечников, установленные на конце штока клапана, могут использоваться для повышения износостойкости наконечников, когда сварка разнородных металлов является проблемой.

###

Как работает судовой двигатель?

Судовые двигатели обеспечивают движение судна из одного порта в другой. Независимо от того, идет ли речь о небольшом корабле, курсирующем в прибрежных районах, или о большом корабле, путешествующем по международным водам, на борту корабля для двигательной цели установлен четырехтактный или двухтактный морской двигатель.

Судовые двигатели — это тепловые двигатели, используемые для преобразования тепла, выделяемого при сжигании топлива, в полезную работу, т. Е. Вырабатывают тепловую энергию и превращают ее в механическую энергию. Двигатели, используемые на борту судов, представляют собой двигатели внутреннего сгорания (тип), в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя, а тепло выделяется после процесса сгорания.

Принцип работы судового двигателя

Как упоминалось ранее, двигатели внутреннего сгорания (внутреннего сгорания) в основном используются для морских силовых установок и выработки электроэнергии.Работу судового двигателя можно объяснить следующей процедурой:

— Топливо впрыскивается в контролируемом количестве под высоким давлением

— Смесь топлива и воздуха сжимается внутри цилиндра двигателя с помощью поршня, что приводит к взрыву смеси при повышении давления за счет сжатия. В результате выделяется тепло, которое увеличивает давление горящего газа

2-тактные и 4-тактные двигатели

— Внезапное увеличение давления толкает поршень вниз и передает поперечное движение во вращательное движение коленчатого вала с помощью шатуна.Взрыв повторяется непрерывно для поддержания выходной мощности в зависимости от типа морского двигателя и его использования.

Чтение по теме: 14 терминов, используемых для определения мощности судового двигательного двигателя

Коленчатый вал через маховик соединен либо с генератором, либо с гребным винтом для выполнения механической работы. Чтобы коленчатый вал постоянно вращался, взрыв необходимо повторять непрерывно.

Перед следующим взрывом отработанные газы вытягиваются из цилиндра через выпускной клапан и подается свежий воздух, который помогает вытолкнуть отработанный газ, а также обеспечивает свежий воздух для следующего процесса сгорания.

Прочтите по теме: Компоненты и конструкция системы выпуска отработавших газов

Типы судовых дизельных двигателей:

Два основных типа судовых дизельных двигателей: —

• Двигатель 4-х тактный
• Двухтактный двигатель

Четырехтактный двигатель может быть установлен на судне для выработки электроэнергии, а также для приведения в движение корабля (обычно на небольших судах). Этому двигателю требуется 4 цикла для завершения передачи мощности от камеры сгорания к коленчатому валу.

Связанное чтение: Почему 2-тактные двигатели чаще используются для движения на кораблях, чем 4-тактные?

События, происходящие в I.C. двигатель следующие:

1. Ход всасывания для забора свежего воздуха внутрь камеры — это движение поршня вниз
2. Такт сжатия для сжатия топливовоздушной смеси — движение поршня вверх
3. Рабочий ход — при котором происходит взрыв, и поршень толкается вниз
4. Такт выпуска — движение поршня вверх для отвода отработанных газов

Четыре события завершаются четырьмя тактами поршня (два оборота коленчатого вала).Впускной и выпускной клапаны установлены в верхней части головки цилиндров для всасывания свежего воздуха и удаления отработанных выхлопных газов.

И клапаны, и топливный насос (подающий топливо в форсунку) приводятся в действие с помощью распределительного вала, который приводится в движение коленчатым валом с помощью зубчатой ​​передачи. В четырехтактном двигателе распредвал вращается на половине скорости коленчатого вала. Картер открыт для гильзы поршня, которая способствует смазке гильзы.

2-тактные двигатели используются для движения судов и имеют больший размер по сравнению с 4-тактными двигателями.В этом двигателе полная последовательность выполняется за два цикла, т. Е.

.

1. Такт всасывания и сжатия — это движение поршня вверх для втягивания внутрь свежего воздуха и сжатия топливовоздушной смеси
2. Мощность и выхлоп — движение поршня вниз из-за взрыва внутри камеры с последующим удалением выхлопных газов через выпускной клапан, установленный в верхней части цилиндра. Используется сальник, который отделяет картер и герметизирует его от камеры сгорания.

Ниже показано базовое видео работы двигателя судна:

В этом видео показано, как работает двухтактный судовой двигатель на судне —

Как и где производится судовой двигатель?

Если вы видели двигатели на кораблях, в том числе небольшие четырехтактные двигатели-генераторы, а также массивные двухтактные двигатели, одна мысль, которая должна была прийти вам в голову, — как и где были сделаны эти двигатели?

Наиболее известные производители двигателей, двигатели которых используются на судах:

1. MAN Diesel & Turbo (ранее двигатели B&W) — известные судовые двигатели с высокой, средней и низкой частотой вращения
2. Wartsila (ранее Sulzer Engines) — известна производством судовых двигателей с высокой, средней и малой скоростью.
3. Mitsubishi — производство двигателей для легких, средних и тяжелых условий эксплуатации
4. Rolls Royce — известный своими двигателями для круизных лайнеров и кораблей
5. Caterpillar производит — для среднеоборотных и высокоскоростных судовых дизельных двигателей

Прочтите по теме: Самые популярные судовые двигатели в судоходной отрасли

Wartsila по-прежнему является держателем рекорда Гиннеса по самому большому судному двигателю из когда-либо построенных.

Двухтактный двигатель Wärtsilä RT-flex96C с турбонагнетателем удерживает этот рекорд. Изготовлен для крупных контейнеровозов, его габариты следующие:

Длина — 27 метров (88 футов 7 дюймов),

Высота — 13,5 метра (44 фута 4 дюйма)

вес> 2300 тонн.

Выходная мощность ~ 84,42 МВт (114800 л.с.).

Размер судового двигателя варьируется от корабля к кораблю, типа хода и выходной мощности. Судовой двигатель может достигать высоты пятиэтажного здания, и для его размещения необходимо соответствующим образом спроектировать судовое машинное отделение.

Где производятся судовые двигатели?

Эти судовые двигатели построены на мощностях производителей. Например, MAN Diesel имеет производственные предприятия в Аугсбурге, Копенгагене, Фредериксхавне, Сен-Назере, Шанхае и т. Д.

Аналогичным образом, Wartsila имеет производственные мощности в Финляндии, Германии, Китае и т. Д.

Судовой двигатель также может быть изготовлен на известной верфи при наличии контракта между двумя компаниями.

Двигатель обычно состоит из трех различных секций (поясняется ниже) и в зависимости от размера машинного отделения и доступа для установки он может быть установлен на верфи либо по частям, либо как целая сборка.

Связанное чтение: Насколько массивные главные двигатели устанавливаются в машинном отделении корабля?

Материал, используемый для изготовления судового двигателя

Материал, из которого изготовлен судовой двигатель и различные детали судового двигателя:

Опорная плита: Опорная плита — это самая нижняя часть двигателя, которая является его основанием и вмещает подшипники коленчатого вала и А-образную раму. Для маленького двигателя используется одинарная отливка из чугуна, а для больших двухтактных двигателей используются сборные литые стальные поперечные секции с продольными балками.

Чтение по теме: Важные вещи, которые нужно проверить Опорная плита судового двигателя

Рама: А-образная рама, как следует из названия, имеет форму буквы «А» и установлена ​​над фундаментной плитой двигателя. Он построен отдельно, чтобы нести направляющую крейцкопфа, а сверху он поддерживает основание антаблемента. Нижняя поверхность А-образной рамы обработана для создания сопрягаемой поверхности для установки поверх опорной плиты.

Антаблемент: Антаблемент, также известный как блок цилиндров, изготовлен из чугуна и используется для размещения охлаждающей воды и продувочного воздушного пространства.В зависимости от размера двигателя отливка может быть индивидуальной или многоцилиндровой (скрепленной болтами). Нижняя часть блока цилиндров обработана так, чтобы образовать сопрягаемую поверхность, и крепится к А-образной раме с помощью установленных болтов.

Другие части судового двигателя, которые устанавливаются внутри двигателя:

Детали двигателя Wartsila RTFlex Electronic

Поршень, гильза, цилиндр, шатун, коленчатый вал, распределительный вал, топливный насос, выпускной клапан и т. Д., И эти важные детали можно подробно изучить в нашей электронной книге —

Техническое обслуживание судовых двигателей

Базовое техническое обслуживание судового двигателя состоит из планового технического обслуживания, которое включает в себя капитальный ремонт важных подвижных и неподвижных частей камеры сгорания.

Ниже приведены некоторые из наиболее часто выполняемых работ по техническому обслуживанию судового двигателя:

1. Ремонт и измерение поршня, колец и штока
2. Ремонт и измерение гильзы цилиндра
3. Ремонт и обмер выпускного клапана
4. Ремонт и обмер сальника
5. Ремонт и измерение подшипников шатунов и крейцкопфов
6. Ремонт и измерение коренных подшипников

Прочтите по теме: Типы коренных подшипников судовых двигателей и их свойства

7.Измерение прогиба коленчатого вала

8. Контроль и измерение фаз газораспределения топливного насоса

9. Проверки и ремонт пусковой воздушной системы

Время между капитальным ремонтом различных частей двигателя указано производителем в руководстве по эксплуатации двигателя. Техническое обслуживание необходимо проводить в соответствии со временем, указанным между двумя периодами капитального ремонта, независимо от проблем, обнаруженных двигателем.

Помимо своевременного ремонта, параметры двигателя и мощность необходимо проверять с помощью цифрового индикатора мощности.Осмотр продувочного пространства также проводится для проверки состояния поршневого кольца, которое, в свою очередь, определяет эффективность системы смазки гильзы цилиндра.

Судовые двигатели, используемые на судах, являются одними из самых сложных инженерных сооружений. Поэтому морские инженеры проходят специальную подготовку по эксплуатации, техническому обслуживанию и устранению неисправностей судовых двигателей на борту судов.

Вы также можете прочитать:

На что следует обратить внимание при капитальном ремонте топливного клапана

Заявление об ограничении ответственности: Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight.Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Ищете практичные, но доступные морские ресурсы? Ознакомьтесь с цифровыми руководствами Marine Insight: Электронные книги для палубного отдела — Ресурсы по различным темам, связанным с палубным оборудованием и операциями. Электронные книги для машинного отделения — Ресурсы по различным темам, связанным с механизмами и операциями машинного отделения. Экономьте по-крупному с помощью комбо-пакетов — Наборы цифровых ресурсов, которые помогут вам сэкономить по-крупному и включают дополнительные бесплатные бонусы. Электронные книги по судовым электрическим системам — Цифровые ресурсы по проектированию, обслуживанию и поиску и устранению неисправностей морских электрических систем

Теги: Судовые двигатели Судовой двигатель

.