Механизмы двигателя внутреннего сгорания: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Основные механизмы и системы двигателя внутреннего сгорания

из «Автомобили и тракторы »

Двигатель внутреннего сгорания (рис. 4) состоит из следуюш,их механизмов и систем, выполняющих определенные функции. [c.15]
Кривошипно-шатунный механизм осуществляет рабочий цикл двигателя и преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм состоит из цилиндра 13 с головкой 12, поршня 15 с кольцами, поршневого пальца 16, шатуна 18, коленчатого вала 20, маховика 19. Механизм установлен в картере, закрытом снизу поддоном (резервуаром для масла)- 21. [c.15]
Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси или воздуха и своевременного удаления отработавших газов. Он состоит из клапанов 8 и 11, пружин 4, толкателей 3, распределительного вала 2 и шестерен 1 привода распределительного вала. [c.15]
Система охлаждения служит для отвода избыточного тепла от нагретых деталей двигателя и поддержания нормального температурного режима. Она бывает жидкостной или воздушной. Если система охлаждения жидкостная, то она состоит из рубашки 14 охлаждения, радиатора, водяного насоса 17, вентилятора, термостата и патрубков. [c.15]
Система воздушного охлаждения состоит из теплоотводящих ребер, вентилятора, кожуха и щитков, направляющих воздушный поток для отвода тепла. [c.15]
Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (карбюраторные двигатели) или подачи топлива в цилиндр и наполнения его воздухом (дизели). [c.16]
У карбюраторных двигателей эта система состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного и воздушного фильтров, топлив -ного насоса, карбюратора (или смесителя) 7, впускного 6 и выпускного 5 трубопроводов, глушителя. [c.16]
У дизелей система питания состоит из тех же деталей и приборов, с той лишь разницей, что вместо карбюратора установлены топливный насос высокого давления и форсунка. [c.16]
Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси от электрической искры. В нее входят приборы, обеспечивающие получение электрического тока высокого напряжения, провода 9 и свечи 10. [c.16]
У дизельных двигателей приборы системы зажигания отсутствуют, так как топливо воспламеняется от соприкосновения со сжатым воздухом, имеющим высокую температуру. [c.16]
Система пуска предназначена для пуска двигателя. К ней относятся пусковой бензиновый двигатель с механизмом передачи (на тракторе), электрический стартер на автомобилей иногда на тракторе, декомпрессионный механизм, приборы подогрева охлаждающей жидкости и воздуха. [c.16]
Двухтактные двигатели имеют те же основные механизмы и системы, что и четырехтактные, но отличаются по устройству и действию механизма газораспределения. [c.16]

Вернуться к основной статье

Механизмы и системы двигателя

Основными механизмами двигателя внутреннего сгорания являются шатунно-кривошипный и распределительный, а основными системами — системы питания, зажигания, смазки и охлаждения.

Шатунно-кривошипный механизм предназначен для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Этот механизм (рис. 53) состоит из цилиндра 5, поршня 4, с кольцами, поршневого пальца 3, шатуна 2, кривошипа 1 коленчатого вала.

Ход поршня зависит от величины радиуса кривошипа коленчатого вала и равен двойной величине радиуса кривошипа. Крайние положения поршня как верхнее, так и нижнее соответствуют положениям, когда ось кривошипа вала, осевая линия шатуна и ось пальца поршня располагаются на одной прямой линии. Эти положения называются мертвыми положениями поршня потому, что усилием на поршень нельзя заставить повернуться коленчатый вал. Вся система может быть выведена из этого положения лишь внешними силами — силой инерции маховика или движением поршней других цилиндров, если двигатель многоцилиндровый.

Цилиндры большинства двигателей выполняются в виде отдельных отливаемых из специального чугуна втулок, вставленных в отверстия блока цилиндра. Блок цилиндра — одна из основных частей двигателя. Верхняя часть блока закрыта головкой, в которой расположены впускные и выпускные клапаны, форсунки или запальные свечи.

Нижняя часть блока соединена с картером, служащим у некоторых двигателей основанием для коренных подшипников коленчатого вала, и камерой, в которой у четырехтактного двигателя помещается масло для смазки деталей.

Блок цилиндра (также и головку) обычно делают с двумя стенками, в пространстве между стенками циркулирует вода, охлаждающая двигатель. Он имеет цилиндрическую форму. Днище его может быть как плоским, так и фигурным с целью улучшения условий смешения воздуха и топлива в камере сгорания дизелей.

В средней части поршень имеет с внутренней стороны приливы, называемые бобышками, в отверстиях которых помещается палец, соединяющий поршень с шатуном. Нижняя, наиболее тонкостенная часть поршня называется юбкой. Диаметр поршня обычно меньше диаметра цилиндра, и между поршнем и цилиндром имеется необходимый температурный зазор, в котором образуется тонкая масляная пленка, смазывающая трущиеся поверхности.

На наружной боковой поверхности поршня расположены кольцевые канавки, в которые заводятся поршневые кольца. Часть колец создает уплотнения между стенками цилиндра и поршня (так называемые компрессионные кольца), часть же колец (маслосрезывающие) служит для удаления со стенок цилиндра излишков смазки. Маслосбрасывающие кольца обыкновенно имеют проточку, этим повышается удельное давление кольца на стенки цилиндра, в результате чего оно лучше снимает излишки масла с поверхности цилиндра.

Поршневой палец представляет собой полый стержень, изготовленный из легированной стали. Для уменьшения износа рабочую поверхность пальца обычно цементируют, калят и шлифуют. Во многих двигателях поршневой палец закрепляется лишь от продольного перемещения пружинными замками с тем, чтобы исключить возможность трения его о стенки цилиндра. При таком закреплении палец может проворачиваться как в бобышках поршня, так и во втулке шатуна. Свободно плавающий палец более равномерно изнашивается.

Шатун шарнирно соединяет поршень с коленчатым валом и передает воспринимаемые поршнем усилия валу. Шатун двигателей внутреннего сгорания стальной и, как правило, штампованный. Он состоит из стержня и двух головок: верхней с впрессованной в нее бронзовой втулкой и нижней, называемой кривошипной и снабженной вкладышами. Сечение стержня обычно двутавровое, что придает ему необходимую прочность при небольшом весе.

Кривошипная головка шатуна выполняется разъемной; отъемная часть называется крышкой и крепится к основной части болтами. Болты эти испытывают весьма большие нагрузки и изготовляются из прочной хромистой стали. Вкладыши шатуна, как и вкладыши коренных подшипников, делают в виде тонкостенных стальных широких полуколец. Внутреннюю рабочую поверхность этих вкладышей заливают антифрикционным сплавом, баббитом или свинцовистой бронзой.

Коленчатый вал — наиболее ответственная деталь двигателя. Он имеет несколько коренных опорных шеек и кривошипных шеек или просто кривошипов, число которых соответствует числу цилиндров. Для уравновешивания коленчатый вал снабжают противовесами, прикрепляемыми к щекам кривошипа со стороны, противоположной кривошипной шейке. На конце вала обычно крепится маховик.

Распределительный механизм управляет подачей в цилиндр воздуха или горючей смеси в строго определенные моменты и удаляет из цилиндра продукты сгорания также в определенные моменты.

В четырехтактных двигателях газораспределение очущест-вляется механизмом, состоящим из клапанов. 6 (см. рис. 53), перекрывающих отверстия в головке блока; пружин, удерживающих клапаны в закрытом состоянии; распределительного вала и передаточных деталей — толкателей, втулок, коромысел и т.

д.

Распределительный вал, имеющий кулачки, приводится во вращение от коленчатого вала через зубчатую передачу. Кулачки на валу расположены в определенной последовательности’. При вращении распределительного вала кулачки, набегая на толкатели, поднимают их. Это движение толкателей передается на концы качающихся коромысел, вторые концы которых нажимают на стержни клапанов, и, сжимая пружины, открывают их в строго установленном порядке.

Клапаны работают при высоких температурах, поэтому их изготовляют из специальных жаростойких сталей.

Система питания предназначена для подачи в цилиндры двигателя топлива или горючей смеси, необходимых для совершения рабочего процесса. Системы питания дизелей и карбюраторных двигателей различны.

Общая схема питания дизеля показана на рис. 54. Топливо из бака 3 через расходный кран 4 попадает в фильтр грубой очистки и, пройдя через него, поступает к подкачивающему насосу 32. Этот насос прогоняет топливо через фильтр тонкой очистки, откуда оно поступает к топливному насосу высокого давления 33.

Насос под большим давлением в определенные моменты подает топливо в форсунки 26, расположенные в головке блока двигателя.

Воздух, подаваемый в цилиндр, должен быть чистым, без примеси пыли, поэтому его очищают, пропуская через специальный воздухоочиститель. Для нормальной работы системы питания очень важно иметь в хорошем состоянии фильтры и воздухоочистители: несвоевременная их очистка нарушает работу системы питания и ухудшает работу двигателя.

Система питания карбюраторного двигателя включает в себя бак для топлива, отстойник, карбюратор, воздухопровод и регулятор частоты вращения двигателя. Наиболее ответственной частью в этой системе является карбюратор. Он предназначен для приготовления горючей смеси, т. е. смеси паров топлива с вполне определенным количеством воздуха.

Существует несколько конструкций карбюраторов. На рис. 55 показано устройство простейшего карбюратора.

Смесительная камера 1 представляет собой отрезок трубы, в которой смешивается распыленное топливо с воздухом. Эта ка-

1 — крышка; 2 — фильтр бака; 3 — бак топливный; 4 — кран расходный; 5 — топливопровод бака; 6 — болт выпуска воздуха; 7 — колпак фильтра грубой очистки; 8 — крышка элемента; 9 — фильтрующий элемент; 10 — шпилька стержня; 11 — корпус фильтра грубой очистки; 12 — пробка спускная; 13 — топливопровод фильтра грубой очистки; 14 — фильтрующий элемент; 15 — вертикальный канал корпуса; 16 — корпус фильтра тонкой очистки; 17 — плита установочная; 18 — крышка корпуса фильтра; 19 — шайба пружины, 20 — пружина; 21 — шарик продувочного клапана; 22 — гайка уплотнения фильтра тонкой очистки; 23 — вентиль прОдувочиый; 24 — трубка фильтрующего элемента, 25 — трубка отвода просачивающегося через форсунку топлива; 26 — форсунка; 27 — вихревая камера; 28 — камера сжатия; 29 — топливопровод высокого давлення; 30 — топливопровод обратного слива; 31 — насос ручной подкачки; 32 — насос подкачивающий; 33 — насос топливный; 34 — поводок регулятора; 35 •- регулятор; 36 — топливопровод напорный; 37 — топливопровод к насосу; 38 — пробка спускная; 39 — крышка нижняя мера имеет местное сужение, называемое диффузором 3, к которому проведен распылитель 4, подающий в камеру топливо.

Воздух, проходя через смесительную камеру, повышает свою скорость в диффузоре, и над распылителем создается разрежение, способствующее лучшему всасыванию топлива, которое увлекается затем быстро движущейся струей воздуха, испаряется, хорошо перемешивается с воздухом и поступает в цилиндры.

Топливо в распылитель подается через поплавковую камеру 7 с поплавком 10, предназначенную поддерживать одинаковый напор топлива в распылителе 4, что обеспечивается поддержанием постоянного уровня топлива. В камере имеется обратный клапан 9, а для преднамеренного повышения уровня топлива кнопка 8, нажатием которой открывается клапан. В канале 6 на пути от поплавковой камеры 7 к распылителю 4 установлен жиклер 11, сделанный в виде пробки с точно калиброванным отверстием, через которое пропускается ограниченное количество топлива.

Дроссельная заслонка 2 служит для регулирования количества смеси, подаваемой в цилиндр: при большем открытии дроссельной заслонки в цилиндры двигателя поступает больше смеси, поэтому двигатель развивает большую мощность. Наоборот, прикрывая дроссельную заслонку, уменьшают доступ смеси в цилиндры, в результате чего мощность двигателя снижается.

Горючая смесь, подаваемая в цилиндры, может быть «бедной» или «богатой» в зависимости от соотношения долей воздуха и топлива. Чем больше процентный состав топлива, тем богаче смесь. Воздушная заслонка 5 служит для временного обогащения смеси, главным образом в момент пуска двигателя и установления режима его работы. Это обогащение достигается поворотом воздушной заслонки, уменьшающим живое сечение канала, вследствие чего скорость потока воздуха возрастает, создается большее разрежение и увеличивается подача топлива через главный жиклер 11.

Для нормальной работы двигателя важно иметь смесь постоянного качества. Простейший карбюратор не обеспечивает этого постоянства. При прикрытии дроссельной заслонки уменьшается частота вращения двигателя и над распылителем создается меньшее разрежение, в результате чего истечение топлива будет слабее и смесь в цилиндры станет поступать обедненной.

Наоборот, с полным открытием дроссельной заслонки истечение топлива повышается и смесь обогащается.

Устранение этого недостатка в карбюраторах достигается постановкой дополнительного устройства, называемого компенсационным жиклером Д. Его размещают между поплавковой камерой и компенсационным колодцем 13, через который топливные каналы соединены с атмосферой. Благодаря этому через компенсационный жиклер подается постоянное количество топлива независимо от величины разрежения в диффузоре, т. е. независимо от режима работы двигателя.

С увеличением частоты вращения двигателя подача топлива через основной главный жиклер 11 увеличится и смесь обогатится, в то же время увеличится поступление воздуха, но так как компенсационный жиклер 12 подаст прежнее количество топлива, качество смеси будет прежним.

При снижении оборотов двигателя главный жиклер станет обеднять смесь, в то же время компенсационный жиклер, подавая одно и то же количество топлива при меньшем поступлении воздуха, будет обогащать смесь, в итоге ее качество не изменится.

Система зажигания карбюраторного двигателя (рис. 56) обеспечивает получение и распределение тока высокого напряжения (15 000-20 000 В), необходимого для образования искры в свечах зажигания, воспламеняющей рабочую смесь в цилиндре.

Система зажигания включает в себя: источники тока — аккумуляторную батарею 10 и генератор 1 с реле-регулятором 12, катушку зажигания 4, вариатор 5, прерыватель 2 с конденсатором 3, распределитель 7, свечи зажигания 6, выключатель зажигания 8 и провода низкого и высокого напряжения.

Прерыватель 2 состоит из кулачка с числом выступов, равным числу цилиндров двигателя, неподвижного контакта (наковальни) и подвижного контакта (молоточка), который при вращении кулачка отжимается его каждым выступом и разрывает

Рис. 56. Схема зажигания карбюраторного двигателя:

1 -¦ генератор; 2 — прерыватель; 3 — конденсатор; 4 — катушка зажигания; 5 — вариатор; 6 — свечи зажигания; 7 — распределитель; 8 -• выключатель зажигания; 9 — амперметр; 10 — батарея аккумуляторная; 11 — выключатель стартера; 12 — реле-регулятор контакты. Прерыватель связан с распределителем, состоящим из ротора и сегментов по числу цилиндров, и сидит на одном с ним валике, вращающемся от распределительного вала двигателя в 2 раза медленнее вращения коленчатого вала.

В момент размыкания контактов прерывателя исчезает магнитный поток, созданный первичной обмоткой; его силовые линии пересекают витки вторичной обмотки, индуктируя в ней ток высокого напряжения, который подается к ротору прерывателя и через соответствующие сегменты к свечам зажигания.

В работе системы зажигания следует различать следующие два момента. При включенном выключателе зажигания и на малых оборотах двигателя ток низкого напряжения протекает по следующей цепи: отрицательный полюс аккумуляторной батареи — масса — замкнутые контакты прерывателя — первичная обмотка катушки зажигания — вариатор — выключатель зажигания — амперметр 9 — положительный полюс батареи. Ток высокого напряжения протекает по следующей цепи: вторичная обмотка катушки зажигания — ротор распределителя — сегменты распределителя — свечи зажигания — масса — аккумуляторная батарея — выключатель стартера 11 — амперметр — выключатель зажигания — вариатор — первичная обмотка — вторичная обмотка катушки зажигания; при этом между ротором и сегментом, а также между электродами свечи проскакивает искра, последняя воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

На средней и большой частоте вращения двигателя система зажигания работает аналогично, как и на малых, лишь с изменением цепей прохождения токов низкого и высокого напряжения в силу того, что питание системы автоматически реле-регулятором 12 переключается на питание от генератора. Ток низкого напряжения в этом случае течет по цепи: отрицательный зажим генератора — масса — контакты прерывателя — первичная обмотка катушки — вариатор — выключатель зажигания — реле регулятора — положительный зажим генератора.

Так же изменяется и цепь питания тока высокого напряжения, а именно: вторичная обмотка — ротор распределителя — сегмент распределителя — свеча зажигания — масса — отрицательный зажим генератора — обмотка его якоря — реле-регулятор — выключатель зажигания — вариатор — первичная обмотка — вторичная обмотка.

По мере увеличения частоты вращения двигателя время замкнутого состояния контактов прерывателя уменьшается и в силу противодействия э. д. с. самоиндукции ток низкого напряжения не успевает достичь необходимого значения, создаваемое им магнитное поле ослабевает, в результате понижается высокое напряжение и двигатель работает неустойчиво.

Для устранения этого явления в цепь первичной обмотки включен вариатор (спираль сопротивления), который при снижении тока низкого напряжения остывает, сопротивление его снижается, в результате чего ток первичной обмотки повышается, а

Рис 57. Свеча зажигания следовательно, повышается и ток высокого напряжения. При малой же частоте вращения вала двигателя вариатор предохраняет катушку зажигания от перегрева. Конденсатор 3, включенный параллельно контактам прерывателя, ослабляет искрение и предохраняет контакт от обгорания.

Свеча зажигания (рис. 57) состоит из стального корпуса 5, ввертываемого в гнездо головки блока, сердечника б из изоляционного материала, тонкого стального стержня 2, выполняющего роль центрального электрода. Против нижнего конца центрального электрода расположен боковой электрод 1, закрепленный в корпусе свечи. Зазор между этими электродами образует искровой промежуток в 0,5-0,7 мм, через который проскакивает электрическая искра.

Корпус и сердечник свечи в собранном виде разделяются прокладкой 4.

В верхней части свечи имеется гайка 8 с шайбой 7. Во избежание просачивания газов из цилиндров свеча завинчивается в гнездо на медно-асбестовой прокладке 3. К верхнему концу центрального стержня присоединяется провод тока высокого напряжения, закрепляемый гайкой.

Смазка трущихся поверхностей двигателя имеет большое значение для его работы. К&к бы хорошо ни были обработаны трущиеся поверхности, между ними возникает трение, на которое бесполезно затрачивается энергия, в результате чего повышаются износ поверхностей и перегрев трущихся деталей.

Смазка трущихся поверхностей представляет собой не что иное, как разделение этих поверхностей друг от друга тонким слоем смазки. Вследствие того что сила сцепления частиц смазки между собой меньше, чем сила сцепления частиц смазки с поверхностью трущихся деталей, возникает трение не металла о металл, а трение в жидкостном слое.

Непрерывно подаваемая на поверхности трения смазка уносит, кроме того, мельчайшие частицы сработанного металла и охлаждает трущиеся поверхности.

Масло, применяемое для смазки трущихся поверхностей, в зависимости от характера смазываемых поверхностей и режима их работы должно обладать определенными качествами. Так, оно должно иметь необходимую вязкость, чтобы не выжиматься из зазора между поверхностями, обладать достаточной стойкостью против воспламенения, не содержать кислот, щелочей и твердых примесей.

Трущиеся поверхности двигателя смазывают разбрызгиванием, принудительной подачей масла, а также комбинированным способом. Наиболее простым способом смазки является разбрызгивание. В этом случае быстродвижущиеся детали (главным образом шатунно-кривошипного механизма) захватывают масло из нижней части картера и разбрызгивают его по всей поверхности в виде мельчайших капелек. Избыток смазки стекает обратно в масляную ванну картера

Однако этот способ не обеспечивает должной смазки деталей в труднодоступных местах Более надежно смазка осуществляется принудительным способом, когда подача масла к трущимся поверхностям происходит под давлением специальным насосом, обычно зубчатого типа, приводимым в движение от колен чатого вала двигателя

Система принудительной смазки включает в себя манометр, показывающий давление масла в магистрали, термометр для измерения температуры масла, а также радиатор для охлаждения отработанного масла, отстойник и фильтры. В двигателях применяется преимущественно комбинированная система смазки, при которой отдельные поверхности смазываются разбрызгиванием, а наиболее ответственные места — под давлением.

Система охлаждения двигателя. При работе двигателя выделяется большое количество тепла, вследствие чего повышается температура нагрева деталей, и если не принять мер к охлаждению их, то двигатель перегреется и нормальный режим работы нарушится

При перегреве масло теряет свою вязкость, условия смазки ухудшаются, масло начинает выгорать, наступает ускоренный износ деталей и на рабочих поверхностях могут появиться задиры, приводящие к авариям.

Охлаждение в двигателях достигается главным образом за счет пропуска охлаждающей воды через полости между двойными стенками деталей цилиндра и головки блока Вода, омывая горячие стенки деталей, отнимает часть тепла. Система охлаждения включает в себя полости охлаждаемых деталей, магистрали, радиатор, насос, вентилятор.

Если охлаждающая вода циркулирует за счет разности в плотности нагретой и холодной воды, то такая система называется термосифонной. В этом случае вода, отнявшая часть тепла от стенок охлаждаемых деталей, поднимается вверх и поступает в радиатор, уступая место более холодной воде, выходящей из радиатора. Радиатор этой системы обязательно должен быть расположен выше охлаждаемых деталей

Термосифонная система недостаточно эффективно охлаждает детали, поэтому в современных двигателях используется система охлаждения с принудительной циркуляцией воды от водяного насоса преимущественно центробежного типа.

Радиатор представляет собой два бачка (верхний и нижний), соединенных между собой боковыми стойками и сердцевиной, со стоящей из ряда вертикальных трубочек, пропущенных через горизонтальные пластинки, которые увеличивают поверхность охлаждения. Для большей эффективности радиатор охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором.

Чтобы облегчить пуск двигателя, в особенности в зимнее время, в систему охлаждения заливают горячую воду. В некоторых мощных двигателях используют пусковой двигатель, система охлаждения которого соединена с системой охлаждения основного двигателя. Работая, пусковой двигатель нагревает воду в общей системе охлаждения, чем облегчает пуск основного двигателя.

⇐Двигатели внутреннего сгорания и принцип их работы | Грузоподъемные краны на железнодорожном ходу | Краткое Описание дизелей К-559 и К-661⇒

Как работает двигатель автомобиля – «сердечные» дела вашей машины. Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания

Это удивительно, что мы уже более 100 лет используем огонь, металл, бензин и масло, чтобы приводить автомобили в движение. И это в то время, когда в наши дни у каждого из нас есть мобильные телефоны, по мощности ничем не уступающие компьютерам. Наши смартфоны могут распознавать лица, отпечатки пальцев и даже измерять сердечный ритм. У нас есть технологии и высокотехнологичные объекты, которые могут разбить друг об друга протоны, позволяющие изучить их обломки. Это позволяет нам раскрывать тайны Вселенной. Мы также можем посадить зонд на комету и отправить спутник за пределы Солнечной системы. И так можно продолжать до бесконечности… Так почему же в век технологической революции мир до сих пор пользуется устаревшими двигателями внутреннего сгорания?

Несмотря на все наши достижения , двигатель внутреннего сгорания фактически остается основным источником движения всего автотранспорта в мире. И это с учетом того, что этот силовой агрегат был придуман более ста лет назад.

Примечательно, что на фоне других, более современных изобретений, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) выглядит очень примитивно. Как и сто лет назад, ДВС работает за счет впрыска топлива, его сжатия, воспламенения и ударной волны, которая образуется из-за сгорания топлива.

Давайте немного проанализируем, как все работает в автомобиле с обычным двигателем.

И так. Вы вставляете в зажигание и поворачиваете его, чтобы запустить стартер. В итоге стартер начинает двигать поршни двигателя вверх и вниз. Далее начинает работать топливный насос подавая топливо в камеру сгорания двигателя.

Вместе с ним начинают работать водяной насос, масляный насос, клапана двигателя, которые начинают свой гармоничный танец, чтобы подавать топливо в камеру сгорания двигателя каждую секунду. В итоге двигатель начинает свою работу, где все его компоненты начинают вращаться и смазываться большим количеством масла.

Согласитесь, что этот процесс относится к очень расточительной операции. Ведь для работы двигателя задействовано множество вспомогательного оборудования, которое практически расходует 75 процентов энергии двигателя впустую. К тому же огромное количество вспомогательных компонентов ДВС быстро выходят из строя из-за постоянной высокой нагрузки.

Но, несмотря на это нельзя говорить, что двигатель внутреннего сгорания изначально основывается на глупой идее. Нет конечно. ДВС служит нам верой и правдой уже более 100 лет и фактически изменил наш мир до неузнаваемости. Но это не означает, что этот удивительный мотор должен служить нам еще следующие 100 лет. Для того времени, когда появился ДВС, это был прорыв, что соответствовало тем технологиям, которые господствовали в ту эпоху.

Но сегодня все изменилось и теперь двигатели внутреннего сгорания не вписываются в тот мир, который нас окружает.

Вы посмотрите на современные автомобили. Они фактически стали выглядеть, как транспортные средства, которые мы видели не раз в фантастических фильмах и футуристических рассказах. Новые автомобили имеют удивительный дизайн, благодаря новым технологиям конструкции и достижениям в аэродинамике.

Современные автомобили могут обмениваться информацией со спутниками, автоматически брать на себя управление автомобилем, предупреждать нас об опасностях на дороге, экстренно тормозить, чтобы избежать опасности, выходить в всемирную сеть Интернет и многое другое.

Но, несмотря на высокотехнологичность, под капотом современных автомобилей, чаще всего, устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, которые являются пережитками прошлого. Это в наши дни выглядит точно также, если бы iPhone 7 оснащался поворотным диском для набора номера.

В наши дни, в 21 веке действительно выглядит устаревшим. Особенно его технология получения энергии, которая образуется путем сжигания материала (топлива), от которого образуются отходы в виде газа. И этот вредный газ мы возвращаем обратно в природу, нанося непоправимый вред всей планете.

Хочу отметить, что я не сумасшедший эколог, которые часами на пролет разглагольствуют о защите земли, атмосферы и сохранения пингвинов в Антарктиде. Таких «зеленых фанатов» в нашем мире и так предостаточно. Причем хочу отметить, что различных ярых защитников природы (на грани фанатизма) было очень много еще задолго появления паровых двигателей, не говоря уже о появлении ДВС. И хочу вас заверить, что подобных фондов и организаций, будет большое количество даже в том случае, если экологии нашей планеты больше ничего угрожать не будет.

Но несмотря на свой нейтралитет по отношению к экологии природы, я хочу однозначно сказать, что двигатель внутреннего сгорания действительно себя изжил и ему не место в нашем 21 веке и в нашем будущем.

Тем более, что в наши дни уже есть технологии, которые основываются на более простых и более эффективных способах получения энергии для движения транспорта.

Но, для того чтобы двигатель внутреннего сгорания ушел навсегда в прошлое, необходимо, чтобы мы с вами поняли, что пришло время поменять наш мир, начав с себя. Дело в том, чтобы любая технология стала основной для использования по всему миру необходимо, чтобы мы к ней привыкли, перестроив свои устои и привычки. Это точно также, как мы сначала тяжело привыкали к мобильным телефонам и долгое время не могли отказаться от домашних стационарных телефонов. Затем на смену пришли смартфоны, которые долгое время оставались нами незамеченными, но в итоге прочно вошли в нашу жизнь. Также можно сказать и о новых технологий в автопромышленности. Ведь пока с нашей стороны не появится спрос на новые источники энергии, новые технологии не смогут отправить двигатели внутреннего сгорания на пенсию.

К сожалению, в наши дни не стоит пока рассчитывать на скорое исчезновение ДВС из современных автомобилей. До того момента, когда двигатели внутреннего сгорания мы сможем увидеть только в музеи или в технической литературе в библиотеке или в Интернете, может пройти еще достаточно времени. Дело в том, что несмотря на устаревшую технологию получения энергии, двигатели внутреннего сгорания еще имеют небольшой потенциал развития и увеличения мощности и экономичности. Этим и пользуются автопроизводители. Но я считаю, что в настоящий момент мы наблюдаем переломный момент в истории ДВС и в скором времени люди начнут понимать, что пришло время отказаться от использования автомобилей, оснащенных традиционными двигателями, работающие . И как только это произойдет, автомобильные компании будут вынуждены в короткий срок перестроиться и начать выпускать массово автомобили без ДВС.

Поверьте, совсем скоро двигатели внутреннего сгорания, в качестве источника энергии для передвижения транспорта, станут, как лошади в начале 20 века.

На первом этапе заката двигателей , уйдут самые неэффективные силовые агрегаты. На рынке на определенное время останутся только самые инновационные и экологически чистые двигатели внутреннего сгорания. Затем исчезнут и они.

Так что наше будущее связано с автомобилями, которые будут оснащаться двигателями, работающие на альтернативных источниках энергии.

Скорее всего, совсем скоро мы будем владеть автомобилями с электрическими двигателями, часть которых будет заряжаться электроэнергией, а часть водородным топливом.

На сегодняшний день двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или как его еще называют «атмосферник» — основной тип двигателя, который широко применяется в автомобильной индустрии. Что такое ДВС? Это — многофункциональный тепловой агрегат, который при помощи химических реакций и законов физики преобразует химическую энергию топливной смеси в механическую силу (работу).

Двигатели внутреннего сгорания делятся на:

1. Поршневой ДВС.
2. Роторно-поршневой ДВС.
3. Газотурбинный ДВС.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — самый популярный среди вышеперечисленных двигателей, он завоевал мировое признание и уже много лет лидирует в автоиндустрии. Предлагаю более детально рассмотреть устройство ДВС , а также принцип его работы.

К преимуществам поршневого двигателя внутреннего сгорания можно отнести:

1. Универсальность (применение на различных транспортных средствах).
2. Высокий уровень автономной работы.
3. Компактные размеры.
4. Приемлемая цена.
5. Способность к быстрому запуску.
6. Небольшой вес.
7. Возможность работы с различными видами топлива.

Кроме «плюсов» имеет двигатель внутреннего сгорания и ряд серьезных недостатков, среди которых:

1. Высокая частота вращения коленвала.
2. Большой уровень шума.
3. Слишком большой уровень токсичности в выхлопных газах.
4. Маленький КПД (коэффициент полезного действия).
5. Небольшой ресурс службы.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типу топлива, они бывают:

1. Бензиновыми.
2. Дизельными.
3. А также газовыми и спиртовыми.

Последние два можно назвать альтернативными, поскольку на сегодняшний день они не получили широкого применения.

Спиртовой ДВС работающий на водороде — самый перспективный и экологичный, он не выбрасывает в атмосферу вредный для здоровья «СО2», который содержится в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Поршневой ДВС состоит из следующих подсистем:

1. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
2. Система впуска.
3. Топливная система.
4. Система смазки.
5. Система зажигания (в бензиновых моторах).
6. Выпускная система.
7. Система охлаждения.
8. Система управления.

Корпус двигателя состоит из нескольких частей, в которые входят: блок цилиндров, а также головка блока цилиндров (ГБЦ). Задача КШМ — преобразовать возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала. Газораспределительный механизм необходим ДВС для обеспечения своевременного впуска в цилиндры топливно-воздушной смеси и такой же своевременный выпуск отработанных газов.

Впускная система служит для своевременной подачи воздуха в двигатель, который необходим для образования топливно-воздушной смеси. Топливная система осуществляет подачу в двигатель топлива, в тандеме две этих системы работают над образованием топливно-воздушной смеси после чего она подается посредством системы впрыска в камеру сгорания.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит благодаря системе зажигания (в бензиновых ДВС), в дизельных моторах воспламенение происходит за счет сжатия смеси и свечей накала.

Система смазки как уже понятно из названия служит для смазки трущихся деталей, снижая тем самым их износ, увеличивая срок их службы и отводя тем самым от их поверхностей температуру. Охлаждение нагревающихся поверхностей и деталей обеспечивает система охлаждения, она отводит температуру при помощи охлаждающей жидкости по своим каналам, которая проходя через радиатор — охлаждается и повторяет цикл. Система выпуска обеспечивает вывод отработанных газов из цилиндров ДВС посредством , которая входит в состав этой системы, снижает шум сопровождаемый выброс газов и их токсичность.

Система управления двигателем (в современных моделях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой компьютер) необходима для электронного управление всеми вышеописанными системами и обеспечения их синхронности.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Принцип работы ДВС базируется на эффекте теплового расширения газов, которое возникает во время сгорания топливно-воздушной смеси, за счет чего осуществляется движение поршня в цилиндре. Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания происходит за два оборота коленвала и состоит из четырех тактов, отсюда и название — четырехтактный двигатель.

1. Первый такт — впуск.
2. Второй — сжатие.
3. Третий — рабочий ход.
4. Четвертый — выпуск.

Во время первых двух тактов — впуска и рабочего такта, движется вниз, за два других сжатие и выпуск – поршень идет вверх. Рабочий цикл каждого из цилиндров настроен таким образом чтобы не совпадать по фазам, это необходимо для того чтобы обеспечить равномерность работы двигателя внутреннего сгорания. Есть в мире и другие двигатели, рабочий цикл которых происходит всего за два такта – сжатие и рабочий ход, этот двигатель называется двухтактным.

На такте впуска топливная система и впускная образуют топливно-воздушную смесь, которая образуется во впускном коллекторе или непосредственно в камере сгорания (все зависит от типа конструкции). Во впускном коллекторе в случае с центральным и распределенным впрыском бензиновых ДВС. В камере сгорания в случае с непосредственным впрыском в бензиновых и дизельных моторах. Топливно-воздушная смесь или воздух во время открытия впускных клапанов ГРМ подается в камеру сгорания за счет разряжения, которое возникает во время движения поршня вниз.

Впускные клапаны закрываются на такте сжатия, после чего топливно-воздушная смесь в цилиндрах двигателя сжимается. Во время такта «рабочий ход» смесь воспламеняется принудительно или самовоспламеняется. После возгорания в камере возникает большое давление, которое создают газы, это давление воздействует на поршень, которому ничего не остается как начать двигаться вниз. Это движение поршня в тесном контакте с кривошипно-шатунным механизмом приводят в движение коленчатый вал, который в свою очередь образует крутящий момент, приводящий колеса автомобиля в движение.

Такт «выпуск» , после чего отработанные газы освобождают камеру сгорания, а после и выпускную систему, уходя охлажденными и частично очищенными в атмосферу.

Короткое резюме

После того как мы рассмотрели принцип работы двигателя внутреннего сгорания можно понять почему ДВС обладает низким КПД, который составляет примерно 40%. В то время как в одном цилиндре происходит полезное действие, остальные цилиндры грубо говоря бездействуют, обеспечивая работу первого тактами: впуск, сжатие, выпуск.

На этом у меня все, надеюсь вам все понятно, после прочтения данной статьи вы легко сможете ответить на вопрос, что такое ДВС и как устроен двигатель внутреннего сгорания. Спасибо за внимание!

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.

Внизу страницы смотрите видео, на котором наглядно показано устройство и принцип работы бензинового ДВС.

В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:

Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск), сжимается (такт второй – сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом , в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

1. Такт первый — ВПУСК . Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.
2. Такт второй – СЖАТИЕ . Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС).
3. Такт третий – РАСШИРЕНИЕ . При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа.
4. Такт четвертый – ВЫПУСК . Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля , необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение .

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

А ты и твой автомобиль готовы к наступившей зиме? Современные гаджеты помогут с комфортом пережить зиму:

Штрафы за пересечение стоп-линии и превышение скорости больше не побеспокоят!

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
• карбюраторные , в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

• инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
• дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

• блок цилиндров , внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
• кривошипно-шатунный механизм , который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
• газораспределительный механизм , который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
• система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси ;
• система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

• Такт первый, впуск . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
• Такт второй, сжатие . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
• Такт третий, расширение . Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
• Такт четвёртый, выпуск . Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры , воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

• Источник питания . Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
• Включатель, или замок зажигания . Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
• Накопитель энергии . Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр) . Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

• Воздухозаборник . Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
• Воздушный фильтр . Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
• Дроссельная заслонка . Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
• Впускной коллектор . Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

• Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
• Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
• Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
• Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
• Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
• Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла ; удаление продуктов нагара и износа ; защита металла от коррозии . Система смазки ДВС включает в себя:

• Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
• Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
• Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
• Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

• Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
• Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
• Резонатор , или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
• Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
• Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

• Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
• Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
• Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
• Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Механизмы и системы обслуживающие двигатель внутреннего сгорания

Впуск в цилиндр четырехтактного дизеля воздуха и выпуск из него отработавших газов совершаются соответственно через впускной и выпускной клапаны с механическим управлением. Продолжительность открытия и закрытия клапанов регулируется с помощью распределительного вала и механизма газораспределения. Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала двигателя через зубчатые шестерни или с помощью цепной передачи. У многих быстроходных дизелей распределительный вал установлен на уровне крышек цилиндров либо непосредственно под клапанами.

На рис. 63 показан этот вариант расположения распределительного вала. Вращение от коленчатого вала к распределительному передается вертикальным промежуточным валом 6 и шестернями 8, 7, 4 и 5. Открытие клапана осуществляется с помощью рычага 2, имеющего ось качания 1 и ролик 3, который при вращении распределительного вала перекатывается по поверхности закрепленной на нем кулачковой шайбы. При подъеме конца рычага с роликом другой его конец опускается и открывает клапан; закрытие клапана осуществляется пружиной, установленной на его штоке и сжимающейся при открытии клапана.

Рис. 63. Механизм газораспределителя быстроходного дизеля.

У многих двигателей средней и малой мощности передача вращения распределительному валу производится цилиндрическими шестернями (см. рис. 54): ведущей 17, установленной на коленчатом валу 16, паразитной 15 и ведомой 18 — на распределительном валу. Распределительный вал 13 с насаженными на него кулачками 14 установлен примерно на уровне средней части картера 2. Ввиду низкого расположения распределительного вала привод клапана осуществляется при помощи длинной штанги 7 и двуплечего рычага 5.

Впускные и выпускные клапаны механизма газораспределения работают в тяжелых условиях, поэтому материал для их изготовления должен обладать жаростойкостью, высокой прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью.

Распределительный вал и кулачковые шайбы также являются ответственными деталями механизма распределения. В быстроходных двигателях распределительный вал изготовлен заодно с кулачками. В тихоходных двигателях шайбы изготовляют в виде отдельных деталей и закрепляют на распределительном валу с помощью шпонок или специальных зажимных приспособлений, позволяющих производить более точную установку каждой шайбы. Расположение кулачковых шайб на распределительном валу (угол их заклинивания), а также их профиль должны обеспечивать определенную последовательность работы клапанов, согласованную с продолжительностью тактов цикла в каждом цилиндре двигателя и с последовательностью работы цилиндров. Углы заклинивания кулачковых шайб согласовывают с расположением кривошипов коленчатого вала.

У реверсивных двигателей для привода каждого клапана имеются две кулачковые шайбы — переднего и заднего хода, так как при реверсе изменяется газораспределение. Кроме кулачковых шайб впускного и выпускного клапанов на распределительном валу закреплены шайбы топливных насосов высокого давления и детали распределителя пускового воздуха, а также различные шестерни.

В двухтактных двигателях конструкция органов газораспределения определяется системой продувки цилиндров.

Топливная система судовой дизельной установки включает: танки для хранения запасов топлива, расходные цистерны, топливоперекачивающие насосы для перекачки топлива из танков в расходные цистерны, комплекс топливоподготовки, топливо-подкачивающие насосы для подачи топлива к топливным насосам высокого давления, фильтры и форсунки.

В комплекс топливоподготовки входят сепараторы в комплекте с насосами и подогревателями, фильтры грубой и тонкой очистки топлива и отстойные цистерны.

Топливоподкачивающий насос предназначен для создания в трубопроводе избыточного давления, необходимого для преодоления сопротивления трубопровода и для обеспечения подпора топливным насосам высокого давления.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для подачи дозированного количества топлива высокого давления через форсунку в камеру сгорания рабочего цилиндра в момент, точно согласованный с положением поршня в цилиндре. При этом необходимо обеспечивать постоянное количество подаваемого топлива на данном режиме работы и определенную продолжительность подачи. Эти насосы бывают индивидуальными и многосекционными (блочными). Индивидуальный ТНВД обеспечивает работу только одного цилиндра, а блочный — работу всех цилиндров дизеля. Такой насос помимо общих требований, предъявляемых к ТНВД, должен обеспечивать также определенную очередность впрыска топлива в цилиндры дизеля.

По способу дозирования топлива и по другим признакам различают топливные насосы плунжерного, золотникового и клапанного типов, с газовыми толкателями и др. Наибольшее применение для судовых двигателей получили топливные насосы плунжерного и золотникового типов.

На рис. 64 показан топливный насос плунжерного типа. Корпус 6 насоса установлен на кронштейне блока цилиндров. Плунжер 1 насоса, расположенный во втулке 4, перемещается под действием толкателя 17 при набегании ролика 18 на выступ кулачковой шайбы. Пружина 2 обеспечивает плавное перемещение плунжера 1 вниз, упираясь в торец стопорной гайки 3, которая закрепляет втулку 4. В корпусе насоса, в нижней части штуцера 7 расположен нагнетательный клапан 5, перпендикулярно к которому слева установлен предохранительный клапан. Всасывающий клапан 10 расположен вертикально, справа от нагнетательного. Контргайка 8 закрывает отверстие в месте установки всасывающего клапана.

Рис. 64. Топливный насос высокого давления.

Топливо, поступая через штуцер 9, заполняет рабочую полость насоса при открытом всасывающем клапане, который работает с помощью штока 12, расположенного во втулке 11 и упирающегося в толкатель 14 штока клапана. На эксцентрик 15, установленный на конце отсечного валика (на рисунке не виден), опирается двуплечий рычаг 16, левый конец которого шарнирно соединен с толкателем 17 плунжера, а правый упирается в толкатель 14 штока клапана.

Продолжительность хода плунжера 1 от момента закрытия всасывающего клапана до момента достижения ВМТ определяет количество топлива, подаваемого в цилиндр двигателя за каждый рабочий цикл. Эта продолжительность зависит от зазора между хвостовиком всасывающего клапана и штоком 12. Для изменения зазора, а вместе с этим и количества подаваемого топлива в зависимости от изменения нагрузки, приложенной к дизелю, поворачивают отсечной валик, а вместе с ним эксцентрик 15, и тем самым поднимают или опускают правый конец рычага 16. Индивидуальное регулирование зазора в каждом насосе с целью равномерного распределения топлива по цилиндрам достигается поворотом болта 13, головка которого упирается в тарелку штока 12. Кулачковая шайба симметричного профиля, от которой получает движение толкатель 17, обеспечивает работу двигателя как на передний, так и на задний ход. Применение всасывающего клапана 10 в качестве перепускного упрощает конструкцию насоса и повышает надежность его работы.

Форсунка служит для распыливания топлива, поступающего от ТНВД, в камере сгорания дизеля. В настоящее время применяются исключительно форсунки закрытого типа, т. е. такие, у которых сопловые отверстия открываются лишь на период впрыска топлива. Запорным органом в них служит игла форсунки, управление которой осуществляется автоматически — давлением самого топлива.

На рис. 65, а показан общий вид закрытой форсунки. Корпус 8 форсунки вставлен в центральное отверстие крышки цилиндра и закреплен шпильками. Топливо нагнетается в форсунку через штуцер, ввертываемый в отверстие корпуса в направлении, указанном на рисунке стрелкой. По каналу 7 в корпусе топливо направляется в иглодержатель 3 иглы 2. Съемный распылитель 1, имеющий от семи до девяти сопловых отверстий диаметром 0,15—0,3 мм, закреплен гайкой 5.

Существуют различные конструкции распылителей форсунок; наиболее распространенная показана на рис. 65, б.

Рис. 65. Устройство закрытой форсунки.

Давление топлива, при котором происходит подъем иглы 2, регулируется пружиной 12, установленной в колпачке 9 с гайкой 11 и пробкой 10. Игла перемещается в отверстиях иглодержателя 3 и плотно прилегает к его стенкам (зазор составляет 1,5—2 мкм). Такой характер сопряжения достигается притиркой. Наибольший подъем (ход) иглы составляет 0,4—0,6 мм. У данной форсунки он ограничен втулкой 4, запрессованной в корпусе форсунки. Возврат иглы на место происходит под давлением пружины через штангу 6. Прокачивание форсунки топливом с целью удаления из нее воздуха производят по каналу 15, закрытому болтом 13 с шариковым клапаном 14 на конце.

Для повышения надежности работы форсунок на дизелях с диаметром цилиндра свыше 400 мм рекомендуется применять форсунки с охлаждением. Обычно отвод теплоты от форсунок производят тем же топливом, которое поступает для работы дизеля.

В последнее время на некоторых дизелях стали применять форсунки с гидравлически запираемой иглой, менее чувствительные к качеству топлива. У этих форсунок игла прижимается к седлу распылителя давлением жидкости — гидросмеси. В качестве гидросмеси применяют смесь смазочного масла с топливом. В такой форсунке отсутствуют пружина, штанга и детали регулировки пружины, что существенно упрощает конструкцию и повышает надежность эксплуатации.

Фильтры входят в состав топливной системы. Между расходным топливным баком и топливоподкачивающим насосом обычно устанавливают сетчатый фильтр грубой очистки, а между топливоподкачивающим насосом и ТНВД — фильтры тонкой очистки низкого давления. Механические включения и продукты окисления топлива удаляют из корпуса фильтра периодической его очисткой или через кран в нижней части корпуса. Фильтрующим материалом в фильтрах низкого Давления является войлок в виде тонких и толстых пластин, надетых на сетчатый каркас, либо специальные фильтровальные ткани и материалы. Фильтр тонкой очистки высокого давления устанавливают перед форсункой или непосредственно в ее корпусе; он служит для предохранения сопловых отверстий форсунки от засорения. Здесь фильтрующим элементом является прошлифованный цилиндрический стержень с продольными каналами либо вставка цилиндрической или конической формы, полученная путем спекания большого количества латунных шариков диаметром 0,25 мм.

Система смазки состоит из циркуляционных масляных насосов, фильтров грубой и тонкой очистки, емкостей для масла, масляного холодильника и связывающих все эти элементы трубопроводов. Назначение системы смазки изложено в гл. X.

Система охлаждения предназначена для подачи охлаждающей жидкости к наиболее нагретым деталям и узлам двигателя, а также для охлаждения масла и наддувочного или продувочного воздуха в соответствующих холодильниках. В качестве охлаждающих жидкостей используют пресную и забортную воду и только для охлаждения головок поршней дизелей большой мощности — масло.

Водяная система охлаждения может быть проточной (одноконтурной) и замкнутой (двухконтурной). При проточной системе через полости охлаждения двигателя прокачивается забортная вода, поступающая через кингстон. Охладив цилиндры, крышки цилиндров, выпускной коллектор и смазочное масло, эта вода сливается за борт. При замкнутой системе охлаждение двигателя осуществляется пресной, а в ряде случаев и дистиллированной водой, циркулирующей по замкнутому кругу (внутренний контур). В свою очередь охлаждение пресной воды производится забортной водой в специальном холодильнике (внешний контур). В настоящее время для большинства дизелей применяются замкнутые системы охлаждения.

НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО ЦЕПИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Раскрытая изобретательская идея, главным образом, относится к устройствам натяжения цепи, используемым вместе с цепями газораспределительного механизма в двигателях внутреннего сгорания. В частности, раскрытая изобретательская идея относится натяжному устройству цепи, изменяющему направление сил, действующих на рычаг натяжения цепи таким образом, что поршень натяжного устройства ориентируется параллельно продольной оси коленчатого вала.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современные двигатели внутреннего сгорания содержат направляющие цепи и устройства натяжения цепи относительно клапанного механизма или систем цепного привода уравновешивающего вала. Такие цепи заменяют, например, зубчатые передачи и зубчатые ремни, соединяющие коленчатый вал с распределительными валами. Несмотря на то, что обеспечивается большая эффективность и срок службы по сравнению с предыдущими способами соединения коленчатого вала и распределительного вала, цепи газораспределительного механизма должны работать при заранее определенном значении натяжения для минимизации износа и уменьшения вибрации и шума.

Чтобы удовлетворить этому требованию, цепь газораспределительного механизма располагают под натяжением по всей длине ее перемещения посредством одного или нескольких устройств натяжения. Рычаги натяжения цепи обычно предусматривают в двигателях внутреннего сгорания для продольного растяжение цепи и уменьшения продольных и поперечных вибраций цепи, которые могут быть вызваны волнениями, исходящими от распределительного вала, коленчатого вала и сопутствующих компонентов. Направляющие цепи используют вместе с рычагами натяжения цепи для поддержания правильного курса перемещения цепи.

Рычаги натяжения цепи создают натяжение в цепи газораспределительного механизма двигателя через натяжные механизмы. Такие механизмы могут приводиться в действие механически или гидравлически. Обеспечивая, по большей части, удовлетворительные результаты, известные механизмы натяжения громоздки, и сложны в компоновке в заданном пространстве двигателя. Так как для удовлетворения требованиям покупателей и правительственным нормам автомобильные двигатели становятся меньше в размерах и более эффективными, системы привода газораспределительного механизма двигателя должны занимать меньшее посадочное место. Известные технологии в большинстве своем не могут минимизировать размер системы цепи газораспределительного механизма.

Как и во многих областях автомобильной технологии, всегда есть место для улучшений конструкций систем натяжения цепи газораспределения, используемых в двигателе внутреннего сгорания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрытое изобретение решает проблемы известных структур устройств натяжения цепи газораспределительного механизма путем обеспечения механизма, изменяющего направление силы, действующей на рычаг натяжения цепи таким образом, что поршень натяжного устройства ориентируется параллельно продольной оси коленчатого вала. Благодаря такой ориентации натяжного устройства овальный размер двигателя может быть существенно уменьшен, тем самым, позволяя приводу газораспределительного механизма двигателя занимать меньшее посадочное место.

Узел натяжного устройства раскрытой изобретательской идеи пригоден для использования с двигателем внутреннего сгорания, имеющим коленчатый вал и распределительный вал, установленные с возможностью вращения в блоке двигателя. Коленчатый вал имеет продольную ось. Узел натяжного устройства содержит звездочку коленчатого вала, прикрепленную к коленчатому валу, звездочку распределительного вала, прикрепленную к распределительному валу и цепь газораспределительного механизма, выполненную с возможностью вхождения в зацепление с указанными звездочками.

Натяжное устройство цепи газораспределительного механизма прикреплено с возможностью поворота к блоку двигателя. Механизм натяжения цепи обеспечивает компенсацию провисания цепи газораспределительного механизма. Механизм натяжения цепи содержит механизм передачи поворотного усилия, цилиндрическое тело с продольной осью, параллельной продольной оси коленчатого вала, и возвратно-поступательный поршень натяжного устройства в теле и входит в зацепление с механизмом передачи поворотного усилия для перемещения передаточного механизма в положение, обеспечивающее необходимое натяжение цепи газораспределительного механизма, через натяжное устройство цепи газораспределительного механизма.

Согласно первому варианту осуществления раскрытой изобретательской идеи, механизм передачи поворотного усилия содержит запрессованный шарнирный штифт, установленный с возможностью поворота в блоке двигателя. Согласно второму варианту осуществления раскрытой изобретательской идеи, механизм передачи поворотного усилия содержит поворотный стержень, образующий с указанным механизмом единое целое. Поворотный стержень установлен с возможностью поворота в блоке двигателя.

Возвратно-поступательный поршень может приводиться в действие механически, пневматически или с помощью комбинации пневматической силы и механической силы.

Вышеуказанные преимущества, а также другие преимущества и отличительные признаки станут понятны из нижеследующего раскрытия предпочтительных вариантов осуществления при рассмотрении вместе с прилагаемыми графическими материалами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для более полного понимания настоящего изобретения будут рассмотрены варианты осуществления, подробно проиллюстрированные в прилагаемых графических материалах и раскрытые ниже на примерах изобретения, где:

На фиг. 1 схематично проиллюстрирована часть двигателя внутреннего сгорания с непрерывно движущейся цепью, проведенной над рычагом натяжения цепи с механизмом натяжения цепи согласно раскрытой изобретательской идее;

На фиг. 2 проиллюстрирован вид в перспективе рычага натяжения цепи с натяжным устройством цепи согласно раскрытой изобретательской идее;

На фиг. 3 проиллюстрирован вид в аксонометрии натяжного устройства цепи согласно раскрытой изобретательской идее; и

На фиг. 4 проиллюстрирован вид в аксонометрии альтернативного варианта осуществления натяжного устройства цепи согласно раскрытой изобретательской идее.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В нижеследующих фигурах одинаковые номера позиций используют для обозначения одинаковых компонентов. В нижеследующем раскрытии различные параметры работы и компоненты раскрыты для разных конструктивных вариантов осуществления. Эти конкретные параметры и компоненты приведены в качестве примера и не несут ограничительного смысла.

В целом, раскрытая изобретательская идея обеспечивает механизм натяжения цепи, изменяющий направление силы, действующей на рычаг натяжения цепи таким образом, что поршень натяжного устройства ориентируется параллельно продольной оси коленчатого вала. В частности, на фиг. 1 схематично проиллюстрирована часть двигателя внутреннего сгорания с непрерывно движущейся цепью, проведенной над рычагом натяжения цепи с механизмом натяжения цепи согласно раскрытой изобретательской идее, двигатель целиком обозначен номером 10. Двигатель 10 приведен с иллюстративной целью и не несет ограничительного смысла, таким образом, следует понимать, что раскрытая изобретательская идея может иметь множество вариантов применения практически для любой системы цепного привода с рычагом натяжения цепи или направляющей цепи, или с ними обоими.

Как показано на фиг. 1, двигатель 10 содержит блок 12 двигателя, только часть которого проиллюстрирована на фигуре. Двигатель 10 также содержит звездочку 14 распределительного вала, установленную на распределительном вале 16. Несмотря на то, что показан только один распределительный вал 16 и одна соединенная с ним звездочка 14, понятно, что подобная компоновка с двумя распределительными валами также может соответствовать раскрытой изобретательской идее. Двигатель 10 также содержит звездочку 18 коленчатого вала, смонтированную на коленчатом вале 20.

Цепь 22 газораспределительного механизма проведен по звездочке 14 распределительного вала и звездочке 18 коленчатого вала. Направляющая 24 цепи газораспределительного механизма, имеющая тело 26 направляющей, прикреплена к узлу 12 двигателя и обеспечивает направление для цепи 22 газораспределительного механизма. Направляющая 24 цепи газораспределительного механизма выполнена из нейлона или подобного алифатического полиамида. Тело 26 направляющей цепи содержит контактную поверхность 28 для цепи газораспределительного механизма из износостойкого материала.

Рычаг 30 натяжения цепи, имеющий тело 32 рычага натяжения цепи, прикреплен с возможностью поворота к блоку 12 двигателя посредством болта 34. Рычаг 30 натяжения цепи предпочтительно выполнен из нейлона или подобного алифатического полиамида. Рычаг 30 натяжения цепи прилагает постоянной давление к цепи 22 газораспределительного механизма, тем самым, поддерживая нужное натяжение во время работы двигателя. Рычаг 30 натяжения цепи содержит контактную поверхность 36 для цепи газораспределительного механизма из износостойкого материала.

Узел 38 механизма натяжения цепи прикладывает подходящее натяжение к концу рычага 30 натяжения цепи, противоположному концу рычага 30 натяжения цепи, прикрепленному к блоку 12 двигателя посредством болта 34 с заплечиком. Узел 38 механизма натяжения будет более подробно рассмотрен со ссылкой на фигуры 2 и 3.

На фигуре 2 показан вид в перспективе рычага 30 натяжения цепи и узла 38 механизма натяжения цепи. Натяжение цепи (НЦ) создают вдоль контактной поверхности 36 для цепи газораспределительного механизма. На фигуре 3 показан вид в перспективе узла 38 механизма натяжения цепи. На фигурах 2 и 3 узел 38 механизма натяжения цепи содержит механизм 40 передачи поворотного усилия, прикрепленный к приводному элементу 42. Приводной элемент 42 содержит поршень 44 натяжного устройства, подвижно расположенный внутри цилиндрического тела 46. Цилиндрическое тело 46 содержит полый цилиндр, внутри которого поршень 44 натяжного устройства может перемешаться в осевом направлении. Цилиндрическое тело 46 установлено на блоке 12 двигателя. Продольная ось цилиндрического тела 46 аксиально выровнена с продольной осью коленчатого вала двигателя.

Приводной элемент 42 может приводиться в действие пневматически, механически через упругую деталь, например, пружину, или посредством комбинации способов. Гидравлическое давление может быть создано путем подачи масла под давлением, обычно из системы подачи смазки двигателя.

Шарнирный штифт 48 запрессован в механизм 40 передачи поворотного усилия и установлен с возможностью вращения в блоке 12 двигателя. Шарнирный штифт 48 обеспечивает поворот механизма 40 передачи поворотного усилия в ответ на возвратно-поступательное движение поршня 44 натяжного устройства.

На фигуре 4 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления устройства механизма натяжения цепи согласно раскрытой изобретательской идее. На фигуре показан узел 50 механизма натяжения цепи. Узел 50 механизма натяжения цепи содержит механизм 52 передачи поворотного усилия, прикрепленный к приводному элементу 54. Подобно узлу 36 механизма натяжения цепи, проиллюстрированному на фигурах 2 и 3 и раскрытому в отношении приводного элемента, приводной элемент 54 предпочтительно, хотя и не обязательно, представлен гидравлическим элементом, содержащим поршень 56 натяжного устройства, подвижно расположенный в цилиндре 58. Цилиндр 58 также установлен на блоке 12 двигателя. Поршень 56 натяжного устройства сопряжен с механизмом 52 передачи поворотного усилия.

Поворотный стержень 60 образован как единое целое с механизмом 52 передачи поворотного усилия и установлен с возможностью поворота в блоке 12 двигателя. Поворотный стержень 60 запускает поворот механизма 52 передачи поворотного усилия в ответ на возвратно-поступательное перемещение поршня 56 натяжного устройства.

Как отмечалось ранее, узел 38 (или 50) механизма натяжения цепи изменяет направление силы, действующей на рычаг 30 натяжения цепи, таким образом, что поршень 44 (или 56) натяжного устройства ориентируется параллельно продольной оси коленчатого вала.

При работе механическая сила или гидравлическая сила, или их комбинация, уравновешивают цепь 22 газораспределительного механизма, проходящую напротив поршня 44 (или 56) натяжного устройства. В частности, когда имеет место провисание цепи 22 газораспределительного механизма, пневматические или механические силы толкают поршень 44 (или 56) натяжного устройства в направлении от цилиндрического тела 46 (или 58) и прикладывают силу к механизму 40 (или 52) передачи поворотного усилия, увеличивая натяжение цепи 22 газораспределительного механизма, и, тем самым, компенсируют провисание.

С другой стороны, когда возрастает натяжение цепи 22 газораспределительного механизма, например, из-за быстрого изменения частоты вращения двигателя, сила, с которой цепь 22 газораспределительного механизма воздействует на поршень 44 (или 56) натяжного устройства, приводит обратному ходу поршня 44 (или 56) натяжного устройства в цилиндрическое тело 46 (или 58), чтобы установить новое равновесие сил, т.е. сила цепи уравновешивает упругие или гидравлические силы.

Благодаря тому, что механизм 40 (или 52) передачи поворотного усилия действует перпендикулярно линии цепи 22 газораспределительного механизма, раскрытая изобретательская идея позволяет существенно уменьшить общий размер двигателя. Уменьшение необходимого пространства обеспечивается без снижения эффективности работы узла 38 (или 50) механизма натяжения цепи.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно из настоящего обсуждения, прилагаемых графических материалов и формулы изобретения, что возможны различные изменения, модификации и разновидности без отклонения от идеи и объема изобретения, определяемого нижеследующей формулой изобретения.

Общее устройство и механизмы двигателя.

Страница созданная учащимся Чернецовым Алексеем гр 370″Б» 

 
Презентация на тему Общее устройство и механизмы двигателя.

Презентация без названия

Презентация без названия

Двигатель

Общее устройство и принцип работы двигателя

Общее устройство.

Двигатель состоит из цилиндра 5 и картера 6, который снизу закрыт поддоном 9 (рис. а). Внутри цилиндра перемещается поршень 4 с компрессионными (уплотнительными) кольцами 2, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец 3 и шатун 14 связан с коленчатым валом 8, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек 13, щек 10 и шатунной шейки 11. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (см. рис. 6).

Сверху цилиндр 5 накрыт головкой 1 с клапанами 15 и 17, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня.

Схема устройства поршневого двигателя внутреннего сгорания:
а — продольный вид, б — поперечный вид; 1 — головка цилиндра, 2 — кольцо,
3 — палец, 4 — поршень, 5 — цилиндр, 6 — картер, 7 — маховик, 8 — коленчатый вал,
9 — поддон, 10 — щека, 11 — шатунная шейка, 12 — коренной подшипник, 13 — коренная шейка,
14 — шатун, 15, 17- клапаны, 16 — форсунка

Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю: верхней мертвой точкой (ВМТ), соответствующей наибольшему удалению поршня от вала (см. рис. 6), и нижней мертвой точкой (НМТ), соответствующей наименьшему удалению его от вала.

Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком 7, имеющим форму диска с массивным ободом.

Расстояние, проходимое поршнем, между мертвыми точками называется ходом поршня S, а расстояние между осями коренных и шатунных шеек — радиусом кривошипа R (рис. б). Ход поршня равен двум радиусам кривошипа: S = 2R. Объем, который описывает поршень за один ход, называется рабочим объемом цилиндра (литражом) V_h:

V_h = (¶ / 4)D²S.

Объем над поршнем V_c в положении ВМТ (см. рис. а) и называется объемом камеры сгорания (сжатия). Сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания составляет полный объем цилиндра V_a:

V_a=V_h + V_c.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия е:

е = V_a / V_c.

Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, так как сильно влияет на его экономичность и мощность.

Принцип работы.

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ.

Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и их давление. Так как давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы расширятся, совершая полезную работу. Работа, производимая расширяющимися газами, посредством кривошипно-шатунного механизма передается коленчатому валу, а от него на трансмиссию и колеса автомобиля.

Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан 15 и топлива через форсунку 16 или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через выпускной клапан 17. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива.

1. Такт впуска — Впускается топливо-воздушная смесь
2. Такт сжатия — Смесь сжимается и поджигается
3. Такт расширения — Смесь сгорает и толкает поршень вниз
4. Такт выпуска — Продукты горения выпускаются

Принцип действия. Сгорание топлива происходит в камере сгорания, которая расположена внутри цилиндра двигателя, куда жидкое топливо вводится в смеси с воздухом или раздельно. Тепловая энергия, полученная при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Продукты сгорания удаляются из цилиндра, а на их место всасывается новая порция топлива. Совокупность процессов, происходящих в цилиндре от впуска заряда (рабочей смеси или воздуха) до выпуска отработанных газов, составляет действительный или рабочий цикл двигателя.

Системы и механизмы двигателя, и их назначение.

Кривошипно-шатунный механизмвоспринимает давление газов в цилиндрах и преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра, головки, поршня, поршневого пальца, шатуна, картера, коленчатого вала и других деталей.

Система питанияпроизводит подготовку новой порции рабочей смеси, состоящей из воздуха и топлива, и ее подвод в цилиндры двигателя. У карбюраторного двигателя она состоит из воздухоочистителя, фланца, карбюратора, впускного трубопровода, топливного насоса с фильтром-отстойником, бензопровода и бензобака.

Механизм газораспределенияуправляет своевременным впуском свежего заряда топлива и выпуском отработавших газов. Он состоит из распределительных шестерен, кулачкового вала, толкателя, пружины и клапанов.

Система зажиганиякарбюраторных двигателей обеспечивает подачу импульса электротока высокого напряжения на контакты свечи для получения искры, необходимой для воспламенения рабочей смеси.

Система охлажденияпредотвращает перегрев двигателя отводом тепла от стенок цилиндров и головок. Она состоит из водяных рубашек, блока и головок, радиатора, вентилятора водяного насоса и других элементов.

Система смазкиобеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям и отвод продуктов износа. Она состоит из масляного поддона, насоса, фильтров грубой и тонкой очистки масла, маслопроводов и масляных клапанов.

Кроме перечисленных систем и механизмов двигатель оборудуется пусковым устройством, приборами контроля и управления и вспомогательными механизмами, например подогревателями.

Основные понятия и термины. Мертвые точки — это крайние положения, занимаемые поршнем при его движении. Наиболее отдаленное положение поршня от оси коленчатого вала называется верхней мертвой точкой (ВМТ), наиболее близкое положение — нижней мертвой точкой (НМТ).

Ход поршня — это расстояние между крайними положениями поршня, равное двойному радиусу кривошипа.

Рабочий объем цилиндр — это объем, освобождаемый в цилиндре при перемещении поршня от ВМТ до НМТ.

Объем камеры сжатия — это объем пространства, образуемого над поршнем при положении его в ВМТ.

Полный объем цилиндра — это сумма рабочего объема и объема камеры сжатия.

Степень сжатия — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия.

Проектирование механизмов двухцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (Курсовая работа)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Динамический анализ рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения (графическая часть – лист №1)

2. Силовое исследование рычажного механизма (графическая часть – лист №2).

3. Проектирование зубчатой передачи и планетарного редуктора (графическая часть – лист №3)

4. Проектирование кулачкового механизма (графическая часть – лист №4)

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Научной основой создания новых высокоэффективных, надежных машин и приборов и технологических линий является теория механизмов и машин – наука об общих методах исследования и проектирования.

В свете задач, стоящих перед машиностроительной промышленностью, особое значение приобретает качество подготовки высококвалифицированных инженеров. Современный инженер-конструктор должен владеть современными методами расчета и конструирования новых быстроходных автоматизированных и быстроходных машин. Рационально спроектированная машина должна удовлетворять социальным требованиям – безопасности обслуживания и создания наилучших условий для обслуживающего персонала, а также эксплуатационным, технологическим и производственным требованиям. Эти требования представляют собой сложный комплекс задач, которые должны быть решены в процессе проектирования новой машины.

Решение этих задач на начальной стадии проектирования состоит в выполнении анализа и синтеза проектируемой машины, а также в разработке ее кинематической схемы, обеспечивающей с достаточным приближением воспроизведение требуемого закона движения.

Для выполнения этих задач студент – будущий инженер – должен изучить основные положения теории механизмов и общие методы кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов, а также приобрести навыки в применении этих методов к исследованию и проектированию кинематических схем механизмов и машин различных типов.

Поэтому наряду с изучением курса теории механизмов и машин в учебных планах предусматривается обязательное выполнение студентами курсового проекта по теории механизмов и машин. Проект содержит задачи по исследованию и проектированию машин, состоящих из сложных и простых в структурном отношении механизмов (шарнирно-рычажных, кулачковых, зубчатых и т.д.). Курсовое проектирование способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических знаний, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной инженерной задачи по исследованию и расчету механизмов и машин; оно развивает у студента творческую инициативу и самостоятельность, повышает его интерес к изучению дисциплины и прививает навыки научно-исследовательской работы.

В данном курсовом проекте рассмотрены механизмы двухцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, такие как:

I Динамический синтез рычажного механизма по коэффициенту неравномерности движения (графическая часть – лист № 1)

1.1 Построение планов положений для 12 положений ведущего звена и соответствующих им планов скоростей:

Планы положений:

Масштаб планов положений μ_l = l_OA / (OA) = 0,305 / 180 = 0,00169 м/мм.

Планы скоростей:

U_1P = U_Z^*_Z^** · U_NH ;

U_1P = n₁ / n_P ;

n₁ = n_P · U_1P ;

U_Z^*_Z^** = Z^** / Z^* = 30 / 17 = 1,76 ;

U_NH = 5,1;

U_1P = 1,76 · 5.1 = 9 ;

n₁ = 240 · 9 = 2160 об/мин – частота вращения кривошипа 1.

Для каждого из 12 планов положений строится план скоростей.

Скорость точки В, V_В(АВ):

V_В = ω₁l_АВ = 226,08 0,0825 = 18,65 м/с,

где рад/с – угловая скорость вращения кривошипа 1.

Скорость точки С определим, решая графически систему векторных уравнений:

гдеV_СВ – скорость движения точки С относительно точки В, V_СВСВ;

V_С0 = 0 м/с – скорость точки С₀, лежащей на стойке;

V_СС0 – скорость движения точки С относительно точки С0, V_СС0OХ.

Скорость точки D определяется из пропорции:

, V_D(DВ):

Угловая скорость вращения шатуна 2:

, рад/с.

Для определения скорости точки E графически решается система уравнений

где V_ED – скорость движения точки E относительно точки D, V_ED  ED;

V_E0 = 0 м/с – скорость точки E₀, лежащей на стойке;

V_EE0 – скорость движения точки E относительно точки E₀, V_EE0 OY.

Угловая скорость вращения шатуна 4:

, рад/с.

Масштаб планов скоростей μ_V = V_B / (pв) = 18,65 / 50 = 0,373 м∙c^–1/мм.

1.2 Построение графика приведенного к ведущему звену момента инерции механизма в зависимости от угла поворота звена приведения для цикла установившегося движения

Приведенный момент инерции для каждого положения механизма определяется по формуле, [1], стр.337:

где m₂, m₃, m₄ и m₅ – соответственно массы звеньев 2, 3, 4 и 5, кг;

J_S1, J_S2, J_S4 – моменты инерции звеньев 1, 2 и 4, кг∙м²;

V_S2, V_S4 – скорости центров масс звеньев 2 и 4, м/с.

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

10.4 Усовершенствованные низкотемпературные системы сгорания

В дизельном двигателе сгорание топлива до постановления Агентства по охране окружающей среды США 2010 года определялось обычным сгоранием для широкого диапазона уровней NO _x от 0,4 до более 10 г / (л.с. / ч). Для уровня NO _x (0,2 г / (л. С. Ч)) EPA 2010 и даже ниже были предложены различные режимы LTC, чтобы попытаться контролировать как выбросы в цилиндрах, так и BSFC. LTC привлекает большое внимание в отрасли тяжелых дизельных двигателей.LTC включает в себя множество инновационных и различных механизмов предварительно смешанного горения, обнаруженных многими исследователями, такими как PCCI (Kanda et al. , 2005, 2006; Zhang et al. , 2009; Murata et al. , 2010 ), HCCI (Stanglmaier and Roberts, 1999; Epping et al. , 2002; zhao et al. , 2003; Cracknell et al. , 2008; Schleyer, 2006; Zhao, 2007), воспламенение от сжатия ( PCI), модулированная кинетика (MK), Unibus и воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI) (Reitz, 2010) и т. Д.

Общей чертой LTC является улучшение предварительного смешивания топлива и воздуха и поддержание низкой температуры сгорания, чтобы одновременно избежать образования NO _x и сажи (De Ojeda et al. , 2007, 2008, 2009; Musculus и др. , 2011). LTC также потенциально может предложить низкий расход топлива из-за короткой продолжительности сгорания. Высокий термический КПД и низкие выбросы NO _x , сажи, HC и CO требуют точного контроля процесса LTC при самовоспламенении и времени сгорания, чтобы заряд реакционной смеси в цилиндре сгорал в области одновременно низкого уровня. выбросы на известной диаграмме ϕ — T , обычно используемой при анализе горения (рис.10.3). LTC обычно использует высокую скорость рециркуляции отработавших газов, высокое давление наддува, высокую степень сжатия, бедную смесь (но с высоким допуском для высокого эквивалентного отношения или низкого отношения воздух-топливо) и высокую скорость горения для достижения чрезвычайно низкого выхлопа двигателя NO _x и выбросы ТЧ и может соответствовать стандарту выбросов США 2010 года с решениями для цилиндров. Система рециркуляции отработавших газов и время закрытия впускного клапана (IVC) обычно используются в PCCI или HCCI для управления оптимальным фазированием сгорания дизельного топлива.

10.3. Иллюстрация низкотемпературного горения.

Ранний PCCI относится к впрыску топлива намного раньше верхней мертвой точки (ВМТ), а события воспламенения и горения обычно происходят до ВМТ. Поздний PCCI относится к впрыску топлива после ВМТ, а события воспламенения и горения происходят далеко после ВМТ. Как ранний, так и поздний PCCI могут полагаться на длительные задержки зажигания для достижения хорошего перемешивания и получения очень низких NO _x и сажи при низком BMEP. Ранний PCCI обладает хорошей стабильностью и низким расходом топлива, но он требует более высокой скорости рециркуляции отработавших газов и генерирует более высокое пиковое давление в цилиндре, более высокий шум сгорания и более ограниченный диапазон BMEP, чем поздний PCCI.Поздний PCCI имеет более узкий диапазон стабильности горения и, следовательно, обычно требует датчика горения для его контроля. Стэнтон (2008) показывает, что ранний PCCI превосходит поздний PCCI и бездымное обогащенное сгорание на низких скоростях и нагрузках с точки зрения теплового КПД при таком же низком уровне NO _x , равном 0,2 г / (л.с. / час).

LTC обычно сталкивается с проблемами высоких выбросов HC и CO из-за сложностей в управлении зажиганием, а иногда проблемы достаточно серьезны, чтобы привести к высокому BSFC. Высокие выбросы HC и CO обусловлены относительно низкой летучестью дизельного топлива, конденсацией топлива и гашением пламени на поверхности камеры сгорания или в щели, а также столкновением со стенкой распылителя (Miles et al., 2010). Попадание жидкого топлива на стены иногда также может затруднить удаление сажи в LTC.

Хотя HC и CO можно контролировать с помощью дизельного окислительного катализатора (DOC), высокий BSFC и высокий уровень выбросов CO ₂ по-прежнему являются проблемой для LTC в плане соблюдения нормативных требований по парниковым газам (GHG). Преимущество топливной экономичности дизельных HCCI / PCCI ограничено нынешней неспособностью адекватно контролировать оптимальную фазу сгорания и попадание жидкого топлива, особенно при высоких нагрузках.В LTC с кинетическим управлением имеется только небольшое окно сгорания для одновременного низкого уровня выбросов и высокого теплового КПД, и это окно очень трудно контролировать при различных скоростях и нагрузках. Разница BSFC между LTC и обычным дизельным топливом заключается в сложной комбинации нескольких следующих аспектов. Контролируемое время сгорания, более бедная и предварительно смешанная смесь, меньшие потери теплопередачи в цилиндрах, меньшее количество поступающего кислорода LTC могут дать некоторые комбинированные преимущества с точки зрения теплового КПД (например,г., всего 7%). Однако более низкая степень сжатия, пониженная эффективность сгорания (связанная с чрезмерными выбросами HC и CO) и более высокая температура всасываемого заряда могут в определенной степени компенсировать выигрыш в тепловом КПД (например, на 3%). Наконец, может быть либо чистая прибыль, либо потеря BSFC для LTC по сравнению с обычным сжиганием (Musculus et al. , 2011).

Нижняя граница диапазона нагрузок при работе LTC ограничена стабильностью воспламенения и горения. Запуск LTC при высоких нагрузках также является нерешенной проблемой.Работа LTC при высоких нагрузках ограничена или запрещена высоким коэффициентом эквивалентности (низким соотношением воздух-топливо), высоким выбросом сажи и чрезмерно высоким пиковым давлением в цилиндре и скоростью нарастания. Диапазон нагрузки от минимальной до максимальной, достижимой в PCCI / HCCI, зависит от цетанового числа топлива. Проблема внедрения LTC возникает не только из-за контроля стабильной фазировки сгорания (через EGR и VVA) и управления переходами между различными режимами сгорания от низких нагрузок до высоких (и наоборот), но также из-за того, что камера сгорания и Конфигурация сопла форсунки должна быть совместима с обычным сгоранием.Несмотря на то, что диапазон скоростей-нагрузок LTC расширяется за счет передовых технологий сгорания, в настоящее время обычное сгорание на дизельном топливе все еще необходимо использовать при высоких нагрузках. Следует отметить, что режимы высокой или полной нагрузки часто являются критическими режимами, используемыми при проектировании системы дизельного двигателя.

В PCCI с кинетическим управлением поиск оптимальной топливной смеси для управления реактивностью является эффективным способом расширения диапазона BMEP для HCCI / PCCI. Стоит отметить новый развивающийся режим горения, RCCI (Reitz et al., 2009 г .; Reitz, 2010; Разветвитель и др. , 2010, 2011a, 2011b, 2011c; Kokjohn et al. , 2011 г .; Wagner et al. , 2011 г .; Nieman et al. , 2012). Это режим горения между дизельным HCCI и самовоспламенением с бензиновым двигателем (CAI) с точки зрения химии горения. Концепция RCCI заключается в достижении высокого теплового КПД и низкого уровня выбросов NO _x и сажи в широком диапазоне нагрузок двигателя путем смешивания топлива с различной реактивностью в цилиндре.RCCI использует прямой впрыск дизельного топлива плюс впрыск бензина или прямой впрыск бензина с добавками (например, 75–90% бензина плюс 25–10% дизельного топлива) для контроля условий заряда в цилиндрах и работы в цикле воспламенения от сжатия. Хорошо известно, что высокая летучесть топлива (например, смесь дизельного топлива и бензина в цилиндре) может способствовать смешиванию. Как указал Рейц (2010), дизельное топливо легко воспламеняется, но его трудно испарять, а бензин трудно воспламенить, но он может легко испаряться.Оба вида топлива имеют преимущества и недостатки с точки зрения контроля HCCI / PCCI. Дизельное топливо подходит для сгорания с предварительной смесью при низкой нагрузке, но при высоких нагрузках может вызвать сгорание слишком рано, и поэтому дизельное топливо сталкивается с пределом нагрузки при высоком BMEP. Напротив, бензин плохо сгорает при низких нагрузках, но может обеспечивать хорошее сгорание при высоких нагрузках. Следовательно, двухтопливное сгорание с воспламенением от сжатия может предложить жизнеспособный путь для решения проблемы ограничения диапазона нагрузок HCCI / PCCI, чтобы должным образом контролировать время сгорания и скорость повышения давления в цилиндре, а также расширить пределы нагрузки для чистого дизельного топлива или бензина.

Следует отметить, что добавление соотношения дизельного топлива и бензина в управление LTC обеспечивает еще одно важное измерение параметров управления сгоранием. RCCI имеет гораздо более высокие выбросы HC и CO (как и бензиновые двигатели), чем обычные дизельные двигатели, и поэтому требует катализаторов окисления HC и CO. Хотя эффективность сгорания RCCI ниже, чем у обычного дизельного топлива (например, 97% против 99% из-за чрезмерных выбросов углеводородов), преимущества RCCI с точки зрения времени сгорания, степени эквивалентности бедной смеси, значительно сниженной скорости рециркуляции отработавших газов (например.g., нулевая система рециркуляции выхлопных газов) и снижение насосных / тепловых потерь, а также меньшая теплопередача в цилиндрах могут дать чистую прибыль в несколько процентных пунктов увеличения теплового КПД. Сообщалось (Reitz, 2010), что RCCI может предложить примерно 20% улучшение теплового КПД по сравнению с обычным дизельным сгоранием, обеспечивая при этом выбросы NO _x и ТЧ без дополнительной обработки. Reitz (2010) также сообщил, что RCCI может достичь высокого теплового КПД, превышающего 50%, как для двигателей большой мощности, так и для двигателей малой мощности.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

«Усовершенствованный поршневой двигатель внутреннего сгорания без коленчатого вала и шатунного механизма», Труды осенней технической конференции 2006 г. Отделения двигателей внутреннего сгорания ASME — ICEF2006, 5-8 ноября 2006 г., Сакраменто, Калифорния, США, документ № ICE2006-1519 , 10 п.

10 Copyright © 2006 by ASME

Давайте посмотрим на негативы. Выглядит забавно, кажется, самая частая реакция

, но автор может ее пропустить. Это не требует для

боковой стабилизации «масляно-жидких ползунов». Это потому, что поршень

должен иметь небольшой «люфт», то есть

не должен царапать стенки поршня, и потому что «кольца» те может быть использован

, чтобы создать этот зазор без потери сжатия, чтобы

учитывал тепловое энергетическое (тепловое) расширение, небольшое количество

«удар» может произойти в середине хода, как раз тогда, когда поршневые штоки изменяют

чувство направления движения.Это может быть адекватно подавлено

слайдами (которые могут постоянно подаваться масляной жидкостью)

, за исключением случаев, когда может возникнуть ужасный резонанс. Однако

, потому что узел может иметь очень простую и фундаментальную резонансную частоту

, и потому что «вся» конструкция бесшатунного поршневого двигателя IC

, насоса MF или компрессора MP

и двигателя FM или PM может распознавать В случае необходимости

, чтобы избежать этой проблемы, храповой механизм ЯМР

может быть оборудован «демпферами резонанса» — общепринятым

«лучшим методом» решения неизбежных резонансных проблем

.

Беглый взгляд на эскизы анимации (см. Рис. 2 и 5)

может раскрыть все. То, что автор мог подумать, может быть камерой сгорания бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания

с впускным и выпускным отверстиями для воздуха

, топливной форсункой и парой свечей зажигания

(с избытком воздуха) — может быть также «настраиваемым» демпфером

. Может существовать теоретическая «резонансная» опасность, но с помощью

«подстройки» подачи жидкого топлива и подстройки

выпускного отверстия и продолжительности резонансного усиления можно избежать.

Обычные C2M представляют собой относительно простое в изготовлении механическое устройство

, а с его мягкими подшипниками и масляно-жидкостной системой охлаждения под высоким давлением

оно достаточно хорошо работает для

в большинстве приложений. С другой стороны, усовершенствованный мехатронный коммутатор NMR

должен быть спроектирован с высокой точностью, при этом особое внимание

уделяется снятию напряжений.

ВЫВОДЫ

Смена поколений C2M происходит во всем мире

.Автор проводил научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по усовершенствованному мехатронному комбайну ЯМР

, поршневому двигателю внутреннего сгорания, то есть двух-, четырех- или даже пятитактному термодинамическому циклу

, сдвоенному двигателю. поршневой оппозитный, кривошипно-поршневой

без поршневого двигателя

, названный двигателями Фиялковского на

на протяжении двадцати лет [1-3].

В большинстве обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания возвратно-поступательное движение поршней приводит в движение вращающийся коленчатый вал.Заметное исключение

из этой общей конфигурации; Двигатель Fijalkowski

может использовать мехатронный коммутатор ЯМР вместо механомеханических (M-M) коммутаторов

M-RM / RM-LM,

— это C2M. По сравнению с более ранними коммутаторами LM-RM / RM-LM M-M

, это C2M; Мехатронные коммутаторы ЯМР

более ориентированы на практику, особенно с точки зрения удобства эксплуатации

и требований к пространству для ультрасовременных инновационных методов мехатроники ЯМР

.

Мехатронные коммутаторы LM-RM / RM-LM и / или LM-LM или RM-RM NMR

адаптируют характеристики энергии механизма

к рабочим требованиям.

Изобретатель готов вести переговоры со всеми заинтересованными сторонами

относительно применения данного изобретения в производстве. Он

, в настоящее время ищет начальное финансирование от инвесторов и правительства.

предоставляет грант для создания альфа-прототипа, чтобы установить осуществимость предлагаемого высокоэффективного бесшатунного двигателя с противоположным поршнем.

закупает двигатель внутреннего сгорания.Экспериментальная физическая модель двигателя

Fijalkowski, которую будет предлагать автор, должна быть собрана и протестирована на

. Средняя мощность экспериментальной физической модели

двигателя Фиялковского составит 25 кВт при

2000 об / мин.

Целью данной статьи является получение обратной связи от

разработчиков HPS (первичных двигателей), которые

работают в автомобильной, аэрокосмической, морской и других отраслях промышленности.

Двигатель Фиялковского может быть гораздо более практичным, чем

обычные поршневые двигатели внутреннего сгорания, и, вероятно, будет производиться в автомобильной, аэрокосмической, морской и других отраслях

в не столь отдаленном будущем. На это надеется автор

, который работает над достижением этой цели, используя несколько инновационных мехатронных методов

искусственного интеллекта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Fijalkowski B.Т., 1986, «Будущие гибридные электромеханические

очень продвинутые силовые установки для гражданских колесных и гусеничных вездеходов

с чрезвычайно высокой мобильностью». Proc. EVS 8:

8-й Международный симпозиум по электромобилям, Вашингтон,

, округ Колумбия, 20-23 октября 1986 г., стр. 428–443.

[2] Пинто-Силва Дж., 1987, «Нетрадиционный наземный транспорт

систем ». Журнал Terramechanics, 1987, 24 (2), стр. 153-

157 [8].

[3] Де Фалько Ф., 1989, «Materiale rotabile e trazione». ATTI

Relazioni Generali, 1-mo Convegno Internazionale «LA FER-

ROVIE NEI TRASPORTI DEGLI ANII 2000″, Болонья, Италия,

12/13/14 апреля 1989 г., стр. 39-50 [425].

[4] Фолонари К. В., 2006, «Нанотехнологии для автомобильных подвесок

». Презентация в Centro Richerche FIAT, Турин,

Италия, 2006 г., сс. 1-19.

[5] Вэнь У., X.Хуанг, С. Ян, К. Лу и П. Шенг, 2005,

«Гигантский электрореологический эффект в суспензии частиц нано-

». Материалы Nature, 2, 2003, стр. 727-730.

[6] Новак Р., 2005. «Жидкость Stiff‟ вскоре может затормозить

автомобилей ». New Scientist, 11 октября 2005 г., стр. 23. Доступно на сайте

http://www.newscientist.com.

[7] Фиялковски Б. Т., 1997, «Интеллектуальные автомобильные системы:

Разработка сфер постоянного движения шасси для интеллектуальных транспортных средств

», стр.125 — 142. Глава 5 в книге: «Усовершенствованные

Транспортные и инфраструктурные системы — компьютерные приложения,

Управление и автоматизация» (К. О. Нвагбосо, ред.). Джон Вили

и сыновья, Нью-Йорк: 1997, 502 стр.

Оптимизация конструкции кулачкового механизма двигателя внутреннего сгорания для повышения его КПД

Современное машиностроение
Vol.2 No 3 (2012), Идентификатор статьи: 22205,6 стр. DOI: 10.4236 / mme.2012.23014

Оптимизация конструкции кулачкового и толкательного механизма двигателя внутреннего сгорания для повышения эффективности двигателя

Махеш Р.Мали ¹ , Прабхакар Д. Маскар ² , Шраван Х. Гаванде ³ , Джей С. Баги ⁴

¹ Исследования и разработки, MAN Trucks India Pvt. Ltd., Пуна, Индия

² Кафедра машиностроения, Технологический институт Раджарамбапу, Ислампур, Индия

³ Кафедра машиностроения, M.Инженерный колледж E. Society, Пуна, Индия

⁴ Инженерный колледж KIT, Колхапур, Индия

Электронная почта: [email protected], [email protected]

Поступила 29 марта 2012 г .; отредактировано 5 мая 2012 г .; принято 14 мая 2012 г.

Ключевые слова: Follower & Cam; Точечный контакт; Анализ вибрации; Метод конечных элементов [FEA]

РЕЗЮМЕ

В нынешнем кулачковом и ведомом механизме четырехтактного двигателя внутреннего сгорания используется плоский ведомый механизм.В этой работе сделана попытка изменить плоскую поверхность толкателя на толкатель с криволинейной поверхностью, чтобы можно было достичь требуемого точечного контакта. Линейный контакт между существующим кулачком и ведомым механизмом приводит к высоким потерям на трение, что приводит к низкому механическому КПД. Замечено, что частота вибрации в существующем и модифицированном кулачковом и ведомом механизме остается почти такой же.Для проведения анализа используется метод конечных элементов.

1. Введение

Кулачковый и ведомый механизм предпочтительнее широкого спектра двигателей внутреннего сгорания, поскольку благодаря кулачку и ведомому элементу можно получить неограниченное количество движений. Опять же, кулачок и толкатель играют очень важную роль в работе многих классов машин, особенно автоматических, таких как печатные машины, обувные машины, текстильные машины, зуборезные станки, винтовые станки и т. Д.Кулачок может быть определен как элемент машины, имеющий криволинейный контур или криволинейную канавку, который своим колебательным или вращательным движением придает заданное заданное движение другому элементу, называемому толкателем. Другими словами, кулачковый механизм преобразует вращательное или колебательное движение в поступательное или линейное движение. Фактически, кулачок можно использовать для получения необычного или нерегулярного движения, которое было бы трудно получить с помощью другого рычага.Разнообразие различных типов кулачковых и ведомых систем, из которых можно выбирать, довольно велико, что зависит от формы контактирующей поверхности кулачка и профиля ведомого. Существующие кулачки, используемые в двигателях внутреннего сгорания, выполнены в различных формах, которые имеют прямой контакт с толкателем. Линейный контакт между кулачком и ведомым механизмом приводит к высоким потерям на трение, что приводит к низкому механическому КПД.Следовательно, в этой работе сделана попытка изменить плоскую поверхность толкателя на толкатель с криволинейной поверхностью, чтобы можно было достичь требуемого точечного контакта для минимизации потерь на трение.

Клапаны в распределительных системах двигателей внутреннего сгорания должны обеспечивать соответствующее заполнение цилиндров бензиновоздушной смесью для двигателей SI и воздухом для двигателей с воспламенением от сжатия.С другой стороны, при высоких оборотах двигателя клапаны могут не успевать вернуться в исходное положение. Это следует за потерей мощности и в некоторых случаях столкновением между головкой клапана и поршнем, вызывающим поломку двигателя [1,2]. Динамическое поведение распределительного вала системы, толкателя, толкателя и клапана имеет большое значение для хорошей работы системы [3]. На этапах проектирования инженеры могут предсказать это динамическое поведение в зависимости от различных параметров компонентов клапанного механизма двигателя.Многие исследователи, которые интересовались этой областью исследований, работают над другим аспектом, например, с изменением фаз газораспределения. Посредством компьютерного моделирования, экспериментальной проверки и надежных стратегий оптимального проектирования Дэвид [4] показал, что можно разработать оптимальную конструкцию для производства оптимальных систем клапанного механизма. Чой [5] был заинтересован в разработке профилей кулачков распределительного вала с использованием алгоритма неявной фильтрации, помогающего идентифицировать параметры и оптимизировать их при проектировании автомобильных клапанных механизмов.Кардона [6] представил методологию проектирования кулачков для клапанных механизмов двигателя двигателя с использованием алгоритма ограниченной оптимизации, чтобы максимизировать интеграл по времени площади клапана, открытой для потока газа. Он заметил, что ошибки профиля могут иметь большое влияние на динамические характеристики таких высокоскоростных систем следящего кулачка. Ким [7] использовал демпфер с сосредоточенной массой и пружиной для прогнозирования динамического поведения системы кулачок-клапан, который дает согласованные результаты по сравнению с экспериментальными испытаниями для оценки контактных сил в системе.Jeon [8] заявил, что с результатами экспериментов и моделирования, оптимизация профиля кулачка может увеличить площадь подъема клапана при одновременном снижении ускорения кулачка и пикового усилия толкателя. Это также может избежать явления скачка ведомого, наблюдаемого в некоторых случаях. Теодореску [9] представил анализ ряда клапанных механизмов в четырехцилиндровом, четырехтактном рядном дизельном двигателе с целью прогнозирования сигнатуры вибрации с учетом сил трения и контакта.

Согласно Хину [10] кулачковый механизм обычно состоит из двух подвижных элементов, кулачка и толкателя, установленных на неподвижной раме. Кулачок может быть определен как элемент машины, имеющий криволинейный контур или криволинейную канавку, который своим колебательным или вращательным движением придает заданное заданное движение другому элементу, называемому следящим элементом.При правильном расположении шарнира толкателя становится практически невозможно отскочить от толкателя, какой бы крутой ни была поверхность кулачка. Крайнее ограничивающее условие — сделать угол давления достаточно малым, чтобы не допустить прохождения нормальной силы кулачка через шарнир следящего механизма. Следовательно, боковая тяга не будет выходить из качения роликового толкателя, спроектированного таким образом.В то время как, как и Десаи [11], компьютерный кинематический и динамический анализ кулачкового и следящего механизма становится очень важным для желаемых и требуемых характеристик двигателей внутреннего сгорания. Кинематический анализ механизма помогает ответить на многие вопросы, связанные с движением ведомого, а динамический анализ используется для визуализации фактического поведения ведомого.Также согласно Юаню [12] наблюдается, что кулачок открывает и закрывает клапан при 1200 об / мин. Следовательно, полный цикл клапана завершается за 1/3 оборота распределительного вала или 0,01 сек. Rejab [13] работает над оценкой профилей дисковых кулачков с продольными роликовыми толкателями для получения точек на кулачке с роликовыми толкателями. Из анализа видно, что координаты центра толкателя требуются с небольшими приращениями угла кулачка, при которых анализ может быть легко запрограммирован и зависит только от координат толкателя, а не от типа толкателя.

Следовательно, чтобы учесть влияние профиля толкателя, в этой работе сделана попытка преобразовать существующий линейный контакт [как показано на рисунке 1] в модифицированный точечный контакт для повышения механической эффективности двигателя за счет снижения потерь на трение.

2.Постановка проблемы и цель

Большинство двигателей внутреннего сгорания, используемых в различных приложениях, таких как автомобилестроение и производство электроэнергии, имеют роликовые кулачковые и следящие механизмы, имеющие прямой контакт между кулачком и толкателем, как показано на рисунке 1. Для улучшения механических характеристик. Эффективность механизма наблюдается, чтобы изменить линейный контакт на точечный.Следовательно, в этой работе сделана попытка преобразовать плоскую поверхность толкателя в профиль криволинейной поверхности с наклоном криволинейной поверхности под углом 24˚.

3. Модальный анализ

Модальный анализ роликового толкателя выполняется программным обеспечением Ansys для определения характеристик вибрации, таких как собственные частоты и формы колебаний.

4. Твердотельное моделирование толкателя

Для выполнения конечно-элементного анализа роликового толкателя необходима его твердотельная модель. На рис. 2 представлена ​​твердотельная модель роликового толкателя.

5. Процедура анализа методом конечных элементов

Привод ролика впервые был смоделирован в PRO / E WILDFIRE, отличном программном обеспечении САПР, которое делает моделирование таким простым и удобным для пользователя.Затем модель переносится в формат IGES и экспортируется в аналитическую программу ANSYS 11.0. Последователь анализируется в ANSYS в

Рис. 1. Существующий кулачковый и ведомый механизм.

Рисунок 2.Твердая модель роликового толкателя.

три ступени. Во-первых, это предварительная обработка, которая включает моделирование, геометрическую очистку, определение свойств элемента и создание сетки. Следующий шаг включает решение проблемы, которое включает в себя наложение граничных условий на модель, а затем запуск решения. Далее следует постобработка, которая включает в себя анализ результатов с нанесением на график различных параметров, таких как напряжение, деформация, собственная частота.На рисунке 3 показана пошаговая процедура анализа.

5.1. Создание сетки конечных элементов и тип контактного элемента

Целью построения твердотельной модели является создание сетки этой модели с узлами и элементами. После завершения создания твердотельной модели установите атрибуты элементов и элементы управления сеткой, которые позволят программе ANSYS создать сетку конечных элементов.Для определения атрибутов элементов пользователь должен выбрать правильный тип элемента. Это наиболее важная задача в анализе методом конечных элементов, поскольку она определяет точность и вычислительное время анализа.

Рисунок 3. Метод конечных элементов.

В данной работе в качестве типа элемента использовался элемент Solid 90. Solid 90 — это более высокая версия трехмерного восьмиузлового теплового элемента (Solid 70). Элемент имеет 20 узлов с одной степенью свободы, температурой, в каждом узле. 20 узловых элементов имеют совместимые температурные формы и хорошо подходят для моделирования криволинейных границ.Термоэлемент с 20 узлами применим для трехмерного, установившегося или переходного термического анализа. В данной работе Solid 90 используется для зацепления тела толкателя. Тип сетки, используемой для ведомого, — это СВОБОДНАЯ сетка, которая управляется двумя параметрами, назначенными каждой поверхности или объему сетки, которые влияют на размер создаваемых элементов. Сетчатая модель и область контакта показаны на рисунке 4.

5.2. Граничные условия

Был проведен свободный модальный анализ для определения собственных частот существующего и модифицированного толкателя с помощью программного обеспечения Ansys. Использовалась блочная решающая программа Lancoz, и настройки прохода расширения были установлены как 12 режимов для извлечения и 12 режимов для расширения.Диапазон от нуля до бесконечности был установлен для расчета собственных частот для существующего и модифицированного толкателя, как показано на рисунках 5 и 9.

5.3. Анализ

В этом разделе подробно описан анализ методом конечных элементов и поведение элементов.

5.3.1. Собственная частота существующего ведомого с линейным контактом

На рисунке 5 показан частотный диапазон для 15 комплектов существующего ведомого с линейным контактом, который является фиксированным, и тот же частотный диапазон, который используется в модифицированном роликовом повторителе.

На рисунке 6 показан модальный анализ на частоте 828,32 Гц и поведение элемента.Зона красного цвета указывает на деформацию существующего роликового толкателя в диапазоне от 16,015 мм [мин.] До 17,436 мм [макс.]. Зона синего цвета указывает на деформацию существующего роликового толкателя в диапазоне от 4,642 мм [мин.] До 6,064 мм [макс.]. На рисунке 7 показан модальный анализ на частоте 1206 Гц и поведение элемента. Зона красного цвета указывает на деформацию существующего роликового толкателя в диапазоне от 22.От 439 мм [мин.] До 25,173 мм [макс.]. Зона синего цвета указывает на деформацию существующего роликового толкателя в диапазоне от 0,569 мм [мин.] До 3,304 мм [макс.]. На рисунке 8 показан модальный анализ на частоте 3272,8 Гц и поведение элемента. Зона красного цвета указывает на деформацию существующего роликового толкателя в диапазоне от 21,649 мм [мин.] до 23,41 мм [макс.]. Зона синего цвета указывает на деформацию существующего роликового толкателя в диапазоне от 7,558 мм [мин.] До 9,319 мм [макс.]. Весь этот частотный диапазон использовался в существующем повторителе, и тот же частотный диапазон, и шаги выполнялись в модифицированном повторителе.

5.3.2. Собственная частота модифицированного роликового толкателя

На рисунке 9 показан диапазон частот для 15 наборов, которые использовались в существующем толкателе с линейным контактом, используемым в модифицированном роликовом толкателе.

На рисунке 10 показан модальный анализ и поведение элементов модифицированного повторителя при частоте 953,60 Гц. Зона красного цвета указывает на деформацию модифицированного роликового толкателя в диапазоне от 13,898 мм [мин.] До 15,256 мм [макс.]. Зона синего цвета указывает на деформацию модифицированного роликового толкателя в диапазоне от 3,034 мм [мин.] До 4.392 мм [макс.]. На рисунке 11 показан модальный анализ и поведение элементов модифицированного ведомого при частоте 1284,2 Гц. Зона красного цвета указывает на деформацию модифицированного роликового толкателя в диапазоне от 18,201 мм [мин.] До 20,416 мм [макс.]. Зона синего цвета указывает на деформацию модифицированного роликового толкателя в диапазоне от 0,477 мм [мин.] До 2,692 мм [макс.]. На рисунке 12 показан модальный анализ

и поведение элементов модифицированного повторителя при частоте 3162,7 Гц. Зона красного цвета указывает на деформацию модифицированного роликового толкателя в диапазоне от 19,278 мм [мин.] До 21,675 мм [макс.]. Зона синего цвета указывает на деформацию модифицированного роликового толкателя в диапазоне от 0,0975 мм [мин.] До 2,495 мм [макс.].

6. Результаты и обсуждение

Проведен модальный анализ существующего и измененного ведомого. Согласно условиям, первоначально частотный диапазон был фиксированным, а затем был проведен модальный анализ. Частотный диапазон модифицированного роликового толкателя очень хорошо согласуется с частотным диапазоном существующего роликового толкателя. Полученный частотный диапазон существующего роликового толкателя — 828.От 32 Гц (Рисунок 6) до 3272,8 Гц (Рисунок 8), а для модифицированного ролика — от 953,60 Гц (Рисунок 10) до 3162,7 Гц (Рисунок 12). Поскольку частотный диапазон модифицированного роликового толкателя находится в пределах частотного диапазона существующего роликового толкателя. Таким образом, модифицированная конструкция оказывается безопасной. Из модального анализа следует, что максимальное значение деформации для модифицированного роликового толкателя составляет 21.675 мм, а для существующего роликового толкателя — 23,41 мм для полученной частоты. Это показывает, что модифицированный роликовый толкатель деформируется сравнительно меньше по сравнению с существующим роликовым толкателем. Это указывает на то, что замена плоской поверхности роликового толкателя на механизм роликового толкателя с криволинейной поверхностью приводит к низким потерям на трение из-за точечного контакта, что приводит к повышению механического КПД двигателя внутреннего сгорания на 65-70%.

7. Заключение

В этой работе метод конечных элементов используется для оптимизации формы плоской поверхности существующего толкателя в изогнутую поверхность модифицированного толкателя, чтобы можно было достичь требуемого точечного контакта. Частотный диапазон модифицированного роликового толкателя очень хорошо согласуется с частотным диапазоном существующего роликового толкателя. Полученный частотный диапазон существующего роликового толкателя — 828.От 32 Гц (Рисунок 6) до 3272,8 Гц (Рисунок 8), а для модифицированного ролика — от 953,60 Гц (Рисунок 10) до 3162,7 Гц (Рисунок 12). Поскольку частотный диапазон модифицированного роликового толкателя находится в пределах частотного диапазона существующего роликового толкателя, модифицированная конструкция оказывается безопасной. Из модального анализа следует, что максимальное значение деформации для модифицированного роликового толкателя составляет 21.675 мм, а для существующего роликового толкателя — 23,41 мм. Это показывает, что модифицированный роликовый толкатель деформируется сравнительно меньше по сравнению с существующим роликовым толкателем. Это указывает на то, что замена плоской поверхности роликового толкателя на механизм роликового толкателя с криволинейной поверхностью приводит к низким потерям на трение из-за точечного контакта, что приводит к повышению механического КПД двигателя внутреннего сгорания на 65-70%.

Патент США на двигатели внутреннего сгорания с поворотной балкой Патент (Патент № 4917066 выдан 17 апреля 1990 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Это изобретение относится к механизмам двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающим повышенную экономию топлива.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обычные двигатели внутреннего сгорания, как Otto, так и дизельные, в основном используют рядный кривошипно-шатунный механизм. В этом типе двигателя каждый поршень соединяется шатуном непосредственно с общим коленчатым валом.Другой базовый тип конфигурации двигателя, который использовался в некоторых дизельных двигателях, известен как двигатель с поворотной балкой. Двигатели с поворотной балкой появились на рубеже веков и схематически показаны на фиг. 1 и 2, помеченные как «Уровень техники».

Ссылаясь на фиг. 1, известный двигатель внутреннего сгорания с поворотной балкой включает в себя цилиндр 10 и поршень 12 с поворотной балкой 14, соединенной штифтом с поршнем 12 посредством соединительного звена 16. Поворотная балка 14 жестко поворачивается на своем противоположном конце в точке точка поворота 18.Наконец, шатун 20 шарнирно соединяет поворотную балку 14 и коленчатый вал 22. Коленчатый вал 22, шатун 20, поворотная балка 14 и неподвижный шарнир 18 образуют четырехзвенный коромысел, балансир которого является коромыслом.

Обычно две конфигурации поворотного луча для зеркального отображения подключаются встречно, как показано на фиг. 2, в результате чего противоположные поршни используют общий цилиндр. На фиг. 2 компоненты зеркального изображения пронумерованы обозначением «а». Коленчатый вал 22, содержащий кривошипные рычаги 23 и 23а, приводит в действие обе половины механизма.Баланс сил в этом устройстве является благоприятным, за исключением инерции вращения шатунов 20, 20a и некоторой асимметрии в движении шатунов, которая передается поворотным балкам и поршням. Сгорание происходит внутри, в пространстве между поршнями 12 и 12а.

Ряд вариантов базовой компоновки, показанной на фиг. 2 были предложены. Например, в статье под названием «Бесшумная поворотная балка с переменной степенью сжатия», Д. Скотт, Automotive Enqineerinq, апрель 1977 г., страницы 10–12, автор предлагает установить нижние концы двух поворотных балок в двухтактную поворотную балку. дизельный двигатель, в валах с эксцентриковыми подшипниками.В соответствии с этим предложением между шкивами на двух эксцентриковых валах расположен натянутый пружиной зубчатый ремень, и, когда двигатель работает, крутящее давление балок на эксцентрики слегка сдвигает ремень против его удерживающей пружины, таким образом смещая точки опоры. для уменьшения хода поршня. Это позволяет запускать дизельный двигатель при степени сжатия 20: 1. Когда двигатель работает, степень сжатия снижается примерно до 13: 1.

В двигателе Скотта верхняя мертвая точка поршней находится в нижней мертвой точке кривошипа.Из-за этого движение кривошипа вычитается из движения выпрямления шатуна во время первой части рабочего хода. Это приводит к замедлению движения поршня в начале рабочего такта (хотя общая продолжительность рабочего такта такая же, как в обычных двигателях с кривошипно-шатунным двигателем), что улучшает сгорание. В статье Скотта также предполагается, что эксцентриковая муфта может заменить шатун поршня.

Поршневые шатуны (т.(шток между поршнем и поворотной балкой) в двигателе с поворотной балкой может быть намного короче, чем поршневые шатуны в обычном кривошипно-ползунном двигателе, при сохранении того же углового поворота шатуна относительно центральной оси поршня. . Возможно, стержни можно было бы даже заменить эксцентриками, как предложил Скотт. Однако было бы даже более желательно создать конфигурацию двигателя с поворотной балкой, имеющую более компактную конструкцию, которая не требует шатуна или эксцентрика между поршнем и поворотной балкой.Также было бы желательно создать двигатель с поворотной балкой, в котором смещение поршня можно регулировать во время цикла двигателя, чтобы получить улучшенный термодинамический цикл, например, более длинный рабочий ход по сравнению с тактом сжатия (как в режиме цикла Аткинсона), регулируемый работа цикла и синхронизация цикла, переменный ход и переменная степень сжатия.

Другие двигатели внутреннего сгорания были предложены в попытке улучшить характеристики обычных двигателей с кривошипно-шатунным механизмом.К ним относятся двигатель с кривошипно-ползунковым двигателем со смещением, планетарные приводы и другие двигатели, основанные на стандартных механизмах с одной степенью свободы, пропорции которых были изменены для повышения эффективности двигателя. Во всех известных нам двигателях первоначальная конструкция или движение двигателя, которое является симметричным, искажено (то есть становится несимметричным), чтобы обеспечить изменяемую рабочую характеристику двигателя. Однако при этом получающийся в результате несимметричный механизм обладает такими неблагоприятными характеристиками динамического дисбаланса и передачи усилия, что двигатель становится непрактичным.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на механизмы двигателя внутреннего сгорания с улучшенной конструкцией и со средствами для изменения хода и синхронизации цикла для повышения эффективности работы. Настоящее изобретение обладает присущей ему гибкостью для изменения рабочих характеристик двигателя внутреннего сгорания до степени, невозможной до сих пор, для обеспечения улучшенной экономии топлива. Кроме того, в отличие от предложений предшествующего уровня техники, рабочие характеристики двигателя могут быть изменены для достижения улучшенных характеристик двигателя без какого-либо значительного ухудшения динамических рабочих характеристик двигателя.Кроме того, двигатели согласно настоящему изобретению имеют компактные размеры.

В соответствии с одним аспектом изобретения двигатель внутреннего сгорания имеет новый механизм поворотной балки, использующий скользящее движение Рэпсона. В соответствии с другим аспектом изобретения новый двигатель внутреннего сгорания основан на механизмах с двумя степенями свободы, в которых перемещения поршня во время такта двигателя являются функцией перемещений как коленчатого вала, так и отдельного элемента управления. .Последний может содержать управляющий вал, который функционирует как кривошип или рычаг, или другие элементы. В одном типе применения вал управления работает со средней скоростью, которая представляет собой заданное отношение скорости вращения кривошипа, тем самым обеспечивая улучшенный термодинамический цикл (такой как цикл Аткинсона в случае четырехтактного двигателя). Фазирование между управляющим валом и коленчатым валом может быть изменено, чтобы изменять синхронизацию движения поршня во время цикла. В другом типе применения вал управления функционирует как рычаг для обеспечения работы с переменным ходом.Элемент управления может быть спроектирован так, чтобы между длиной хода и степенью сжатия существовала определенная функциональная зависимость.

В соответствии с другим аспектом изобретения новый двигатель внутреннего сгорания основан на механизмах с тремя степенями свободы, в которых перемещения поршня во время такта двигателя являются функцией перемещений как коленчатого вала, так и отдельного элемента управления. Последний может содержать управляющий вал, который функционирует как кривошип, в дополнение к кривошипу или эквивалентному элементу, который функционирует как рычаг.Этот элемент управления с двумя степенями свободы обеспечивает улучшенный термодинамический цикл и синхронизацию цикла вместе с возможностью изменять среднюю длину хода во время работы.

В соответствии с первым аспектом изобретения двигатель внутреннего сгорания включает в себя цилиндр, поршень, скользящий в цилиндре, поворотную балку, имеющую противоположные концы, и средство, соединяющее один конец поворотной балки с поршнем (т. Е. Без вмешательство шатуна). Поворотный блок, который может поворачиваться вокруг фиксированной точки, скользит по поворотной балке, так что поворотная балка вращается и скользит относительно фиксированной точки.Поворотная балка, качающийся блок, цилиндр и поршень образуют тип механизма скольжения Rapson. Шатун шарнирно соединен одним концом с коленчатым валом, а другим концом либо с поворотной балкой, либо с поворотным блоком скользящего механизма Rapson.

В одном варианте осуществления поворотная балка имеет направляющую, которая принимает поворотный блок со скольжением. Качающийся блок закреплен на шкворне. Когда поршень движется вперед и назад в цилиндре, поворотная балка скользит и вращается вокруг неподвижного шарнира.Нижний конец поворотной балки соединен соединительным звеном с коленчатым валом и перемещается по дуге. Механизм может быть подобран таким образом, чтобы нижний конец описывал близкое приближение к дуге окружности, а коромысло может быть соединено штифтом с нижним концом для дополнительной прочности. В этом случае для соединения верхней поворотной балки с поршнем используется небольшой эксцентрик.

В модифицированной конструкции поворотная балка также скользит внутри качающегося направляющего блока Rapson, который поворачивается вокруг фиксированной точки.Однако соединительное звено коленчатого вала штифтом соединено с направляющим блоком качания, а не с поворотной балкой. В этом устройстве вращательное движение направляющего блока, вызываемое движением поршня, передается коленчатому валу через соединительное звено. Такой механизм обеспечивает очень компактную конструкцию.

В соответствии с другим аспектом изобретения двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр и поршень, скользящие в цилиндре, и поворотную балку, противоположные концы которой соединены либо напрямую, либо с помощью промежуточного соединительного звена с поршнем.Коленчатый вал также соединен с поворотной балкой либо напрямую, либо с помощью другого соединительного звена, и поворотная балка скользит и вращается вокруг точки поворота. Движение поршня является функцией смещения коленчатого вала, а также смещения средства управления, выход которого соединен с точкой поворота поворотной балки для перемещения точки поворота управляемым образом. Длиной хода и синхронизацией движения поршня можно управлять и изменять желаемым образом.

В одном типе применения вал управления предназначен для непрерывного вращения. В одном варианте осуществления поршень соединен соединительным звеном с поворотной балкой. Другой конец поворотной балки соединен с вращающимся управляющим валом, а коленчатый вал соединен соединительным звеном с поворотной балкой между своими концами. В четырехтактных двигателях управляющий вал предпочтительно вращается со скоростью, кратной половине частоты вращения коленчатого вала, например, на половине частоты вращения коленчатого вала, и изменяет ход поршня так, чтобы длина хода поршня была больше во время рабочего хода, чем во время такта сжатия, поскольку в операции цикла Аткинсона, а также улучшает синхронизацию.

В модифицированном варианте осуществления поворотная балка напрямую соединена пальцем с поршнем без вмешательства шатуна. Однако в этом случае и коленчатый вал, и управляющий вал соединяются с поворотной балкой посредством соединительных звеньев.

В нескольких вариантах осуществления изобретения качающийся блок, соединенный с управляющим валом, скользко входит в зацепление с качающейся балкой, образуя скользящий механизм Рэпсона; но ось поворотного блока соединена с валом управления, а не закреплена.В одном варианте осуществления поворотная балка соединена пальцем с поршнем и соединена через шатун с коленчатым валом. В другом варианте поворотная балка соединена через соединительное звено с поршнем, а штифт соединен с коленчатым валом.

Управляющий вал может быть спроектирован так, чтобы непрерывно вращаться для создания цикла Аткинсона. Однако в другом типе применения вал управления может быть сконструирован так, чтобы действовать как рычаг для изменения длины хода поршня.

В другом варианте изобретения, в котором поворотная балка скользит и вращается вокруг оси поворота поворотного блока, точка поворота поворотного блока может перемещаться управляемым, предпочтительно линейным образом, посредством вала управления.Вал управления может быть спроектирован так, чтобы непрерывно вращаться для создания цикла Аткинсона. В другом типе применения вал управления может быть выполнен в качестве рычага для изменения длины хода поршня. Механизм может иметь такие пропорции, чтобы шарнир можно было перемещать по фиксированной линейной направляющей таким образом, чтобы ход поршня можно было существенно изменять без изменения степени сжатия или времени достижения верхней мертвой точки. В качестве альтернативы направляющая может перемещать шарнир линейно по заданному углу или по другой выбранной траектории, так что ход поршня может изменяться при изменении степени сжатия заданным образом.

Этот последний механизм может быть модифицирован таким образом, чтобы ориентация самой линейной направляющей изменялась для обеспечения дополнительного независимого управления степенью сжатия двигателя. В качестве альтернативы вместо линейной направляющей движением оси можно управлять с помощью коромысла или других средств.

В соответствии с другим аспектом изобретения двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр и поршень, скользящие в цилиндре, и поворотную балку, противоположные концы которой соединены либо напрямую, либо посредством промежуточного соединительного звена с поршнем.Коленчатый вал также соединен с поворотной балкой либо напрямую, либо с помощью другого соединительного звена. Качающийся блок скользко входит в зацепление с качающейся балкой, образуя скользящий механизм Рэпсона, но шарнир качающегося блока связан с механизмом управления с двумя степенями свободы, а не фиксируется. Точка поворота качающегося блока может перемещаться управляемым, предпочтительно линейным образом, с помощью механизма управления. Механизм управления содержит постоянно вращающийся вал, который обеспечивает колебательное движение оси качания.Механизм управления также содержит рычаг или подобное исполнительное устройство, которое изменяет среднее положение оси поворота поворотного блока. Эти два элемента управления объединяются для создания механизма, который обеспечивает улучшенный термодинамический цикл и синхронизацию цикла, а также имеет возможность изменять среднюю длину хода поршня. Механизм управления может быть настроен таким образом, чтобы степень сжатия и термодинамический цикл изменялись заданным образом при изменении среднего хода поршня.

Кроме того, механизм управления может быть настроен таким образом, чтобы при изменении средней длины хода термодинамический цикл и время цикла изменялись заданным образом.В одном варианте осуществления рабочий ход и степень сжатия рассчитаны на то, чтобы оставаться постоянными, в то время как средняя длина хода изменяется.

Другие варианты вышеупомянутых вариантов осуществления, использующие механизмы скольжения Rapson, могут использоваться с использованием различных комбинаций соединительных звеньев между поворотной балкой и поршнем, поворотным блоком и управляющим валом, а также коленчатым валом и поворотной балкой.

Для лучшего понимания изобретения сделана ссылка на следующее подробное описание предпочтительных вариантов осуществления вместе с чертежами, сопровождающими заявку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 и 2 — схематические чертежи двигателей с поворотной балкой предшествующего уровня техники, иллюстрирующие, соответственно, одиночный поршень и оппозитный поршень;

РИС. 3a, 3b и 3c иллюстрируют три варианта осуществления компактного двигателя с поворотной балкой, использующего механизм скольжения Rapson;

РИС. 4 — схематическая иллюстрация другого компактного двигателя с поворотной балкой, использующего механизм скольжения Рэпсона;

РИС. 5а — схематический чертеж двигателя с поворотной балкой, имеющего средство управления, основанное на механизме с двумя степенями свободы, для обеспечения работы по циклу Аткинсона;

РИС.5b — чертеж, показывающий различные положения верхней мертвой точки и нижней мертвой точки поршня в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 5а;

РИС. 5c — таблица, показывающая различные положения и перемещения поршня двигателя, показанного на фиг. 5а;

РИС. 6 — схематический чертеж модифицированного двигателя с поворотной балкой со средствами управления;

РИС. 7a-7d — схематические чертежи других вариантов осуществления двигателей с поворотной балкой, имеющих средства управления;

РИС. 8а — схематический чертеж двигателя с поворотной балкой, имеющего скользящие элементы Rapson, и средства управления для регулировки положения поворота;

РИС.8b и 8c — схематический вид сверху и в перспективе механизма скользящего блока, используемого на фиг. 8а;

РИС. 8d — схематический чертеж двигателя, включающего рычажный механизм, показанный на фиг. 8а;

РИС. 8e — вид в разрезе по линиям a-a на фиг. 8d;

РИС. 9 — схематический чертеж компоновки управления ходом двигателя в соответствии с фиг. 8а, для обеспечения работы с переменным ходом, по существу, с постоянной степенью сжатия и синхронизацией верхней мертвой точки;

РИС.10 — схематический чертеж модифицированной направляющей в механизме скольжения Рэпсона для использования на фиг. 8а;

РИС. 11 — двигатель с поворотной балкой скольжения Rapson со средствами управления коромыслом;

РИС. 12a-12c — схематические виды четырехцилиндрового двигателя с поворотной балкой скольжения Rapson, иллюстрирующие его работу;

РИС. 13а и 13b — схематические изображения двух вариантов осуществления двигателя с поворотной балкой, имеющего скользящие элементы Рэпсона и два регулятора степени свободы; и

РИС. 14 — схематический вид другого двигателя с поворотной балкой, имеющего скользящие элементы Rapson и органы управления с двумя степенями свободы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

РИС. 3a-3c показаны три варианта осуществления двигателей с поворотной балкой скользящего типа Rapson. В целях иллюстрации на этих и других рисунках показан однопоршневой двигатель. Однако также очевидно, что можно сконструировать двигатели с оппозитной поршневой конструкцией, как показано на фиг. 2. Наиболее предпочтительно описанные здесь механизмы предназначены для использования в многоцилиндровых двигателях с искровым зажиганием, один из таких двигателей показан на фиг.12a-c в связи с другим вариантом осуществления. Двигатели с оппозитными поршнями, а также многоцилиндровые двигатели входят в объем настоящего изобретения.

Двигатель, показанный на фиг. 3а включает головку 10 цилиндра, поршень 11, коленчатый вал 22, шатун 20 и поворотную балку 30. Поворотная балка 30 соединена штифтом (т.е. непосредственно соединена) на одном конце 32 с поршнем 11, а на другом его конце. конец 34 к шатуну 20.

Часть поворотной балки 30 имеет форму направляющей 31, имеющей удлиненную прорезь 33 в ней.Поворотный блок 36, который может поворачиваться вокруг неподвижного шарнира 38, расположен в прорези 33, так что поворотная балка 30 может свободно скользить в продольном направлении, но всегда должна вращаться вокруг неподвижного шарнира 38. Как видно из количества вращение, которое может быть передано поворотной балке 30, «вращение», используемое здесь по отношению к поворотной балке 30, имеет колебательный характер, а не полное вращение. Направляющая 31 и взаимодействующий блок 36 действуют вместе с цилиндром 10, поршнем 11 и поворотной балкой 30, создавая форму ползуна Рапсона, типа того, который используется для приведения в действие рулей на кораблях.Поскольку скользящие элементы 31 и 36 Rapson с возможностью поворота, но скольжения поддерживают поворотную балку 30 между поршнем 11 и шатуном 20, нет необходимости в соединительном штоке между поршнем и поворотной балкой.

Используемый в описании и формуле изобретения термин «скользящие элементы Rapson» относится к комбинации качающегося блока, например 36 (или качающийся блок 36a, или 52, или 60, или 70, как описано в других вариантах осуществления), имеющий шарнир, например 38, и второй элемент (например, 31), который скользит и вращается относительно оси поворота.Такой механизм, когда вторым элементом является поворотная балка, производит движение скользящего типа Рапсона в двигателе поворотной балки.

Снова обратимся к фиг. 3a, когда поршень 11 скользит в цилиндре 10, поворотная балка 30 скользит и вращается вокруг оси 38, а направляющая часть 31 поворотной балки 30 скользит относительно блока 36, чтобы приспособиться к изменениям расстояния между шарниром 38 и подвижным концом 32. Нижний конец 34 поворотной балки 30 перемещается вперед и назад, как показано пунктирными дугами 50, вместе с коленчатым валом 22.Вращательное движение коленчатого вала 22 обозначено пунктирной линией 23.

РИС. 3b является эквивалентом фиг. 3а, за исключением того, что направляющая канавка находится в качающемся блоке, а не в качающейся балке. Поворотная балка 30а штифтом соединена своим верхним концом 32 с поршнем 11 и своим нижним концом 34 с шатуном 20. Поворотная балка 30а имеет участок 31а между концами 32, 34, образованный как скользящий элемент, который принимается с возможностью скольжения. в канавке 37 качающегося блока 36а. Поворотная балка 30a может скользить и вращаться вокруг фиксированной точки поворота 38a, поскольку она может свободно скользить в продольном направлении относительно поворотного блока 36a, и работает аналогично фиг.3а.

В модификации, показанной на фиг. 3c, поворотная балка 30b снова напрямую соединена пальцами с поршнем 11 и имеет скользящую часть 31b. Часть 31b входит в качающийся блок 36b, который может поворачиваться вокруг неподвижного шарнира 38b. Шатун 20 соединен штифтом с качающимся блоком 36b, а не с качающейся балкой 30b, для создания компактной конфигурации в поперечном и вертикальном направлении.

Поворотным блокам 36, 36а и 36b в различных вариантах осуществления необходимо придать пропорции, достаточные для выдерживания различных приложенных сил.На фиг. 3a и 3b, качающийся блок 36, 36a должен выдерживать линейную силу, действующую на шарнирный палец 38a, в силу того факта, что шарнир 38a действует как точка опоры между противоположными концами рычага, поворотной балкой 30a. В случае фиг. 3c, качающийся блок 36b должен быть способен выдерживать не только линейную силу на шарнире 38b, но также крутящий момент, передаваемый качающимся блокам 36b поворотной балкой 30b при передаче движущей силы от поршня к коленчатому валу.

Снова обратимся к фиг.3а, в то время как концы 32 и 34 поворотной балки лежат на противоположных сторонах шарнира 38, из-за скользящих элементов 31, 36 Рэпсона они не совершают одинакового движения. Это верно, даже если шарнир 38 симметрично расположен между концами 32, 34. Из кинематической теории или схемы можно показать, что траектория точки поворота 34, соединяющей шатун 20 и поворотную балку 30, представляет собой приблизительную дугу окружности. 50, имеющий центр 39. Следовательно, коленчатый вал 22 и шатун 20 совершают движение, которое представляет собой близкое приближение к кривошипу и муфте кривошипа и коромысла, в котором размер от точек 39 до 34 может рассматриваться как длина виртуальный рокер.Путем подбора кривошипа и коромысла таким образом, чтобы они были нецентрического типа (то есть положения кривошипа 22 на противоположных крайних точках дуги 50 не разнесены на 180 °), движение вперед и назад поршня имеют неодинаковую продолжительность. Неравномерное движение может быть использовано с преимуществом для увеличения продолжительности рабочего такта по сравнению с тактом сжатия и, следовательно, для повышения эффективности сгорания.

Например, рычажный механизм может быть пропорциональным, как в целом показано на фиг.3а, так что крайнее левое перемещение шарнира 34 происходит, когда коленчатый вал 22 находится около 270 ° С. (9 часов), но так, чтобы шарнир 34 достиг правого конца дуги 50, который соответствует такту сжатия поршня 11, прежде чем плечо 22 кривошипа достигнет 90 °. (3 часа), т.е. менее чем на половину оборота кривошипа. Во время движения поршня в противоположном направлении, которое соответствует рабочему ходу, рычаг 22 кривошипа перемещается более чем на 180 °. Таким образом, вместо того, чтобы иметь такты мощности и сжатия равной продолжительности, т.е.е. на половину оборота коленчатого вала каждый рабочий ход имеет большую продолжительность, чем ход сжатия. Пропорционирование кривошипа и коромысла для получения нецентрического движения является вопросом известной кинематической конструкции. Таким образом, используя такие принципы, настоящее изобретение может быть легко приспособлено для получения желаемой синхронизации цикла.

РИС. 4 показан другой вариант компактного двигателя с поворотной балкой, использующий механизм скольжения Рэпсона, аналогичный показанному на фиг. 3b. В варианте осуществления, показанном на фиг.4, скользящая часть Рэпсона двигателя с поворотной балкой имеет такие пропорции, что траектория поворотного шарнира 34 имеет шесть симметрично расположенных точек на общей дуге 35 окружности, показанных пунктирными линиями. Размер ползуна Рэпсона для создания этого движения может быть определен из теории синтеза связи с минимальной ошибкой, которая обсуждается в статье «Анализ структурных ошибок в плоском кинематическом синтезе», F. Freudenstein, Trans. КАК Я. 81B, J. Eng. Ind., 1959, стр. 15-22; и в «Angenaherte Synthese von Mechanismen», S.Sch. Bloch, Verlag Technik, Berlin, 1951, описания которых включены в качестве ссылки.

В качестве примера на фиг. 4, поворотная балка 30a может иметь длину 2,0167 X, где X — постоянная величина, с точкой поворота 38a, расположенной на расстоянии 0,6986 X от точки 34. При такой геометрии точка поворота 38a и центр 37 поворота дуги 35 лежат на линии, перпендикулярной оси поршня, так что расстояние «E» между точками 38a и 37 составляет 0,4570 X, а радиус «R» дуги 35 равен 0.2416 X. Относительные размеры имеют следующее соотношение:

(E + R + L) 2 = 8EL

Таким образом, для практических целей траектория точки 34 почти неотличима от этой дуги окружности 35. Соответственно, к шарниру 34 может быть присоединен дополнительный коромысло 54, длина которого равна радиусу кривизны образованной дуги окружности. по пункту 34. Возможность использования коромысла 54 обеспечивает исключительно прочную конструкцию.

Если добавлен коромысло 54, может потребоваться соединить верхний конец поворотной балки 30а с поршнем 11 с помощью небольшого эксцентрика, обозначенного 32а.Это верно, потому что там, где верхний конец поворотной балки 30a пальцем соединен с поршнем и, следовательно, движется точно по прямой линии, параллельной оси поршня (как на фиг. 3a-3c), дуга 35, описываемая шарниром 34, является не идеально круглый. Следовательно, если шарнир 34 соединен с коромыслом 54 и, таким образом, вынужден следовать точной дуге окружности, из этого следует, что верхний конец 32a поворотной балки 30a не может двигаться точно по прямой линии. При оптимальной конструкции рычажного механизма, как описано выше, отклонение точки 32а от движения по прямой линии минимально, порядка 1/32 дюйма или меньше.Если допусков двигателя недостаточно, чтобы принять это движение, отклонение может быть компенсировано небольшим эксцентриком, как показано 32a. Известны эксцентриковые подшипники подходящего типа.

Во всех вышеупомянутых вариантах осуществления величина скольжения между поворотной балкой и поворотным блоком относительно мала. В случае двигателя, имеющего ход 90 мм и максимальный угол поворота балки (относительно среднего положения поворотной балки) 15 °, максимальное скольжение можно рассчитать как:

(1/2) (90) (1-cos 15.град.) = 1,53 мм, или 1,7% хода.

Для практических целей соответствующая потеря энергии незначительна.

РИС. 5-14 показаны двигатели внутреннего сгорания, основанные на механизмах с множеством степеней свободы для оптимизации термодинамического цикла и синхронизации движения поршня во время цикла и / или изменения средней длины хода. Смещения поршня в этих механизмах являются функцией двух смещений: смещения коленчатого вала и смещения второго элемента, который будет называться управляющим валом.На фиг. 10, 13a-b и 14 положение поршня зависит также от третьего входа, и, таким образом, сам двигатель основан на механизме с тремя степенями свободы. Как обсуждается ниже, вал управления может действовать через группу элементов. В этих вариантах осуществления одна степень свободы соответствует вращению коленчатого вала, а вторая достигается посредством средств управления.

Одним из известных термодинамических циклов для работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания является цикл Аткинсона.Основной характеристикой цикла Аткинсона является ход расширения, который длиннее хода сжатия. Таким образом, большая часть энергии сгорания превращается в полезную работу. Фиг. 5a-5c показан первый вариант двигателя, имеющего управляющий вал для работы по циклу Аткинсона.

На ФИГ. 5а, одноцилиндровый двигатель с поворотной балкой имеет цилиндр 10, поршень 12 и поршневой шатун 16, который может быть аналогичен поршню и шатуну на фиг. 1. Поворотная балка 40 штифтом соединена одним концом 42 с шатуном 16, а другим концом 44 — штифтом, соединенным с валом 46 управления, вращающимся вокруг оси 48.Шатун 20 соединен штифтом с поворотной балкой 40, а также с коленчатым валом 22. Четыре положения вращения управляющего вала 46, разнесенные на 90 °. друг от друга обозначены P1, P2, P3 и P4. Четыре 90 ° Положения вращения коленчатого вала 22 обозначены C1, C2, C3 и C4.

Мгновенное положение поршня 12 зависит как от положения коленчатого вала 22, так и от положения управляющего вала 46. РИС. На фиг.5b показаны возможные положения, которые может иметь передняя поверхность 12a поршня 12: (i) Lmax, Rmax, где положения вращения валов 22, 46 составляют 180 градусов.степень. не в фазе, так что влияние на смещение поршня является аддитивным; (ii) Lmin, Rmin, где положения вращения валов 22, 46 находятся в угловой фазе, так что коленчатый вал и управляющий вал частично компенсируют друг друга; или (iii) Lном, Rном, где валы 22, 46 имеют угол 90 °. не в фазе. Три позиции, обозначенные R, являются возможными положениями в верхней мертвой точке цикла, тогда как позиции, обозначенные L, являются возможными положениями в нижней мертвой точке цикла.

Например, если коленчатый вал 22 находится в положении С1, а управляющий вал 46 находится в положении Р3 (сдвиг фазы на 180 °), передняя поверхность 12а поршня 12 будет находиться в положении Rmax. Если коленчатый вал 22 находится в положении C3, а управляющий вал 46 находится в положении P1, передняя поверхность поршня 12 будет находиться в положении Lmax. Напротив, если коленчатый вал 22 находится в положении C3, а управляющий вал 46 находится в положении P3 (в фазе), передняя поверхность поршня 12 будет находиться в положении Lmin, а не Lmax.Валы 22, 46 могут работать так, что фазировка валов 22, 46 в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке не кратна 90 °.

Для работы по фиг. 5а в четырехтактном двигателе предусмотрены приводные средства (не показаны) для вращения управляющего вала со скоростью плюс или минус 1/2 скорости коленчатого вала (то есть со скоростью распределительного вала). Управляющий вал предпочтительно подсоединен непосредственно к коленчатому валу. Механизмы для этого хорошо известны специалистам в данной области техники. Однако теоретически управляющий вал может приводиться в действие независимо от отдельного привода.

РИС. 5c — таблица, показывающая работу устройства, показанного на фиг. 5a устройство в случае, когда управляющий вал 46 работает на половине скорости коленчатого вала 22. Как показано, за время, которое требуется управляющему валу 46 для выполнения одного оборота, коленчатый вал 22 совершает два оборота. Длина любого хода, как показано на фиг. 5c, соответствует расстоянию между положениями L и R в начале и в конце хода. В этом иллюстративном примере поршень перемещается от Lmax до Rnom во время такта выпуска, между Rnom и Lmin во время тактов впуска и сжатия и от Rnom до Lmax во время рабочего такта.С точки зрения энергии наиболее важным ходом является рабочий ход, и, как показано на фиг. 5c, длина рабочего хода больше, чем тактов впуска и сжатия, как при работе по циклу Аткинсона.

Как отмечалось выше, фазирование между коленчатым валом 22 и управляющим валом 46 можно изменять, чтобы изменять ход цикла и синхронизацию. Например, валы 22, 46 в двигателе, показанном на фиг. 5а может быть немного сдвинут по фазе, чтобы обеспечить большее время в начале рабочего такта, чем в обычном кривошипно-ползунном механизме.Кроме того, валы 22, 46 могут вращаться в противоположных направлениях.

Средство управления согласно изобретению можно использовать для изменения характера термодинамического цикла, по меньшей мере, двумя способами: путем изменения длины хода, например, как показано в связи с фиг. 5a-5c, где управляющий вал работает с долей частоты вращения коленчатого вала, и изменяя синхронизацию события цикла, что может быть выполнено путем изменения фазировки между коленчатым валом и вращением управляющего вала, а также с помощью размеров, выбранных для средств управления и его положение относительно остальной части двигателя.В случае четырехтактного цикла типичные значения передаточного числа V (отношение средней скорости управляющего вала к скорости коленчатого вала) равны V =. + -. ((N-1) / 2), где n — положительное значение. целое число. В случае двухтактного цикла возможность регулировки характера термодинамического цикла меньше, чем в случае четырехтактного цикла. Если использовать половинное передаточное число, например, соотношение длины рабочего хода и такта сжатия может превышать единицу только в каждом втором цикле. Однако возможность управления синхронизацией цикла посредством регулирования фазировки между коленчатым валом и средством управления существует также в двухтактных двигателях.

Чтобы получить наиболее благоприятную передачу усилия в двигателях с поворотной балкой, желательно ограничить угловой поворот поворотной балки, так же, как ограничен угловой угол шатуна в обычных двигателях с кривошипно-шатунным механизмом. В двигателях с поворотной балкой угол поворота поворотной балки предпочтительно должен поддерживаться в пределах примерно 15 °. от направления, перпендикулярного перемещению поршня. Это относится как к обычным двигателям с поворотной балкой с управляющим валом в соответствии с настоящим изобретением, так и к двигателю с поворотной балкой Rapson скользящего типа.

Когда постоянно вращающийся вал управления, например 46, добавляется к двигателю с поворотной балкой, часть мощности передается на коленчатый вал через вал 46 управления. Следовательно, последний должен быть соответственно пропорционален. Однако, когда вал управления функционирует как рычаг управления (как, например, при работе с переменным ходом), рычаг управления не передает мощность на коленчатый вал.

Управляющий вал, однако, не обязательно должен быть соединен напрямую с поворотной балкой.Как будет очевидно в связи с вариантами осуществления, показанными на фиг. 8-11, соединение между валом управления и поворотной балкой может содержать узел соединительного звена, так что комбинация вала управления, узла соединительного звена, поворотной балки и неподвижного звена составляет движение кривошипа ползуна или движение кривошипа и коромысла, или другое движение.

Многие варианты конструкции средств управления, показанных на фиг. 5a входят в объем изобретения, некоторые из которых описаны ниже, и могут быть получены из механизмов с двумя степенями свободы.Например, управляющий вал может иметь форму кривошипа или эксцентрика, соединенного с шатуном и ползуном, штифт запястья которого прикреплен к управляющему штифту, как описано в связи с фиг. 8 и 9. Средство управления кривошипом и коромыслом описано в связи с вариантом осуществления, показанным на фиг. 11.

РИС. 6 показан двигатель с поворотной балкой, аналогичный показанному на фиг. 5a, за исключением того, что поворотная балка 40 напрямую соединена штифтом с поршнем 11. В этом случае противоположный конец 44 поворотной балки 40 соединен с управляющим валом 46 шатуном 47, а не напрямую соединен с поршнем. вал 46 управления, как на фиг.5а. ИНЖИР. 6 также схематично показано зубчатое соединение 45 между коленчатым валом 22 и управляющим валом 46 для приведения в действие последнего.

Следует отметить, что во всех этих вариантах осуществления относительные положения коленчатого вала и управляющего вала могут быть обратными. Кроме того, управляющий вал может быть расположен либо на той же стороне поворотной балки, что и коленчатый вал, либо на противоположных сторонах. Кроме того, если коленчатый вал и управляющий вал находятся на одной стороне поворотной балки, они могут быть на той же стороне поворотной балки, что и поршень, или на противоположной стороне.

РИС. 7a-7d показан другой вариант двигателя с поворотной балкой, а именно двигатель скользящего типа Rapson того типа, который показан на фиг. 3a-3c, но основанный на механизме с двумя степенями свободы, включая управляющий вал, для обеспечения работы по циклу Аткинсона. На фиг. 7a, поворотная балка 50 включает в себя направляющую часть 51 Rapson на ее нижнем конце, которая имеет удлиненную направляющую прорезь в ней для приема поворотного скользящего блока 52. Направляющая часть 51 и поворотный блок 52 соответствуют элементам 31 и 36, соответственно, в ИНЖИР.3а. Поворотный штифт 53 блока 52 также соединен с вращающимся управляющим валом 46.

РИС. На фиг.7b и 7c показаны два варианта осуществления поворотных балок 50 и 50a, которые соединены напрямую или посредством звена 16 с поршнем 11, 12. Каждый включает в себя скользящие элементы 51, 52 Rapson, непосредственно соединенные штифтом с валом 46 управления. фиг. 7b, где поворотная балка 50 напрямую соединена штифтом с поршнем 11, коленчатый вал 22 соединен с поворотной балкой 50 через промежуточное звено 20, чтобы поддерживать скоординированное движение.На фиг. 7c промежуточное звено 20 не используется. ИНЖИР. 7d аналогичен фиг. 7b, за исключением того, что положения вала 46 управления и коленчатого вала 22 поменялись местами.

Следует отметить, что независимо от того, включает ли двигатель вал управления, связанный с коленчатым валом, или же вал управления работает как рычаг, положения которого соответствуют желаемому ходу, единственная потеря мощности, связанная с валом управления или рычаг необходим для преодоления потерь на трение.

Варианты осуществления, показанные на фиг. 7a-7d может работать аналогично фиг. 5а. Приводные средства (не показаны) соединены с управляющим валом 46 для вращения управляющего вала 46 с заданной скоростью, предпочтительно с долей скорости коленчатого вала для выполнения работы по циклу Аткинсона. Фазирование между управляющим валом 46 и коленчатым валом 22 может быть таким, как описано в связи с фиг. 5c, или может быть изменен для изменения времени события цикла.

Варианты осуществления этого изобретения также могут использоваться для работы с переменным ходом.В этом случае вал управления действует как рычаг управления. Можно использовать варианты осуществления, показанные на фиг. 3-6 и 7a-d для этого типа работы, используя подходящий управляемый привод для вала управления. Но для работы с переменным ходом варианты осуществления, включающие дополнительные функции, раскрытые в связи с фиг. 8-11 предпочтительны.

РИС. 8а схематично показан двигатель с поворотной балкой типа Rapson, в котором положение управляющего вала 46 определяет положение поворотного блока 60 посредством кривошипно-ползункового механизма.Вал 46 управления соединен стержнем 62 управления со скользящим блоком 64, который может перемещаться в продольном направлении по неподвижной направляющей 66. Как показано на фиг. 8b и 8c, скользящий блок 64 соединен поворотным штифтом 68 с верхним качающимся блоком 60.

Поворотная балка 50a включает в себя направляющую 51 Rapson, аналогичную конструкциям, показанным на фиг. 3a, 7c и 7d. Направляющая 51 скользит в зацеплении с верхним качающимся блоком 60.

Поворотный палец 68, таким образом, также образует точку поворота для поворотного блока 60.Когда шарнирный палец 68 неподвижен, двигатель работает, как описано в связи с фиг. 3а. Однако, поскольку шарнирный палец 68 может перемещаться по направляющей 66, эта конструкция обеспечивает несколько дополнительных режимов работы.

Конструкция, показанная на фиг. 8а является схематичным. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что с учетом сил, передаваемых через механизмы, фактическая конструкция, показанная на фиг. 8а может принимать различные формы. Фиг. 8d и 8e показан один такой пример, в котором одинаковым элементам присвоены номера, соответствующие компонентам на фиг.8а.

В одном режиме управления вал 46 управления действует как рычаг управления, положение которого регулирует ход поршня. ИНЖИР. 9 иллюстрирует предпочтительную кинематическую схему для реализации этой компоновки, показывая несколько положений (M 1 M 2, M 3) центра M поворотного блока 60. Изображенная геометрия обеспечивает изменение хода примерно до 30% от максимума при постоянной степени сжатия (9: 1 в макете).

РИС. 9 иллюстрирует, что посредством кинематического синтеза или компоновки могут быть определены соответствующие размеры, которые будут (а) обеспечивать возможность переменного хода; (б) поддерживать почти постоянную степень сжатия; и (c) поддерживать по существу постоянную синхронизацию верхней мертвой точки.Как видно на фиг. 9 точки M 1, M 2 и M 3 почти коллинеарны, но они не выровнены с осью A 1 -B 1. Следовательно, положение поршня в верхней мертвой точке хода изменяется от положений C 1 до C 2 до C 3, как показано на схеме на фиг. 9 (положение поршня обозначено буквой «С», зазор поршня в верхней мертвой точке). Длина хода поршня различается для каждого положения M 1, M 2, M 3, но поскольку положение верхней мертвой точки изменяется в той же самой пропорции, конечная степень сжатия остается по существу такой же.

Иллюстративные размеры различных звеньев показаны на фиг. 9, где «r» — радиус коленчатого вала 22, «R» — длина шатуна 20, а A-B — длина поворотной балки 50a. A 1, B 1 и A 1, B 1 представляют положения концов 32, 34 поворотной балки 50a в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке для положения M пальца. .sub.1. A 2, B 2 и A ‘2, B’ 2 и пунктирная линия указывают соответствующие конечные положения и положение поворотной балки, соответственно, для положения M штифта.п.2. A 3, B 3 и A ‘3, B’ 3 и пунктирная линия указывают положения при M 3. Точки C 1, C 2 и C 3 указывают положения верхней мертвой точки поршня для положений M 1, M 2 и M 3 соответственно. Наконец, «P» — это расстояние между осью поршня и осью коленчатого вала.

Как видно из ФИГ. 9 точки M 1, M 2 M 3 почти коллинеарны, так что направление кривошипа ползуна, показанное на фиг. 8а возможно. Кроме того, время достижения верхней мертвой точки (определяется по точкам B.раздел 1, B 2 и B 3 схемы) остается по существу без изменений. Следовательно, изменение хода может быть получено при почти постоянной степени сжатия и по существу без нарушения фаз газораспределения в верхней мертвой точке или около нее. Альтернативно, линия, на которой лежат точки M 1, M 2 и M 3, может быть выбрана так, чтобы степень сжатия изменялась желаемым образом с длиной хода.

В другом режиме работы, в случае четырехтактного двигателя, управляющий вал 46 обычно приводится в действие с нечетным кратным половине частоты вращения коленчатого вала.При соответствующей фазировке управляющего вала и коленчатого вала, так что рабочий ход будет длиннее, чем такт сжатия, это приведет к циклу Аткинсона. Фазирование управляющего вала относительно коленчатого вала для поддержания нормальной синхронизации цикла должно быть таким, чтобы положение верхней мертвой точки соответствовало положению, в котором качающийся блок находится в своем крайнем верхнем положении.

Чтобы получить вышеуказанные режимы работы, можно использовать подходящие органы управления и средства для включения и выключения вала управления.Например, в случае первого режима варианта осуществления может использоваться управляемое микропроцессором приведение в действие 49 (см. Фиг. 8a) рычага 46 управления. В последнем режиме управляющий вал предпочтительно жестко соединен с кривошипом. Также можно использовать фазовращатель, чтобы регулировать или поддерживать правильные фазы газораспределения и / или изменять синхронизацию цикла Аткинсона в разумных пределах.

РИС. 10 иллюстрирует механизм для обеспечения другого режима работы конфигурации, показанной на фиг.8а. В этом варианте осуществления вместо неподвижной направляющей 66, показанной на фиг. 8а, направляющая 66а удерживается между неподвижным шарниром 67 и эксцентриком 68. Для ясности показан только нижний элемент 64 узла 64, 68 скользящего блока. Направляющая 66а может быть ориентирована так, как показано на фиг. 9, в результате чего в центральном положении эксцентрика 68 управляющий элемент 46 перемещает блок 64, чтобы изменять длину хода без изменения степени сжатия. Однако угловая ориентация направляющей 66a, которая определяет ход вспомогательного ползуна 64, регулируется эксцентриком 68, который, таким образом, увеличивает или уменьшает степень сжатия.Влияние хронирования на положение верхней мертвой точки может быть незначительным, если изменение степени сжатия ограничено разумно малым процентом от номинального.

Любое подходящее средство привода может быть соединено с эксцентриком для его управляемого приведения в действие. При работе двигателя существует ряд известных условий работы двигателя, при которых желательно работать с пониженной степенью сжатия двигателя или временно уменьшить степень сжатия (например, во время детонации двигателя). Приводным средством можно управлять в ответ на любые такие желаемые рабочие параметры двигателя.

РИС. 11 показывает альтернативную компоновку, в которой управление качающимся блоком 70 происходит под коленчатым валом, а рычаг управления в этом случае представляет собой кривошип и коромысло. Как отмечалось ранее, относительные положения этих элементов взаимозаменяемы. В этом случае управляющий вал 46 представляет собой штифт, соединенный с пластиной 72, неподвижно повернутой вокруг точки поворота 74. Пластина, в свою очередь, штифтом, соединенным точкой 76 с качающимся блоком 70. Путь штифта на качающемся блоке представляет собой дугу окружности. , ориентация и радиус которых регулируются в определенных пределах для удовлетворения проектных требований.

РИС. 13а и 13b иллюстрируют дальнейшие модификации для фиг. 8а двигатель. Как и в случае фиг. 8а поршень 11 скользит в цилиндре 10 и соединяется пальцами с поворотной балкой 50а. Противоположный конец 34 поворотной балки 50а соединен через соединительный стержень 20 с главным коленчатым валом 22. Кроме того, поворотная балка 50а включает в себя скользящую часть 51, которая входит с возможностью скольжения в направляющую канавку поворотного блока 60. Как и в случае, фиг. 8а, качающийся блок 60 шарнирно соединен вокруг оси 68 со скользящим блоком 64, который, в свою очередь, может перемещаться в продольном направлении в неподвижной направляющей 66.Приводное устройство объединено с постоянно вращающимся валом управления для обеспечения работы с переменным ходом вместе с улучшенными термодинамическими циклами и синхронизацией цикла.

РИС. 13а показан один вариант осуществления этого механизма с тремя степенями свободы. Вал 46 управления соединен стержнем 62 управления со скользящим блоком 99, который может перемещаться в продольном направлении по неподвижной направляющей 66. Блок скольжения 64 и блок скольжения 99 соединены средством 100 приведения в действие, которое показано как гидравлический привод.Управляющий вал 46 обычно приводится во вращение с нечетным числом, кратным половине частоты вращения коленчатого вала. При соответствующей фазировке управляющего вала и коленчатого вала, так что рабочий ход будет длиннее, чем такт сжатия, получится цикл Аткинсона. Приводное устройство 100 регулирует расстояние между скользящими блоками 64 и 99. Изменяя это расстояние, изменяется среднее положение блока 64. Средняя длина хода напрямую связана со средним положением блока 64.

В конструкции, показанной на фиг.8а, вал 46 управления может работать в двух режимах. Вал может вращаться непрерывно и заставлять скользящий блок 64 колебаться примерно в среднем положении, что дает цикл Аткинсона. В качестве альтернативы вал может действовать как рычаг, изменяя положение блока 64 и, следовательно, изменяя длину хода. Конструкция, показанная на фиг. 13a сочетает в себе обе эти особенности. Непрерывно вращающийся управляющий вал 46 обеспечивает работу по циклу Аткинсона, в то время как приводное устройство 100 может использоваться для изменения средней длины хода в цикле Аткинсона.

Конструкция на ФИГ. 13b обеспечивает те же функции, что и в 13a, за исключением того, что положения исполнительного устройства 100 и скользящего блока 99 поменяны местами. Вал 46 управления соединен стержнем 62 со скользящим блоком 64. Вал управления штифтом соединен со скользящим блоком 99, который может перемещаться в продольном направлении по неподвижной направляющей 66. Приводное устройство 100 регулирует расстояние между скользящим блоком 99 и фиксированной точкой 101 Вал 46 управления непрерывно вращается, чтобы обеспечить улучшенный термодинамический цикл (т.е.е. Цикл Аткинсона) и хронометраж цикла. Приводное устройство 100 изменяет среднее положение скользящего блока 64, тем самым изменяя среднюю длину хода.

В конструкции 13a и 13b приводное устройство 100, которое показано как гидравлический привод, может быть заменено любым устройством или механизмом, способным изменять расстояние между двумя точками. К устройству могут быть подключены любые подходящие средства для его управляемого приведения в действие. Устройство может управляться микропроцессором, чтобы выбрать подходящую среднюю длину поршня для данных условий нагрузки двигателя.

Конструкции, показанные на фиг. 13 может быть отрегулирован таким образом, чтобы поддерживать постоянную степень сжатия при изменении средней длины хода поршня, как обсуждалось в связи с фиг. 9. В качестве альтернативы скользящий блок 64 может быть сконструирован так, чтобы скользить вдоль оси, расположенной под углом, так что степень сжатия изменяется желаемым образом в зависимости от средней длины хода поршня.

РИС. 14 иллюстрирует вариант конструкций, показанных на фиг. 13. Как и в случае фиг. 13, поршень 11 скользит в цилиндре 10 и соединяется пальцем с поворотной балкой 50a.Противоположный конец 34 поворотной балки 50a соединен через соединительный стержень 20 с главным коленчатым валом 22. Кроме того, поворотная балка 50a включает в себя скользящую часть 51, которая входит с возможностью скольжения в направляющую канавку поворотного блока 60. Как и в случае на фиг. . 13, качающийся блок 60 шарнирно соединен вокруг оси 68 со скользящим блоком 64, который, в свою очередь, может перемещаться в продольном направлении в неподвижной направляющей 66. Непрерывно вращающийся управляющий вал 46 обеспечивает колебательное движение скользящему блоку 64 около среднего положения.Управляющий вал 46 обычно приводится во вращение с нечетным числом, кратным половине частоты вращения коленчатого вала. Соответствующая фазировка управляющего вала и коленчатого вала, при которой рабочий ход будет длиннее, чем такт сжатия, приведет к циклу Аткинсона.

Приводное устройство 100, показанное как гидравлический привод, регулирует среднее положение скользящего блока 64. Следовательно, приводное устройство 100 может использоваться для изменения средней длины хода. Угол направляющей 66 может быть выбран таким образом, чтобы степень сжатия оставалась постоянной при изменении средней длины хода поршня.В качестве альтернативы угол направляющей 66 может быть выбран так, чтобы степень сжатия изменялась управляемым образом.

Конструкция на ФИГ. 14, таким образом, может обеспечивать комбинированные характеристики улучшенного термодинамического цикла и переменной средней длины хода, которые были доступны в конструкциях на фиг. 13. Однако в отличие от конструкции на фиг. 14 имеет управляющий вал, соединенный со скользящим блоком 64 через ползун Rapson вместо кривошипно-шатунного механизма ползуна.Вспомогательная балка 102 шарнирно соединена одним концом с шарниром 69 скользящего блока 64, а на своем противоположном конце через соединительный стержень 62 — с управляющим валом 46. Кроме того, вспомогательная балка 102 включает в себя скользящую часть 107, которая принимается с возможностью скольжения. в направляющей канавке качающегося блока 106. Качающийся блок 106 шарнирно соединен вокруг оси 105 со скользящим блоком 103, который, в свою очередь, может перемещаться в продольном направлении в неподвижной направляющей 104. Приводное устройство 100 регулирует расстояние между скользящим блоком 103 и фиксированная точка 101.

Непрерывно вращающийся управляющий вал 46 заставляет вспомогательную балку 102 вращаться вокруг своей оси 105, таким образом заставляя скользящий блок 64 колебаться примерно в среднем положении. При соответствующем фазировании между управляющим валом 46 и коленчатым валом 22 рабочий ход становится длиннее, чем ход сжатия. Приводное устройство 100 изменяет положение скользящего блока 103 и, следовательно, изменяет среднее положение скользящего блока 64. Таким образом, приводное устройство 100 изменяет среднюю длину хода поршня.При изменении средней длины хода степень сжатия регулируется в зависимости от угла наклона направляющей 66. Угол, выбранный для направляющей 104, также влияет на движение поршня. Если направляющая 104 перпендикулярна балке 102 в ее среднем угловом положении, движение скользящего блока 103 изменяет только среднее положение скользящего блока 64. Однако, если направляющая 104 находится под другим углом, то движение скользящего блока 103 перемещает шарнир 105 вдоль оси балки 102. Балка 102 поворачивается на другой угол из-за этого движения своей точки поворота.Следовательно, колебательное движение скользящего блока 64 также изменяется. Отношение длины рабочего хода к такту сжатия изменяется, когда исполнительное устройство 100 перемещает скользящий блок 103 вдоль направляющей 104, наклоненной под соответствующим углом. Для конструкций, показанных на фиг. 13, соотношение между рабочим ходом и ходом сжатия остается по существу неизменным, когда средняя длина хода изменяется с помощью исполнительного устройства 100.

Конструкция, показанная на фиг. 14 может быть соразмерно таким образом, чтобы движение исполнительного устройства 100 в ответ на заданную нагрузку двигателя имело следующие результаты:

(a) Средний ход поршня варьируется;

(b) степень сжатия поддерживается постоянной или изменяется предпочтительным образом; или

(c) Длина рабочего хода поддерживается постоянной или изменяется в предпочтительном соотношении с ходом сжатия.

При желании в любом из вариантов осуществления можно использовать переключатель фаз (между коленчатым валом или распределительным валом и управляющим валом). Устройство переключения фаз, как описано выше, будет изменять движение хода поршня как функцию времени и, таким образом, изменять синхронизацию и другие рабочие характеристики.

РИС. На фиг.9 показано, что с помощью соответствующей кинематической конструкции варианты осуществления изобретения могут обеспечивать работу с переменным ходом, при которой изменения в синхронизации верхней мертвой точки незначительны.Однако в других вариантах осуществления может потребоваться регулировка фазы, чтобы управлять синхронизацией клапана, синхронизацией цикла Аткинсона и синхронизацией в рабочих режимах с переменным ходом или переменной степенью сжатия. Рычаги управления для работы с переменным ходом, которые были описаны в связи с фиг. 8-14, при желании также может быть настроен для работы с переменной степенью сжатия.

Если требуется фазовращатель, в вариантах осуществления изобретения можно легко использовать хорошо известные устройства конического или прямозубого типа, а также другие, включая известные механизмы изменения фаз газораспределения.

РИС. 12a-c иллюстрируют вариант осуществления четырехцилиндрового двигателя с регулируемым ходом поршня, в котором вариант осуществления по фиг. 8a-8e используется для каждого из четырех цилиндров. Для ясности на фиг. 12c показаны только два из четырех поршней A, B. Фазирование ходов кривошипа коленчатого вала 22 предпочтительно составляет 0-180-180-0-0 °, как в обычном двигателе. рядные четырехцилиндровые двигатели. Соответствующие положения четырех поршней показаны на фиг. 12а.

Каждый поршень A, B соединен поворотной балкой 50a и штоком 20 с коленчатым валом 22.Как и в случае фиг. 8a, каждая поворотная балка 50a входит в зацепление с поворотным блоком 60a и 60b, соответственно, для скольжения и поворота относительно поворотного пальца 68 ‘, а вспомогательный ползун 64’ может перемещаться вдоль фиксированной направляющей 66 для регулировки положения поворотного пальца. 68 ‘.

Штифт 68 ‘проходит перпендикулярно направляющей через качающийся блок 60a-b, связанный с каждой поворотной балкой 50a. Предусмотрены ползунки 64 ‘(и соответствующие направляющие 66) для поддержки штифта 68’ в местах, разнесенных по оси.

Положение ползунов 64 ‘и, следовательно, шарнирного пальца 68’ для всех поворотных балок 50, контролируется единым валом 46 ‘управления, который действует как рычаг управления, соединенный с шарнирным пальцем 68’ посредством звеньев. 62, одна ссылка 62 связана с каждым ползунком 64 ‘.При желании вал управления может быть выполнен за одно целое с распределительным валом или может быть отдельным. В качестве альтернативы вал управления может быть спроектирован и рассчитан на работу в цикле Аткинсона или в режиме работы с переменной степенью сжатия.

Расположение на фиг. 12c предназначен для схематической ясности, и специалисты в данной области техники легко поймут, что фактические механические конструкции будут отличаться, например, как описано в связи с фиг. 8д-8э.

Возможность использования унитарного рычага 46 ‘управления делает настоящее изобретение особенно выгодным для использования в рядном двигателе.Синхронизация во время рабочего хода может быть оптимизирована соответствующим выбором пропорций рычажного механизма, как описано в связи с фиг. 9.

Динамический баланс двигателя аналогичен динамическому балансу двух оппозитных поршневых двигателей. Однако баланс будет лучше. В двигателе с оппозитными поршнями, в котором задействованы шатуны, фазированные на 180 ° С. На обычном коленчатом валу шатуны создают инерционный дисбаланс, потому что их инерция вращения действует в том же смысле. В четырехцилиндровом двигателе по фиг.12, однако, дисбаланс, связанный с шатунами поршней A-A, противоположен дисбалансу, связанному с шатунами поршней B-B.

В конфигурациях многоцилиндрового двигателя, основанных на вариантах осуществления, которые мы описали, можно рассматривать различные режимы работы, в том числе следующие:

1. цикл Отто с фиксированным ходом;

2. фиксированный ход — цикл Аткинсона;

3. переменный ход — цикл Отто;

4. переменный ход — цикл Аткинсона; и

5.переменная степень сжатия — циклы Аткинсона или Отто

Для любого данного двигателя может быть желательно использовать один или несколько из этих режимов в качестве опций. Режим 1 соответствует обычному двигателю внутреннего сгорания, а режим 5 может включать в себя регулировки, такие как описанные в связи с фиг. 10 и фиг. 14.

В случае работы в режиме 2 вал управления может быть единым, но ход кривошипа и валов управления должны быть соответственно фазированы. Например, если устройство, показанное на фиг.5а, используется для создания рядного четырехцилиндрового двигателя с диапазоном от 0 ° до 180 ° до 180 ° С до 0 ° С. ход кривошипа, а с валом управления, работающим на половине скорости вращения коленчатого вала, фазирование ходов вала управления будет составлять 0–270–90–180 ° С. для достижения фиг. 5c ГРМ в каждом цилиндре.

В случае работы в режиме 3 вал управления функционирует как рычаг управления, и положение рычага одинаково для всех цилиндров, то есть вал управления может быть единым и функционировать как эксцентрик, как показано на фиг.12.

В случае работы в режиме 4 можно использовать единый вал управления, сконфигурированный как в режиме 2, но положение вала управления может зависеть от хода, т.е. ось вала управления может перемещаться вдоль ось M 1 -M 2 -M 3 на фиг. 9 на величину, зависящую от хода. В этом режиме работы может потребоваться преобразователь фазы, и для этой цели можно использовать любой из хорошо известных преобразователей фазы.

В то время как конфигурация поршень / цилиндр варианта осуществления, показанного на фиг.12 представляет собой рядный четырехцилиндровый кривошипно-шатунный двигатель, специалистам в данной области техники будет ясно, что любая рядная или другая конфигурация поршневой цилиндр может быть получена с конструкциями с поворотной балкой типа, описанного на фиг. . 12, заменяя приведение в действие поршня кривошипа ползуна обычного рядного двигателя или других традиционных двигателей на приведение в действие поворотной балки, описанное в этом изобретении.

Описанные конфигурации двигателя могут работать как с внутренними, так и с внешними поршнями.Термин «внутренний» относится к расположенным с противоположным расположением поршням, в которых камера сгорания расположена между поршнями. Наружные устройства — это такие устройства, в которых камера сгорания примыкает к концам поршня, наиболее удаленным от плоскости симметрии двигателя.

Изобретения многих из представленных вариантов осуществления этого изобретения являются производными от рычажных механизмов с множеством степеней свободы за счет использования одной свободы для движения коленчатого вала и другой свободы для движения средств управления.Эти механизмы сохраняют благоприятные пропорции, когда они предназначены для работы по циклу Аткинсона, работы с переменным ходом и работы с переменной степенью сжатия, без значительного уменьшения их передачи усилия и динамических характеристик. Все варианты осуществления могут использоваться как в двухтактных, так и в четырехтактных двигателях, а также в конструкциях двигателей с искровым зажиганием и дизельных двигателей.

Выше представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения. Дальнейшие вариации и модификации конструкций, показанных и описанных в данном документе, будут очевидны специалистам в данной области без отклонения от концепций изобретения, раскрытых в данном документе.Предполагается, что все такие модификации и вариации находятся в пределах объема изобретения, как изложено в следующей формуле изобретения.

Двигатель внешнего сгорания: типы и применение — стенограмма видео и урока

Двигатели внешнего и внутреннего сгорания

Разница между двигателями внешнего и внутреннего сгорания довольно проста и очевидна благодаря разнице в их названиях. В двигателе внешнего сгорания топливо не сжигается внутри двигателя.В двигателе внутреннего сгорания камера сгорания находится прямо посередине двигателя.

Внешние двигатели имеют рабочую жидкость, нагреваемую топливом. Двигатели внутреннего сгорания полагаются на взрывную силу топлива в двигателе, чтобы произвести работу. В двигателях внутреннего сгорания взрыв с силой выталкивает поршни или выталкивает горячий газ под высоким давлением из двигателя на больших скоростях. Как движущиеся поршни, так и выбрасываемый с высокой скоростью газ могут выполнять свою работу.В двигателях внешнего сгорания при сгорании нагревается жидкость, которая, в свою очередь, выполняет всю работу.

Типы двигателей внешнего сгорания

Паровая машина — это один из типов двигателей внешнего сгорания. В паровом двигателе в камере сгорания сжигается такое топливо, как уголь. Это тепло превращает воду в бойлере в пар. По трубам пар поступает в турбину, у которой к валу прикреплен ряд лопастей. При прохождении через турбину высокотемпературный пар расширяется, давит на лопасти и заставляет их вращать вал.Вращающийся вал может приводить в действие электрогенератор, приводить в движение гребной винт или выполнять другую полезную работу.

Другая конфигурация включает нагнетание пара высокого давления в камеру с поршнем. Пар давит на поршень, соединенный с коленчатым валом. Коленчатый вал может преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое может вращать колеса или пропеллеры.

Второй тип двигателя внешнего сгорания — это двигатель Стирлинга .Двигатель Стирлинга отличается от парового двигателя тем, что его рабочая жидкость всегда находится в газовой фазе, в отличие от парового двигателя, который превращает жидкую воду в газообразный пар. Кроме того, двигатель Стирлинга непрерывно рециркулирует свою рабочую жидкость, в то время как паровые двигатели сбрасывают конденсированный пар, как только он проходит через двигатель.

В двигателях Стирлинга

работает горячий газ, нагретый внешним источником, через поршни, которые вращают коленчатый вал. В сложной конфигурации газ циркулирует между горячим и холодным концом поршневой камеры, расширяясь при нагревании и сжимаясь при охлаждении.Расширенный газ толкает поршень вперед, в то время как сжимающийся газ толкает поршень назад. Тепло, генерируемое при сгорании, используется для производства работы и непрерывного цикла рабочего тела в горячих и холодных циклах.

Использование двигателей внешнего сгорания

Паровые двигатели были первыми изобретенными удачными двигателями, и именно они стали движущей силой промышленной революции. Это то, что питало знаменитый паровоз с его струей пара, вырывающейся из трубы. В настоящее время они используются для производства большого количества электроэнергии в мире.Любая угольная или атомная электростанция приводится в движение паровыми двигателями. Любой, кто когда-либо ездил на электростанции, видел гигантские белые клубы пара, поднимающиеся из нескольких труб.

Двигатель Стирлинга имеет более ограниченное применение и не так широко распространен, как паровой двигатель. Двигатели Стирлинга используются для выработки электроэнергии в некоторых частях мира. Они также используются на подводных лодках и для отопления жилых домов. Недавно они были объединены с солнечными фермами для выработки электроэнергии.

Резюме урока

Таким образом, двигатель внешнего сгорания классифицируется как таковой, потому что он работает на сгорании топлива, но сгорание происходит в камере, внешней по отношению к двигателю.Таким образом, он отличается от двигателя внутреннего сгорания , поскольку в двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит внутри двигателя.

Двигатели внешнего сгорания могут быть паровыми или двигателями Стирлинга. Паровые двигатели превращают жидкую воду в газообразный пар и работают на паровозах и электростанциях и очень широко используются. Двигатели Стирлинга отличаются от паровых двигателей тем, что в них рабочая жидкость всегда находится в газовой фазе, ограничены в их использовании.В некоторых частях света они вырабатывают электроэнергию, обогревают дома и подводные лодки.

Пониженные механизмы реакции для этанола в ультра-обедненных условиях в двигателях внутреннего сгорания

. 2020 22 декабря; 6 (1): 206-216. DOI: 10.1021 / acsomega.0c04170. eCollection 2021 12 января.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

• ¹ Perto Gestão de Tecnologia S.A., Rua Natingui, 1282-Vila Madalena, São Paulo, São Paulo 05443-002, Brazil.
• ² Кафедра машиностроения, Политехническая школа, Университет Сан-Паулу, Av Prof. Mello de Moraes, 2231-Cidade Universitária, Сан-Паулу, Сан-Паулу 05508-030, Бразилия.

Бесплатная статья PMC

Элемент в буфере обмена

Карла С. Т. Маркес и др.САУ Омега. 2020 .

Бесплатная статья PMC Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

.2020 22 декабря; 6 (1): 206-216. DOI: 10.1021 / acsomega.0c04170. eCollection 2021 12 января.

Принадлежности

• ¹ Perto Gestão de Tecnologia S.A., Rua Natingui, 1282-Vila Madalena, São Paulo, São Paulo 05443-002, Brazil.
• ² Кафедра машиностроения, Политехническая школа, Университет Сан-Паулу, Av Prof. Mello de Moraes, 2231-Cidade Universitária, Сан-Паулу, Сан-Паулу 05508-030, Бразилия.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Были оценены модели химической кинетики этанола в условиях ультра-обедненного двигателя в сочетании с многомерным моделированием CFD роторного двигателя с искровым воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI).Пять сокращенных наборов реакций, подходящих для моделирования CFD, и два подробных механизма реакции для сравнения были протестированы путем моделирования времени задержки воспламенения, скорости ламинарного пламени и одноциклового двигателя HCCI с виртуальными размерами поршня. Результаты моделирования нового механизма с 188 реакциями были хорошо согласованы как с экспериментальными временами задержки воспламенения для сверхбедных условий этанол / воздух, так и с ламинарными скоростями пламени при высоких давлениях. Этот набор реакций привел к лучшему моделированию времени задержки воспламенения при 30 и 40 бар для сверхбедных условий этанол / воздух, чем другие модели химической кинетики.Максимальные температуры и давления 2500-2580 К и 280-289 бар, соответственно, наблюдались для водного этанола / воздуха в условиях сверхнормативной обедненной смеси в двигателе HCCI. Кроме того, результаты моделирования этанолового двигателя HCCI показали высокую скорость повышения давления, составляющую 8-26 бар / канадский доллар при 3600 об / мин. Эти результаты показали, что испытание двигателя следует проводить при 2500 об / мин с давлением наддува 2 бара для калибровки модели CFD с новым оптимизированным механизмом реакции.

© 2020 Авторы.Опубликовано Американским химическим обществом.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей финансовой заинтересованности.

Цифры

Рисунок 1

Моделируемые (линии) и экспериментальные (символы)…

Рисунок 1

Смоделированные (линии) и экспериментальные (символы) времена задержки воспламенения этанола / воздуха.Экспериментальные данные…

Рисунок 1

Имитация (линии) и экспериментальные (символы) времена задержки воспламенения этанола / воздуха. Экспериментальные данные ультра-бедного этанола / воздуха от Zhang и другие. и стехиометрический этанол / воздух от Хойфера и Оливье.

Рисунок 2

Моделируемые (линии) и экспериментальные (символы)…

Рисунок 2

Смоделированные (линии) и экспериментальные (символы) времена задержки воспламенения этанола / воздуха.Экспериментальные данные…

фигура 2

Моделируемые (линии) и экспериментальные (символы) времена задержки воспламенения этанола / воздуха. Экспериментальные данные ультра-бережливого и стехиометрического этанол / воздух из Cancino et al.

Рисунок 3

Моделируемые (линии) и экспериментальные (символы)…

Рисунок 3

Смоделированные (линии) и экспериментальные (символы) времена задержки воспламенения этанола / воздуха.Экспериментальные данные…

Рисунок 3

Имитационное (линии) и экспериментальное (символы) зажигание время задержки этанола / воздуха. Экспериментальные данные об ультра-худом от Zhang et al. и стехиометрический этанол / воздух от Heufer и Olivier и Zhang et al.

Рисунок 4

Моделируемые (линии) и экспериментальные (символы)…

Рисунок 4

Смоделированные (линии) и экспериментальные (символы) времена задержки воспламенения этанола / воздуха.Экспериментальные данные…

Рисунок 4

Имитация (линии) и экспериментальные (символы) времена задержки воспламенения этанола / воздуха. Экспериментальные данные об ультра-худом от Mittal et al. и стехиометрический этанол / воздух от Cancino и другие.

Рисунок 5

Моделируемые (линии) и экспериментальные (символы)…

Рисунок 5

Моделируемая (линии) и экспериментальная (символы) скорость ламинарного пламени для смесей этанол / воздух.Экспериментальные данные…

Рисунок 5.

Имитация (линии) и экспериментальная (символы) скорость ламинарного пламени для смесей этанол / воздух. Экспериментальные данные Агази, Брэдли, Дирренбергера и Ляо на 358 K; Эгольфопулос при 363 К; и Гюльдер на 350 К.

Рисунок 6

Смоделированные температурные профили для воды…

Рисунок 6

Смоделированные профили температуры водного этанола в условиях сверхнормативной обедненной смеси в двигателе HCCI при…

Рисунок 6

Смоделированные профили температуры водного этанола при ультра-худой условия в двигателе HCCI при 3600 об / мин с различными механизмами реакции.Время запуска при -180 CAD и начальной температуре 443 K. Твердый линии на P _и = 1 бар; пунктирные линии при P _и = 2 бар; и штрихпунктирные линии на P _i = 3 бара.

Рисунок 7

Смоделированные профили давления для…

Рисунок 7

Смоделированные профили давления водного этанола в условиях сверхнормативной обедненной смеси в двигателе HCCI с…

Рисунок 7

Моделирование профилей давления водного этанола под ультра-скудным условия в двигателе HCCI с различными механизмами реакции.Начинать время при −180 CAD и начальной температуре 443 K. Твердое тело, Пунктирные и штрихпунктирные линии представляют P _i = 1, 2 и 3 столбца соответственно.

Все фигурки (7)

Похожие статьи

• Выбросы от двигателя с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI), использующим различные виды топлива: обзор.

  Верма С.К., Гаур С., Акрам Т., Гаутам С., Кумар А. Verma SK, et al. Environ Sci Pollut Res Int. 2021 3 августа. Doi: 10.1007 / s11356-021-15602-x. Онлайн до печати. Environ Sci Pollut Res Int. 2021 г. PMID: 34342822 Рассмотрение.

• Важный вклад в сокращение выбросов оксида азота из двигателей внутреннего сгорания.

  Буруана Д.Л., Сачелари А., Бутнару К., Гисман В.Buruiana DL, et al. Int J Environ Res Public Health. 2021, 27 августа; 18 (17): 9075. DOI: 10.3390 / ijerph28179075. Int J Environ Res Public Health. 2021 г. PMID: 34501664 Бесплатная статья PMC.

• Идентификация динамического рабочего диапазона двигателей HCCI с использованием обучения дисбалансу классов.

  Джанакираман В.М., Нгуен Х, Стерняк Дж., Ассанис Д. Джанакираман В.М. и др.IEEE Trans Neural Netw Learn Syst. 2015 Янв; 26 (1): 98-112. DOI: 10.1109 / TNNLS.2014.2311466. IEEE Trans Neural Netw Learn Syst. 2015 г. PMID: 25532159

• Химико-кинетическое моделирование горения керосина в отдельной жаровой трубе.

  Цзэн В., Лян С., Ли Х. Х., Ма Х.А. Цзэн В. и др. J Adv Res. 2014 Май; 5 (3): 357-66. DOI: 10.1016 / j.jare.2013.06.002.Epub 2013 11 июня. J Adv Res. 2014 г. PMID: 25685503 Бесплатная статья PMC.

• Разработка профилей характеристик выхлопных газов органических газов для внедорожных двигателей и оборудования с искровым зажиганием и воспламенением от сжатия.

  Райхл Л.Дж., Кук Р., Янка Калифорния, Зоннтаг ДБ. Reichle LJ, et al. J Air Waste Manag Assoc. 2015 Октябрь; 65 (10): 1185-93. DOI: 10.1080 / 10962247.2015.1020118.J Air Waste Manag Assoc. 2015 г. PMID: 26452015 Рассмотрение.

использованная литература

1. 1. Liao S. Y .; Jiang D. M .; Cheng Q .; Huang Z. H .; Вэй К. Исследование характеристик сгорания смеси этанол-бензин при холодном запуске в камере постоянного объема. Энергетическое топливо 2005, 19, 13–29.10.1021 / ef049733l. — DOI
2. 1. Дагаут П .; Togbé C. Экспериментальное и модельное исследование кинетики окисления смесей этанола и бензина-заменителя (заменителя E85) в реакторе с струйным перемешиванием. Энергетическое топливо 2008, 22, 3499–3505. 10.1021 / ef800214a.- DOI
3. 1. Рой С .; Аскари О. Новый детальный кинетический механизм этанола в условиях, связанных с двигателем. Energy Fuels 2020, 34, 3691–3708. 10.1021 / acs.energyfuels.9b03314. — DOI
4. 1. Бета Дж.G. C .; Pontoppidan M .; Сильва Т. Р. Изучение ограничений меньшего по размеру двигателя с непосредственным впрыском этанола с искровым зажиганием в различных конфигурациях для замены бензиновых двигателей с большим рабочим объемом. Energy Convers. Управлять. 2015, 105, 858–871. 10.1016 / j.enconman.2015.08.041. — DOI
5. 1. Матьё О.; Пинсон Л. Т .; Atherley T. M .; Mulvihill C. R .; Schoel I .; Петерсен Э. Л. Экспериментальное исследование окисления этанола за отраженными ударными волнами: измерения времени задержки зажигания и лазерного поглощения h3O. Гореть. Пламя 2019, 208, 313–326. 10.1016 / j.combustflame.2019.07.005. — DOI

Показать все 63 ссылки

LinkOut — дополнительные ресурсы

• Источники полного текста

• Материалы исследований

• Разное

[Икс]

цитировать

Копировать

Формат: AMA APA ГНД NLM

.