0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Патент 2140543

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания на основе машин объемного расширения. Изобретение позволяет реализовать высокооборотный многосекционный соосный роторный ДВС высокой надежности и КПД. Роторная компрессионная машина содержит корпус-статор с соответствующими окнами всасывания, перепуска и выхлопа, со сферической рабочей полостью и ротор. На сферическом утолщении ротора расположен распределительный диск, снабженный качающимися лопатками, входящими в прорези чашек вкладышей. Все компоненты горизонтальной части ротора — вал, конические, сферические элементы, жестко с ними соединенные лопатки объединены в одну деталь. Наклонные части ротора, установленные на корпусе, сопряженные со сферическими элементами горизонтальной части ротора и создающие компрессию, перекатываются своими боковыми поверхностями по коническим элементам, разграничивая компрессионные зоны смежных полей, и, будучи размещены V-образно, позволяют соединить коротким перепускным каналом в корпусе смежные секции машины в блоки четырехтактного ДВС. Корневые части лопаток по линии контакта диск-конус приводят во вращение разделительные диски, а для перемещения лопаток сквозь диск устроены сопряженные с лопатками радиальные осеобразные качающиеся вкладыши, снабженные уплотнениями. 3 ил.

Использование: изобретение относится к роторным машинам объемного расширения, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Сущность изобретения: в сферических рабочих полостях единого корпуса наклонно и симметрично, V-образно, располагаются опирающиеся на корпус вращающиеся компрессионные разделительные диски с радиально расположенными осеобразными вкладышами, позволяющими лопаткам, жестко закрепленным на горизонтальной части ротора, состоящего из кинетических и сферических элементов, сопряжаемых с диском, пронизывать диск при вращении сложного ротора. Наклонные разделительные диски своими боковыми поверхностями перекатываются по коническим поверхностям, размагничивая зоны компрессии каждой пары смежных компрессионных полостей, а так как линии соприкосновения оппозитны, канал в корпусе между симметричными частями блока машины минимален. По этим же линиям соприкосновения корневые части лопаток приводят во вращение разделительные диски. Центробежные силы масс лопаток воспринимаются заделкой в сферических и конических элементах ротора, и поэтому трение лопаток по зеркалу рабочих полостей корпуса минимально, что совместно с малой массой возвратно-поступательно движущихся (качающихся) вкладышей приводит к повышению надежности и КПД машины.

Известны роторные компрессионные машины, содержащие корпус-статор со сферической рабочей полостью и ротор, состоящий из оси со сферическим утолщением и сопряженными с ним и со сферической рабочей полостью конических элементов с прорезями для радиально расположенных и входящих в прорези лопаток, укрепленных на радиальных осях разделительного (компрессионного) диска. Диск укреплен либо на корпусе [1], либо на сферическом утолщении оси ротора [2] (прототип).

В предлагаемой машине эти недостатки устранены тем, что лопатки жестко укреплены на горизонтальной части ротора, а сквозь наклонные части ротора перемещаются (при вращении сложного ротора) в осеобразных радиальных вкладышах, снабженных уплотнением и способных к повороту на угол, равный двойному углу наклона компрессионного диска. V-образность расположения разделительных дисков позволяет образовать ряд симметричных оппозитных взаимозависимых секций, каждая пара которых, соединенная коротким перепускным каналом в корпусе, является блоком соосного двигателя внутреннего сгорания в едином корпусе и на едином горизонтальном роторе.

На иллюстрациях представлен один блок такого двигателя, состоящий из двух секций компрессионных роторных машин предлагаемого типа.

На фиг.1 представлен продольный разрез по А-А предлагаемого двигателя (с целью ясности чертежа условно показано вдвое меньшее количество лопаток, чем в сеч. В-В, в правой части изображения разрез сделан только по корпусу).

На фиг.2 представлено поперечное сечение двигателя В-В.

На фиг.3 представлено пересечение компрессионного диска лопаткой с помощью осеобразных вкладышей.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом.

При вращении вала 4 с укрепленными на нем сферическими 3, коническими 2 и жестко соединенными с ними лопатками 5, наклонные диски 6, перекатываясь по конической поверхности элемента 2, разграничивают зоны компрессии каждой пары компрессионных полостей и приводятся во вращение корневыми частями лопаток по линии контакта конус-диск. При вращении сложного ротора лопатки 5 перемещаются сквозь осеобразные вкладыши 7 дисков 6, образуя таким образом периодически изменяемые по объему подвижные камеры, ограниченные сферическими полостями корпуса, сферическими элементами, лопатками и наклонными дисками, создающими компрессию. Наличие окон всасывания 8 и выхлопа 9, а также коротких перепускных окон (каналов) 10 на корпусе, соединяющих зоны компрессии смежных секций, образуют блоки соосного четырехкратного двигателя внутреннего сгорания. В правой части (по фиг.1) машины происходит всасывание топлива в камеру через окно 8 (такт всасывания), затем, после прохождения камерой окна 8, происходит сжатие топлива в замкнутом объеме (такт сжатия) по достижении окна (перепускного канала) 10, по которому происходит, до контакта компрессионного диска с конической поверхностью элемента 2, принудительный перепуск сжатого топлива в минимальный объем левой (по фиг. 1) части блока с одновременным зажиганием топлива. После прохождения камерой окна 10 происходит работа расширения сжигаемого топлива в замкнутом объеме камеры и, благодаря разнице площадей смежных лопаток, возникает крутящий момент на валу 4 (рабочий ход) с последующим принудительным выбросом продуктов сгорания по достижении камерой окна выхлопа 9 (такт выхлопа).

Эти циклические процессы последовательно протекают во всех камерах как левой, так и правой частей блоков машины, вместе обеспечивая четыре такта двигателя внутреннего сгорания для каждой пары симметричных камер каждого блока за один оборот оси двигателя.

Источники информации 1. Патент РФ N 2062327 от 20 июня 1996 г.

2. Патент РФ N 2102613 от 20 января 1998 г. (прототип).

Роторная компрессионная машина (например двигатель внутреннего сгорания), содержащая корпус-статор с соответствующими окнами всасывания, перепуска и выхлопа, со сферической рабочей полостью и ротор, на сферическом утолщении которого расположен разделительный диск, снабженный качающимися лопатками, входящими в прорези чашек вкладышей, конические поверхности которых находятся в контакте с боковыми поверхностями диска с соответствующими корневыми частями лопаток, отличающаяся тем, что лопатки, сферические и конические элементы горизонтальной части ротора жестко соединены, а наклонные компрессионные диски ротора, установленные на корпусе, имеют сопряженные с лопатками, осеобразные вкладыши с уплотнениями для перемещения лопаток сквозь диск, причем диски ротора располагаются V-образно, находясь в контакте с коническими элементами и будучи сопряжены со сферическими элементами горизонтальной части ротора.

Устройство современного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

При рассмотрении рабочего цикла двигателя условно принято, что каждый такт начинается и заканчивается при нахождении поршня в ВМТ или НМТ.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается с ВМТ в НМТ. Освобождающаяся над поршневая полость цилиндра заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан из-за возникающего разрежения. Горючая смесь, поступая в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла, образует рабочую смесь. В конце такта давление в цилиндре составляет 0,07—0,95 МПа, температура — 350—390 К, коэффициент наполнения цилиндра — 0,6—0,7.

Работа четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя

а — впуск в цилиндр горючей смеси; б — сжатие горючей смеси; в — расширение газов; г- выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — распределительный вал; 3-поршень; 4 — цилиндр; 5— впускной трубопровод; 6 — карбюратор; 7— впускной клапан; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — выпускной трубопровод; 11-шатун; 12 — поршневой палец; 13 — поршневые кольца

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршневой полости уменьшается. Рабочая смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры. Степень сжатия регламентируется детонационной стойкостью топлива. В конце такта давление составляет 1,2—1,7 МПа, а температура — 600—700 К.

Третий такт — расширение.

В начале такта при сгорании рабочей смеси, которая ооспл а меняется от искровою разряда свечи зажигания, выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура и давление. Вследствие давления газон поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление газов составляет 4—6 МПа, температура — 2500—2800 К. В конце расширения давление н цилиндре составляет 0,3—0.5 МПа, температура — 1100-1800 К.


Четвертый такт выпуск.

Поршень перемешается oт НМТ к ВМТ Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в окружаюшую среду, В конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105—0,12 МПа, а температура — 85O-120O К.

Степень очистки цилиндра от отработавших газов характеризуется коэффициентом остаточных газов (отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда). Для современных ДВС коэффициент остаточных газов составляет 0,08—0,2, он возрастает при увеличении частоты вращения коленчатого вала.

Рабочий цикл двигателя заканчивается четвертым тактом — выпуском. При дальнейшем движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. Коленчатый вал в течение четырех тактов поворачивается на 720°, т. с. совершает два оборота.
В двигателях, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения (рабочего хода), когда поршень перемещается пол действием расширяющихся газов, поворачивая коленчатый вал на 180е Остальные три такта являются подготовительными и выполняются при поворачивании коленчатого вата на 540° за счет инерции маховика И работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателях).

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

По сравнению с паромашинной установкой двигатель внутреннего сгорания характеризуется следующими признаками:

принципиально проще (нет парокотельного агрегата),

требует газообразное и жидкое топливо лучшего качества.

Типы двигателей внутреннего сгорания

По роду применяемого топлива:

легкие жидкие (бензин, газ),

тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

По способу образования горючей смеси:

внутреннее (в цилиндре ДВС).

По способу воспламенения:

с принудительным зажиганием,

с воспламенением от сжатия,

По расположению цилиндров:

оппозитные с одним и с двумя коленвалами,

V-образные с верхним и нижним расположением коленвала,

VR-образные и W-образные,

однорядные и двухрядные звездообразные,

двухрядные с параллельными коленвалами,

трехлучевые и др.

Поршневой двигатель — это двигатель, у которого камера сгорания находится в цилиндре, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, а механическая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Бензиновый двигатель — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой.

Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки.

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания.

В разогретый от сжатия воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива.

В процессе впрыскивания топлива происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топлива возникают очаги сгорания.

Т.к. дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50% в случае с крупными судовыми двигателями.

Газовый двигатель — двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях

Роторно-поршневой двигатель — двигатель, конструкция которого предложена изобретателем Ванкелем в начале ХХ века.

Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя.

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения.

За 1 оборот двигатель выполняет 3 полных рабочих цикла, что эквивалентно работе 6-цилиндрового поршневого двигателя.

Porsche ставит перед собой целью хет-трик

Штуттгарт. Мировая премьера в Королевском парке: в эту пятницу на гоночной трассе Монца (Италия) Porsche представил широкой публике новый 919 Hybrid. Ле-мановский прототип с общей мощностью системы привода около 900 л.с. (662 кВт) был основательно переработан. С ним Porsche нацеливается на хет-трик: Porsche намеревается в третий раз подряд после 2015 и 2016 годов выиграть 24-часовую гонку в Ле-Мане (17/18 июня) и чемпионские титулы в зачете производителей и в зачете пилотов чемпионата мира по гонкам на выносливость FIA World Endurance Championship (WEC).

Фриц Энцингер, руководитель LMP1, смотрит на предстоящий сезон с волнением: «Каждая отдельная марафонская гонка из девяти предстоящих является серьезным испытанием. Базовое требование здесь – стойкость. Ведь шесть часов в условиях плотного потока автомобилей разных категорий с их разницей в скоростях делают каждый заезд абсолютно непредсказуемым, и в конце победу зачастую решают секунды. При этом Ле-Ман с вчетверо большей, чем обычная гонка, дистанцией является абсолютной вершиной. Эта 24-часовая гонка – действительно испытание на грани возможностей для человека и машины. Toyota в сезоне 2017 будет очень сильным соперником в топ-категории LMP1. Но мы с нашим детально усовершенствованным Porsche 919 Hybrid и с нашей великолепной шестеркой пилотов поборемся с ним».

Техника ле-мановского прототипа

Версия Porsche 919 Hybrid 2017 года получила ряд обновлений прежде всего в области аэродинамики, ходовой части и двигателя внутреннего сгорания. Руководитель команды Андреас Зайдль, который по-прежнему исполняет обязанности технического директора, поясняет: «В целом от 60 до 70 процентов автомобиля сезона 2017 – это новые разработки. Базовая концепция 919 Hybrid по-прежнему предлагает возможности для детальной оптимизации и дальнейшего повышения эффективности. Монокок по сравнению с 2016 годом остался идентичным, все прочие компоненты были проверены на потенциальную возможность оптимизации и в большинстве своем изменены». Монокок, точно так же как в Формуле-1, сделан из карбона в виде сэндвич-конструкции.

Аэродинамика

Технический регламент чемпионата мира по гонкам на выносливость FIA WEC в сезоне 2017 дополнительно ограничивает размеры некоторых кузовных компонентов, важных с точки зрения аэродинамики. Новые ограничения призваны уменьшить прижимную силу прототипов класса 1 и, следовательно, понизить скорости в поворотах. Это сделано с целью большей безопасности. Основываясь на новых правилах и собственном накопленном опыте по совершенствованию конструкции, инженеры Porsche разработали два абсолютно новых аэродинамических пакета для 919 Hybrid. За этим стояло желание по возможности компенсировать увеличенное время прохождения круга, обусловленное новыми предписаниями регламента.

Если в 2016 году Porsche использовал три аэродинамических пакета на сезон, то теперь и в этом регламент устанавливает ограничения. Андреас Зайдль: «Ограничение до двух пакетов на сезон – это разумная мера в смысле контроля расходов».

Один из новых аэродинамических пакетов разработан главным образом для высокоскоростной трассы Ле-Мана. Для обеспечения высоких максимальных скоростей на экстремально длинных прямых этот пакет ориентирован на максимально низкое сопротивление воздуха. Во втором аэродинамическом пакете более высоким сопротивлением воздуха пренебрегли, зато выиграли в прижимной силе для более извилистых гоночных трасс. Детальные адаптации под индивидуальные особенности трассы по-прежнему разрешены. В целом в 2017 году допускается больше компромиссов, чем с тремя аэродинамическими пакетами в прошлом году.

Особое внимание инженеры уделили тому, чтобы сделать переднюю часть кузова аэродинамически менее чувствительной. «В 2016», – продолжает Зайдль, – «передняя часть кузова слишком легко набрала с трассы резиновую пыль. Она набилась и нарушила баланс автомобиля. Этот феномен был проанализирован. В последующем мы смогли оптимизировать соответствующие кузовные детали».

При сравнении прошлогоднего и нынешнего исполнения 919-го в виде спереди в глаза бросаются более высокие, более широкие и более длинные колесные арки. При взгляде сбоку можно видеть как адаптированные задние воздухозаборники для радиаторов, так и новое отверстие от монокока к колесной арке.

«Из-за обусловленных регламентом аэродинамических потерь мы ожидаем в Ле-Мане увеличение времени прохождения круга на три — четыре секунды», – подсчитывает Зайдль. «Насколько нам удастся компенсировать это за счет различных мероприятий по усовершенствованию, пока предсказать невозможно».

В комплекс мероприятий по усовершенствованию входит и повторное повышение эффективности и мощности системы привода. Оптимизации были подвергнуты редукторы на передней и задней осях, двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель и системы рекуперации энергии. Конструктивный принцип системы привода остается неизменным: заднюю ось 919-го приводит в движение суперкомпактный двухлитровый бензиновый двигатель V4. Он соединяет в себе технологию даунсайзинга (уменьшения рабочего объема) и турбонаддува с эффективной системой непосредственного впрыска топлива, развивает почти 500 л.с. (368 кВт) и является самым экономичным двигателем внутреннего сгорания, когда-либо построенным Porsche. Кроме этого две разные системы рекуперации – энергии торможения от передней оси и энергии, полученной от отработавших газов – через литий-ионную батарею питают электродвигатель, который по команде водителя выдает на переднюю ось автомобиля дополнительно свыше 400 л.с. (294 кВт). Разработанный в Вайссахе 919 Hybrid – единственный прототип, который рекуперирует энергию не только при торможении, но и при ускорении. Он достигает общей мощности системы привода свыше 900 л.с. (662 кВт) и использует преимущества огромной тяги, когда при разгоне на выходе из поворота дополнительно подключаются еще 400 л.с. на передней оси и превращают 919-й в полноприводный автомобиль.

Примерно 60 процентов рекуперированной энергии дает система рекуперации кинетической энергии (Kynetic Energy Recovery System, KERS) от тормозов передней оси. 40 процентов дает система рекуперация энергии отработавших газов (AER). Из всей полученной от передней оси тормозной энергии в среднем 80 процентов вновь преобразовываются непосредственно в энергию движения. Если бы двигателю внутреннего сгорания нужно было самому вырабатывать эту электрическую энергию, его мощность должна была бы быть на 100 л.с. (74 кВт) больше, в результате чего 919-й расходовал бы на целых 20 процентов больше топлива. В Ле-Мане это составило бы примерно один литр на круг. Еще одно преимущество высокоэффективной рекуперации в том, что 919-й может за счет нее обходиться меньшими по размеру и более легкими тормозами. Это не только экономит массу, но и снижает аэродинамическое сопротивление, поскольку маленькие тормозные механизмы требуют меньшего количества воздуха для охлаждения.

Для рекуперации энергии отработавших газов в выпускном тракте встроена небольшая турбина. Она вращается с частотой свыше 120 000 оборотов в минуту и приводит в действие генератор. Выработанный таким образом электрический ток – точно так же, как и электрический ток, полученный от рекуперации тормозной энергии передней оси – аккумулируется в литий-ионной батарее. Оттуда нажатием кнопки водитель может затребовать энергию. Он «усиливает» привод, добавляя электрическую энергию из батареи при разгоне на выходе из поворота, и тут же вновь пополняет ее запас за счет новой энергии от отработавших газов. Чтобы турбина эффективно функционировала также и при низких оборотах, то есть соответственно при низком давлении отработавших газов, она имеет изменяемую геометрию крыльчатки. Несмотря на сложную технику, инженерам удалось снизить массу выпускной системы.

Зайдль: «Наша цель состояла в том, чтобы несмотря на многочисленные новшества – начиная от компонентов ходовой части и кузова до обновления системы привода – не превысить массу прошлогоднего автомобиля».

919-й также и в 2017 году выходит на старт в самом высоком классе энергоэффективности, который предусматривается регламентом. Это значит: на 13,629-километровом круге в Ле-Мане он может использовать 8 мегаджоулей рекуперированной энергии, но при этом должен израсходовать не более 4,31 литра бензина. Оба показателя расхода строго контролируются FIA посредством телеметрии, расчет производится после каждого круга.

Управляемость и шины

Наряду с механическими усовершенствованиями ходовой части положительное влияние на управляемость 919-го оказали также обновления в программном обеспечении. Это в первую очередь касается систем контроля тяги и управления гибридным приводом. Обе они оказывают большое влияние на ресурс шин. Этому моменту в сезоне 2017 уделяется повышенное внимание. На гоночный уикенд на каждый автомобиль команде LMP1 теперь предоставляется на три комплекта шин меньше. Поэтому комплекты шин в гонке должны чаще выдерживать двойные стинты – то есть обеспечивать пробег на двух заправках топливом. Это соответствует времени движения примерно полтора часа. Зайдль: «Вместе с нашим партнером Michelin мы интенсивно подготовились к тому, чтобы даже в двойных стинтах иметь возможность до самого конца сохранять высокую скорость. Ведь гонки, как 6- ти, так и 24-часовые, также и в 2017 году будут иметь спринтерский характер». В ночь Ле-Мана, то есть при прохладных температурах, будут даже четырехкратные стинты на одном комплекте шин.

Чемпионат WEC – идеальная платформа для новых технологий

Уникальный регламент для класса 1 ле-мановских прототипов (LMP1) делает чемпионат WEC идеальной платформой для Porsche и побудил компанию в 2014 году к возвращению в высшую лигу автоспорта. Регламент оставляет инженерам необычно большую свободу действий для различных концепций привода и требует использования передовых технологий, таких как гибридизация, суперэффективные даунсайзинговые двигатели и последовательное облегчение конструкции. Таким образом, чемпионат WEC – это превосходный полигон, чтобы разработать и обкатать инновации для дорожных спорткаров.

Пролог: первая встреча лицом к лицу с соперниками

С завтрашнего дня предстоят первые встречи с соперниками на стартовом поле чемпионата WEC. В рамках так называемого пролога чемпионата WEC в субботу и воскресенье пройдут тестовые заезды общей продолжительностью 14 часов. Из них два часа в субботу после захода солнца.

Команда Porsche LMP оба дня будет участвовать в тестовых заездах на обоих автомобилях. Управление гибридным гоночным болидом со стартовым номером 1 берут на себя Нил Яни (33 года, Швейцария), Андре Лоттерер (35 лет, Германия) и Ник Тэнди (32 года, Великобритания). Яни является действующим чемпионом мира и победителем Ле-Мана 2016 года. Выступавший за Audi Лоттерер был чемпионом мира в 2012 году и имеет за плечами опыт трех побед в общем зачете в Ле-Мане. Тэнди в 2015 году был в составе победоносной команды Porsche в Ле-Мане. Кокпит второго автомобиля Porsche со стартовым номером 2 поделят между собой Тимо Бернхард (36 лет, Германия), чемпион мира 2015 года, и два новозеландца – Эрл Бамбер (26 лет) и Брендон Хартли (27 лет). Бамбер в 2015 году вместе с Тэнди победил в Ле-Мане, Хартли в том же году вместе с Бернхардом стал чемпионом WEC.

Примечание для журналистов:

Пресс-информация по новому сезону команды Porsche LMP доступна в виде файла PDF в базе данных для прессы – presse.porsche.de

По другим темам дня вы получите примерно в 18:00 часов пресс-релиз с актуальными фотографиями из Монцы.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — как это работает

  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя — как это работает
  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя
  • Двухтактный двигатель – особенности работы
  • Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

В числе процессов, характеризующих работу мощных и производительных машин и механизмов, следует отметить рабочий цикл четырехтактного двигателя. Это совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности, во время которых цилиндр наполняется рабочей смесью, после чего происходит ее сжатие и воспламенение. Газы, образовавшиеся при сгорании, расширяются, а затем – удаляются из цилиндра.

  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя
  • Двухтактный двигатель – особенности работы
  • Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Такт впуска

Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр. От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75—125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан закрывается, а выпускной закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300— 450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход

В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска

Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12. По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Двухтактный двигатель – особенности работы

Весь цикл работы двухтактного двигателя происходит за один оборот коленвала. Это позволяет на выходе получать приблизительно в 1,4-1,8 раз большую мощность, с того же рабочего объема, имея те же самые обороты двигателя. Разумеется, коэффициент полезного действия у таких агрегатов значительно ниже, чем у тех же 4 тактных моделей. Это используется при создании тяжелых и низкооборотных двигателей судов. Здесь они напрямую соединяются с гребным валом. Нашли свое применение такие модели и в мотоциклах.

Это так же приводит к тому, что модели, работающие в 2 такта, очень сильно греются. Здесь выделятся большая тепловая энергия. В некоторых случаях приходится подключать к ним дополнительное охлаждение, чтобы агрегат всегда находился в работоспособном состоянии. Однако, можно выделить и плюс подобной технологии. Ввиду того, что работа поршня ограничивается 2 тактами, он совершает гораздо меньше движений за единицу времени, поэтому потери на трение минимальны. Это напрямую отражается на износе основных рабочих деталях двухтактного двигателя.

Еще одной актуальной проблемой для данной модели является тот факт, что постоянно нужно искать компромисс между потерями свежего заряда и качеством продувки. Да, принцип работы заставляет ведущих инженеров и техников трудится над созданием универсальной системы, которая бы сводила к минимуму потери. 4 тактный двигатель вытесняет отработанные газы в тот момент, когда его поршень находится в верхней мертвой точке. Здесь ситуация коренным образом меняется. Вся отработка вылетает в трубу в тот момент, когда цилиндр практически полностью свободен, то есть этот процесс захватывает его объем полностью. Качество обдува играет в этом очень важную роль.

Именно поэтому не всегда удается разделить свежую рабочую смесь от выхлопных газов. В любом случае они будут смешиваться. Особенно отчетливо такая проблема выделяется у карбюраторных моделей моторов, которые напрямую подают готовое к работе горючее в цилиндр. Естественно, в данном случае стоит говорить о большем количестве используемого воздуха. Отсюда возникает необходимость применения сложных по структуре и составу воздушных фильтров. 4 тактный двигатель обделен этим недостатком.

Принцип работы данной модели двигателя говорит о том, что его применение может быть ограничено ввиду особенностей конструкции и большого количества потерь. Однако от 2 тактов еще никто не отказывается, создавая все больше устройств на его основе. Стоит отметить, что сегодня на рынке представлено множество различных механизмов, которые используют как 4 тактный двигатель внутреннего сгорания, так и двухтактный. Кстати, тот экземпляр, о котором мы решили поговорить сегодня, может иметь не только простейшее строение, в некоторых механизмах используются достаточно сложные его варианты.

Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%.

Не менее важное преимущество – компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве. Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена.

В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Двигатель внутреннего сгорания

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Кпд двигателя внутреннего сгорания

Объёмный КПД двигателя внутреннего сгорания

Объёмный КПД двигателя внутреннего сгорания отражает эффективность всасывания в цилиндр и выпуска из цилиндра рабочей среды (то есть, топливо-воздушной смеси или выхлопных газов). Говоря более строго, объёмный КПД — это отношение (или процентное соотношение) количества рабочей среды, фактически всасываемой в цилиндр, к объёму самого цилиндра (при неизменных условиях). Поэтому те двигатели, которые могут создавать давления на входах в трубопроводы выше давления окружающей среды, могут иметь объёмный КПД больший 100 %.

Объёмный КПД может быть улучшен несколькими путями. В частности, к ним относятся выбор оптимальной степени открытия клапанов (относительно объёма цилиндров) и выбор обтекаемой конструкции портов.

Двигатели с высоким объёмным КПД в общем случае способны работать с бо́льшими скоростями и способны вырабатывать бо́льшую полную мощность из-за меньших потерь при паразитическом перемещении воздуха внутрь и вне двигателя.

Общим, принятым производителями, подходом по увеличению объёмного КПД является использование больших по размеру клапанов или систем с числом клапанов на цилиндр, бо́льшим двух (англ.) (мультиклапанных систем).

Увеличенные клапана улучшают всасывание и впуск воздуха, но имеют повышенную массу. Мультиклапанная система включает в себя два или более клапанов с общей площадью большей, чем площадь одного большого клапана, в то время как мультиклапанная система имеет меньшую массу.

Во многих автомобилях спортивного типа используют точно расчитанное расположение впускных отверстий и настройки выхлопной системы для перемещения воздуха внутрь и наружу двигателя, используя резонанс системы.

В двухтактных двигателях эта идея реализуется в применении камер расширения (англ.), которые возвращают утечки топливо-воздушной смеси обратно в цилиндр. Более современная технология — изменяемые фазы газораспределения, задачей которой является учитывать влияние на объёмный КПД сокрости двигателя: при более высоких скоростях двигатель нуждается в том, чтобы клапаны были открыты больший процент времени от продолжительности цикла для перемещения рабочей среды внутрь и наружу двигателя.

Более радикальные решения задачи повышения повышения объёмного КПД включают в себя использование гильзовых клапанов (англ.), в которых вместо тарельчатого клапана установлена вращающаяся вокруг поршня гильза, или в других случаях вращающаяся под цилиндрическими головками гильза. В такой системе порты могут быть настолько большими, насколько это необходимо. Однако имеется практическое ограничение, накладываемое прочностью гильзы: при слишком больших размерах портов гильза может продавливаться в них под действием давления в цилиндре.

Примечания

  1. ↑ SohoPros ENDYN. Theoldone.com. Архивировано из первоисточника 13 июля 2012. Проверено 7 ноября 2010.

КПД двигателя внутреннего сгорания равен 25%. Что это значит?

Двигатель внутреннего сгорания поглощает некоторое количество энергии, 25% из которой он может потратить на совершение полезной работы. Остальное уходит на сопротивление трению и разогрев атмосферы.

что (кол-во теплоты от нагревателя — кол данное холодильнику) /кол-во нагревателья*100 = 25 (Qn-Qx)*100/Qn = 25

Что это говно а не двигатель внутреннего сгорания что! 75 % ! энергии топлива уходит на подогрев УЛИЦЫ.

Александр Кузьменко прав—-подогрев улицы и её загрязнение на 75%

100 = 25 (Qn-Qx)*100/Qn = 25

Двигатель внутреннего сгорания. Кпд

Цель урока: Изучить устройство, принцип действия и назначение тепловых машин на примере двигателя внутреннего сгорания(ДВС), ввести понятие КПД тепловых двигателей

— обучающие: рассмотреть устройство ДВС, и показать на примере ДВС переход энергии из одного вида в другой, обратить внимание на значение использования тепловых двигателей, ввести понятие КПД тепловых двигателей

-развивающие: развитие умения формулировать выводы, развитие внимания и речи, а также физического и общего кругозора, способствовать формированию у обучающихся научно-технического мышления; умения воплощать научные идеи в технические схемы моделей, конструкции

-воспитательные: воспитывать бережное отношение к природе, интерес к физике и ее приложениям, активности и общей культуре

Тип урока: изучение нового материала

Формы работы учащихся: групповая, индивидуальная, фронтальная

Необходимое техническое оборудование: модель цилиндра двигателя внутреннего сгорания, презентация, компьютер, мультимедийная установка, карточки – задания для самостоятельной работы и листы ответов

  1. Организационный момент (2 мин) 2. Проверка знаний (8 мин) 3. Изучение нового материала (20 мин) 4. Закрепление изученного (10 мин)

5. Подведение итогов (2 мин) 6. Домашнее задание (3мин)

  1. Организационный момент.
  2. Проверка знаний.

Фронтальный опрос

Когда тело совершает работу, его внутренняя энергия преобразуется в механическую энергию.

Вопрос: При помощи какого простейшего опыта можно показать превращение внутренней энергии тела в механическую.

Ответ: нужно в пробирку налить воду и ее нагреть. Объясните результаты опыта.

Вопрос: Почему вылетела пробка. И как изменилась внутренняя энергия.

Ответ: При кипении воды в пробирке образуется пар. Под давлением пара выскочила и поднялась вверх. Энергия топлива перешла во внутреннюю энергию пара. А пар расширяясь, совершил работу – поднял пробку. Внутренняя энергия пара превратилась в кинетическую энергию пробки

Вопрос: Что происходит с внутренней энергией топлива?

Вопрос: Где используется свойство энергии преобразования из одного вида в другой?

Вопрос: Что такое Тепловой двигатель? Какие виды тепловых двигателей существуют?

Вопрос: Какие переходы и превращения энергии происходят а них?

Вопрос: Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами? Из каких частей состоит и как работает?

Работа по карточкам

Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 тонны торфа?

При сгорании топлива массой 1 тонна выделилось энергии. Определите вид топлива.

Какую массу торфа необходимо сжечь, чтобы выделилось энергии?

Сколько спирта необходимо сжечь, что бы довести до кипения воду массой 2 кг в алюминиевой кастрюле массой 400 г? Начальная температура воды в кастрюле 20 градусов выше нуля.

Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 400 г бензина?

Сколько энергии выделяется в двигателе внутреннего сгорания при сгорании 10 л бензина?

Сколько теплоты выделяется при сгорании 200 г спирта?

Для питания котла водяного отопления требуется в день 58 МДж энергии. Сколько нужно ежедневно сжигать для питания котла каменного угля?

Сколько спирта надо сжечь, чтобы 20 кг воды нагреть от 20 до 78˚С?

3. Изучение нового материала.

Сегодня мы изучаем тему «Двигатель внутреннего сгорания».

Целями нашего урока сегодня будет: изучить устройство и принцип действия двигателя внутреннего сгорания; а также в теории и на практике рассмотреть понятие КПД теплового двигателя

1. Устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

1 и 2 клапана, 3 – поршень, 4 – шатун, 5 – коленчатый вал, 6 – свечи.

В цилиндре такого двигателя происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800 0С. Расширяясь, газы, толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал. Совершенная при этом механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию. Рассмотрим более подробно работу такого двигателя.

2. Принцип действия ДВС

Сейчас каждый работает с учебником. Нужно найти в учебнике определения следующих понятий. Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре. Ход поршня – расстояние проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой. Почему двигатель называется четырехкратным? Одни рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, как говорят за четыре такта.

Один такт двигателя – один ход поршня, совершающийся за пол-оборота коленчатого вала.

Далее объясняется назначение каждого такта в полном цикле работы

Первый такт – впуск. Открывается впускной клапан, поршень движется вниз, рабочая смесь занимает весь объем цилиндра

Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется вверх, рабочая смесь сжимается, и при минимальной рабочей смеси происходит воспламенение от искры.

Третий такт – рабочий ход. При сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 МПа, а температура 1500-2200°С. Поршень под действием газов движется вниз, температура газа уменьшается. Именно на этом этапе и происходит преобразование части внутренней энергии в механическую. Это и называется рабочий ход.

Четвертый такт – выпуск. Поршень начинается двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработанные газы выходят в окружающую среду.

Заполняем таблицу. Первый вариант заполняет 3,4 столбец, второй вариант заполняет 5, 6 столбец.

Для чего необходимы тепловые двигатели?

Обобщая ответы ребят, отмечаю, что любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию внутреннюю.

Как вы думаете, вся ли тепловая энергия превращается в тепловых двигателях в механическую энергию?

Обобщая ответы ребят, отмечаю, что любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию только часть той энергии, которая выделяется топливом, т.к. пар или газ, совершив работу, еще обладает энергией.

Для оценки теплового двигателя важно знать, какая часть энергии, выделяемой топливом, превращается в полезную работу (работа, которая идет на выполнение определенного действия). Чем больше работа полезная, тем двигатель экономичнее. Для характеристики вводится понятие КПД.

Вопрос: Что мы называли коэффициентом полезного действия при изучении механики? (Отношение полезной работы к работе затраченной.)

При работе тепловых двигателей механическая работа совершается за счет превращения внутренней энергии горения топлива в механическую энергию.

Т.е. (количество теплоты, выделенное при сгорании топлива)

Производя математические преобразования формулы, получим новую формулу для расчета КПД теплового двигателя.

где – количество теплоты, выделенное в результате сгорания топлива; – работа, совершаемая двигателем.

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет совершаемая двигателем работа от энергии, полученной при сгорании топлива, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

Совершая работу, тепловой двигатель использует лишь некоторую часть той энергии, которая выделяется при сгорании топлива.

Т.к (часть энергии уходит в окружающую среду), то

Кроме того КПД теплового двигателя можно вычислять по другой формуле:

– энергия, ушедшая в окружающую среду

Рассмотрим характеристики некоторых, наиболее используемых тепловых двигателей:

Уважаемые покупатели!
Офис компании «Автономные Энергосистемы» не работает с 30 декабря 2012 года по 8 января 2013 года!
Поздравляем вас с Новым Годом и Рождеством! До встречи в Новом Году!

—>

  • Стабилизаторы напряжения
  • Однофазные ИБП
  • Трёхфазные ИБП
  • Готовые решения: ИБП для газовых котлов
  • Готовые решения: ИБП для дачи/дома
  • ИБП постоянного тока
  • Трансформаторы
  • Инверторы
  • Регуляторы напряжения
  • Электростанции
  • Сварочное оборудование
  • Дополнительные устройства электрозащиты и контроля
  • Бесперебойное электроснабжение дома

Главная / Полезная информация / Электростанции

Обзор одноцилиндровых ДВС

Последние годы в продаже появилось множество полезных устройств с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), как бытовых, так и профессиональных. К их числу относятся миниэлектростанции, мотопомпы, газонокосилки, мотокультиваторы, снегоочистители. В строительстве находят применение мотобетономешалки, сварочные мотогенераторы, вибротрамбовщики, вибраторы и т.д. В большинстве из них установлены одноцилидровые безиновые четырехтактные двигатели внутренного сгорания с воздушным охлаждением. Реже встречаются дизельные двигатели, но эта тема заслуживает отдельного рассмотрения.

Двигатель является наиболее сложной и дорогостоящей состваляющей большинства таких устройств. Поэтому рассмотрим характеристики, которые следует принимать во внимание выбирая двигатель.

По системе питания практически все используемые бензиновые двигатели являются карбюраторными. В большинстве из них применяется электронная система зажигания, хотя наиболее дешевые экземпляры имею систему зажигания в виде магнето. Электронное зажигаение предпочтительнее, т.к. оно обеспечивает хороший пуск двигателя в различных условиях.

В одноцилиндровых двигателях в основном применяется воздушный способ охлаждения. Для интенсивного отвода тепла в поршневой группе используются цилиндры из алюминиевых сплавов с чугунными вставками или полностью литыми цилиндрами из чугуна. Чугунные литые цилиндры являются более предпочтительными т.к. существенно повышается моторесурс двигателя. Хотя применение алюминиевых цилиндров с чугунными вставками вполне допустимо при эксплуатации двигателя в «домашних» условиях, например, в электростанции, которая используется в качестве резервной при редких отключениях основного электропитания. Или в газонокосилке, которая используется летом раз в неделю в течение часа-другого. Для профессионального использования, скажем в строительной технике при ежедневной длительной работе, двигатель с литыми чугунными цилиндрами является обязательным условием его надежной работы.

Существенным является наличие датчика уровня масла. Простейшим способом «угробить» ДВС является его эксплуатация с низким уровнем масла или вообще без масла. При наличии датчика двигатель с недостаточным количеством масла в картере просто не заведется. Хотя во всех руководствах по эксплуатации имеются призывы проверять уровень масла в двигателе перед его запуском, как показывает практика ремонта, далеко не все следуют этой простой и очень разумной рекомендации.

Ниболее существенное влияние на цену и характеристики двигателя оказывает примененный в нем механизм газораспределения. В настоящее время в рассматриваемых одноцилиндровых двигателях используется три типа механизма газораспределения SV, OHV и OHC. Все три типа использовались ранее или используются в настоящее время в автомобильных двигателях.

Двигатели типа SV — английская абревиатура side valve — двигатели с боковым расположением клапанов. В отечественной литературе такие двигатели чаще называют нижнеклапанными. На самом деле впускной и выпускной клапаны расположены внизу и сбоку от цилиндра. Распредвал расположен также внизу и чаще всего имеет шестернчатый привод от коленвала. Одноцилидровые двигатели с такой компоновкой выпускают в больших количествах все основные мировые производители Honda (серия G), Subaru-Robin (серия EY), Briggs&Stratton, Tecumseh и другие. Такие двигатели обычно работаю на низкооктановом бензине (не выше 92) и не любят больших оборотов. Эти двигатели недороги, надежны, хотя отличаются несколько повышенным расходом топлива по сравнению с OHV и OHC. Очень хорошо работают в миниэлектростанциях, где обороты двигателя поддерживаются фиксированными (как правило 3000 об/мин). В большинстве случаев эти двигатели рекомендуются для домашнего применения, хотя японские двигатели этого типа (Honda, Robin) обладают очень большим моторесурсом и хорошо работают в профессиональной технике.

Интересно, что в автомобилестроении двигатели этого типа были популярны в 30-х годах 20 века. В советских автомобилях они прожили дольше и устанавливались на Победу, ЗИС, Москвич 401 и некоторые грузовики (в основном ГАЗ). Основные врожденные недостатки такой конструкции связаны с большой поверхностью сложной формой камеры сгорания и малоэффективным способом работы горючей смеси, что увеличивает расход топлива и тепловые потери в двигателе. Из-за этого двигатели склонны к детонации топливной смеси и не могут работать на высокооктановом бензине. С другой стороны простая система газораспределения и хорошие условия смазки всех ее деталей являются залогом надежности.

Двигатели типа OHV

Двигатели типа OHV — английская аббревиатура overhead-valve — двигатели с верхним расположением клапанов. Впускной и выпускной клапаны расположены сверху от цилиндра. Распредвал расположен внизу и чаще всего имеет шестернчатый привод от коленвала (иногда цепной). Клапаны открываются и закрываются с помощью толкателей, штанг и коромысел. Одноцилидровые двигатели с такой компоновкой в своей программе имеют все основные мировые производители Honda (серия GХ), Subaru-Robin (серия EН), Briggs&Stratton (Vanguard), Tecumseh и другие. Такие двигатели обычно работаю на бензине с октановым числом 95. Эти двигатели несколько дороже чем SV, очень надежны, долговечны и экономичны и несколько менее шумны. Они устойчиво работают в широком диапазоне оборотов, эластичны. Эти свойства обусловлены в основном отпимальной формой камеры сгорания двигателя. Не любят очень больших оборотов (более 6500) из-за сложной и достаточно большой по длине системы газораспределения, у которой при больших оборотах снижается жесткость системы и точность фаз газораспределения. Эти двигатели рекомендуются для работы в профессиональной технике. Они универсальны и находят применение практически во всех типах устройств.

В автомобилестроении в настоящее время двигатели с этой схемой газораспределения чаще всего встречаются на американских бензиновых моторах, устанавливаемых в основном на джипы и пикапы и на тихоходных грузовых дизелях. Нередко автомобильные двигатели этого типа проходят миллион колометров без капремонта. Из отечественных двигателей наиболее известны (к сожалению не с лучшей стороны) двигатели Заволжского моторного завода ЗМЗ-401, 402 которые в течение нескольких десятилетий устанавливались на Волги и другие автомобили, а также V-образный ЗМЗ-53, который устанавливался на грузовики.

Двигатели типа OHC

Двигатели типа OHC на сегодняшний день самые распространенные в автомобилестроении. Чего нельзя сказать о применении этой компоновки в небольших одноцилидровых бензиновых двигателях. Аббревиатура OHC расшифровывается как overhead-camshaft, в переводе с английского — “верхнее расположение распредвала”. В таких силовых агрегатах кулачки распределительного вала давят на клапаны непосредственно через толкатели, реже — через коромысла. Привод от коленвала к распредвалу чаще всего осуществляется цепью или зубчатым ремнем. Достоинства такого двигателя — четкая работа в очень большом диапазоне оборотов, экономичность, надежность, низкая шумность, большой моторесурс. Такие двигатели могут быстро набирать обороты и столь же быстро сбрасывать их, что позволяет двигателю быстро приспосабливаться к часто меняющейся нагрузке и не снижать заданную мощность. В двигателях типа OHC максимально используются положительные качества электронной системы зажигания.. Камера сгорания такого двигателя имеет все достоинства двигателя OHV, а система газораспределения заметно легче и не содержит деталей, которые теряют жесткость при больших оборотах или при резком изменении оборотов двигателя.

Одноцилиндровые двигатели с такой компоновкой появились в программе основных производителей относительно недавно (во второй половине 90-х годов) и в модельном ряду занимают пока довольно скромное место. У Honda это серия GC, у Subaru-Robin — серия EX, у Tecumseh модель ENDURO 70 XL/C G. Скорее всего производство таких двигателей будет поступательно расти в ближайшие годы, модельный ряд будет расширяться и они займут достойное положение в производстве бытовой и професcиональной техники с ДВС благдаря своей надежности, универсальности и экономичности.

Собственно благодаря этим качествам двигатели OHC завоевали свое главенствующее положение в автомобилестроении. Они (или их модификации с двумя распредвалами DOHC) установлены на подавляющем большинстве современных автомобилей, включая все модели Жигулей.

Принцип работы 2х тактных и 4х тактных двигателей

При выборе силового оборудования необходимо уделить особое внимание типу двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на использовании такого свойства газов, как расширение при нагревании, которое осуществляется за счет принудительного воспламенения горючей смеси, впрыскиваемой в воздушное пространство цилиндра.

Зачастую можно услышать, что 4-х тактный двигатель лучше, но чтобы понять, почему, необходимо более подробно разобрать принципы работы каждого.

Основными частями двигателя внутреннего сгорания, независимо от его типа, являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы, отвечающие за охлаждение, питание, зажигание и смазку деталей.

Передача полезной работы расширяющегося газа осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, а за своевременный впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспре6деления.

Четырехтактные двигатели — выбор компании Honda

Четырехтактные двигатели экономичные, при этом их работа сопровождается более низким уровнем шума, а выхлоп не содержит горючей смеси и значительно экологичней чем у двухтактного двигателя. Именно поэтому компания Honda при изготовлении силовой техники использует только четырехтактные двигатели. Компания Honda уже многие годы представляет свои четырехтактные двигатели на рынке силовой техники и добилась высочайших результатов, при этом их качество и надежность ни разу не подвергались сомнению. Но всё же, давайте рассмотрим принцип работы 2х и 4х тактных двигателей.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: сжатие и рабочий ход.

Сжатие. Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное, а затем выпускное окно, после чего газ, находящийся в цилиндре, начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем сжатии.

Рабочий ход. После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Дальнейшее движение поршня приводит к сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания.

Основным недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает принести пользу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты, что приводит к частичному выбросу горючей смеси в атмосферу. Еще идёт постоянный расход масла, так как 2х тактные двигатели работают на смеси бензина и масла. Очередное неудобство — в необходимости постоянно готовить топливную смесь. Главными преимуществами двухтактного двигателя остаются его меньшие размеры и вес по сравнению с 4х тактным аналогом, но размеры силовой техники позволяют использовать на них 4х тактные двигатели и испытывать намного меньше хлопот в ходе эксплуатации. Так что уделом 2х тактных моторов осталось различное моделирование, в частности, авиамоделирование, где даже лишних 100г имеют значение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов.

Во время впускного этапа поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, и в полость цилиндра поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь.

При сжатии поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня от ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан.

Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые поршнем, движущимся от НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов четырехтактные двигатели внутреннего сгорания более экономичны и экологичны — ведь выброс неиспользованной топливной смеси исключен. В работе они значительно тише, чем 2х тактные аналоги, и в эксплуатации намного проще, ведь работают на обычном АИ-92, которым вы заправляете свою машину. Нет необходимости в постоянном приготовлении смеси масла и бензина, ведь масло в данных двигателях заливается отдельно в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление. Вот именно поэтому компания Honda производит только 4х тактные двигатели и достигла в их производстве колоссальных успехов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector