Поршневой двигатель

Статья опубликована 26.06.2014 06:16

Последняя правка произведена 16.11.2015 18:28

Определение.

Поршневой двигатель – один из вариантов двигателя внутреннего сгорания, работающий за счет превращения внутренней энергии сгорающего топлива в механическую работу поступательного движения поршня. Поршень приходит в движение при расширении рабочего тела в цилиндре.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Рабочий цикл двигателя состоит из последовательности тактов односторонних поступательных ходов поршня. Подразделяют двигатели с двумя и четырьмя тактами работы.

Принцип работы двухтактного и четырехтактного поршневых двигателей.

4-х тактный цикл работы поршневого ДВС: 1. Всасывание горючей смеси. 2. Сжатие. 3. Рабочий ход. 4. Выхлоп.	2-х тактный цикл работы поршневого ДВС: 1. Поршень движется вверх и происходит сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего цикла в полость под поршнем. 2. Поршень опускается обратно — рабочий ход, выхлоп и вытеснение топливной смеси из-под поршня в рабочую полость цилиндра.

Количество цилиндров в поршневых двигателях может варьироваться в зависимости от конструкции (от 1-го до 24-х). Объем двигателя принято считать равным сумме объемов всех цилиндров, вместимость которых находят по произведению поперечного сечения на ход поршня.

В поршневых двигателях различных конструкций по-разному происходит процесс воспламенения топлива:

• Электроискровым разрядом, который образуется на свечах зажигания. Такие двигатели могут работать как на бензине, так и на других видах топлива (природный газ).

Сжатием рабочего тела:

• В дизельных двигателях, работающих на дизельном топливе или газе (с 5% добавлением дизтоплива), сжимается воздух, и при достижении поршнем точки максимального сжатия, происходит впрыск топлива, которое воспламеняется от контакта с нагретым воздухом.

• Двигатели компрессионной модели. Подача топлива в них точно такая же, как и в бензиновых двигателях. Поэтому, для их работы, необходимы особенный состав топлива (с примесями воздуха и диэтилового эфира), а также точная регулировка степени сжатия. Компрессорные двигатели нашли свое распространение в авиастроении и автомобилестроении.

• Калильные двигатели. Принцип их действия во многом схож с двигателями компрессионной модели, однако не обошлось без конструкционной особенности. Роль зажигания в них выполняет – калильная свеча, накал которой поддерживается энергией сгорающего на предыдущем такте топлива. Состав топлива также особенный, за основу берут метанол, нитрометан и касторовое масло. Применяются такие двигатели, как на автомобилях, так и на самолетах.

• Калоризаторные двигатели. В этих двигателях воспламенение происходит при контакте топлива с горячими частями двигателя (обычно – днище поршня). В качестве топлива применяется мартеновский газ. Используются они в качестве приводных двигателей на прокатных станах.

Виды топлива, применяющиеся в поршневых двигателях:

• Жидкое топливо – дизтопливо, бензин, спирты, биодизель;

• Газы – природные и биологические газы, сжиженные газы, водород, газообразные продукты крекинга нефти;

• Вырабатываемый в газогенераторе из угля, торфа и древесины, монооксид углерода также используется в качестве топлива.

Работа поршневых двигателей.

Циклы работы двигателей подробно расписаны в технической термодинамике. Различные циклограммы описываются различными термодинамическими циклами: Отто, Дизеля, Аткинсона или Миллера и Тринклера.

Причины поломок поршневых двигателей.

Существует множество причин поломок двигателей. Например, если вы стали замечать вибрации двигателя или повышенный расход топлива, то очень вероятно что необходимо отремонтировать насос-форсунки, с этим вопросом вам помогут здесь — http://www.spbparts.ru/remont/remont_nasos_forsunki/1.htm.

КПД поршневого ДВС.

Максимальный КПД который удалось получить на поршневом двигателе составляет 60%, т.е. чуть меньше половины сгорающего топлива расходуется на нагрев деталей двигателя, а также выходит с теплом выхлопных газов. В связи с чем, приходится оснащать двигатели системами охлаждения.

Классификация систем охлаждения:

• Воздушные СО – отдают тепло воздуху за счет ребристой внешней поверхности цилиндров. Применяются ли
бо на слабых двигателях (десятки л.с.), либо на мощных авиационных двигателях, которые охлаждаются быстрым потоком воздуха.

• Жидкостные СО – в качестве охладителя используется жидкость (вода, антифриз или масло), которая прокачивается через рубашку охлаждения (каналы в стенках блока цилиндров) и поступает в радиатор охлаждения, в котором она охлаждается воздушными потоками, естественными или от вентиляторов. Редко, но в качестве теплоносителя также используется металлический натрий, который расплавляется от тепла прогревающегося двигателя.

Применение.

Поршневые двигатели, благодаря своему мощностному диапазону, (1 ватт – 75 000 кВт) обрели большую популярность не только в автомобилестроении, но и авиастроении и судостроении. Они также используются для привода боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, водяных насосов, бензопил и прочих машин, как мобильных так и стационарных.

Обсуждение:Поршневой двигатель внутреннего сгорания — Википедия

Механический КПД поршневого ДВС достигает…[править код]

«Механический КПД поршневого ДВС достигает 25%» — чушь полная. Во-первых, судя из контекста речь идет не о механическом, а о эффективном КПД. Во-вторых, эффективный КПД достигает в пределе 60% (у малооборотных дефорсированных судовых дизелей). Для автомобильных двигателей цифра давно перешла 30% на номинальном режиме. Именно же механический КПД — это 80-90%, а то и выше.

91.77.138.192 15:17, 27 декабря 2009 (UTC) Владимир

принципиально новая конструкция поршневого двигателя,[править код]

Как известно,поршневые двигатели имеют весьма низкие КПД конструктивно и неспособны к производству большей мощности Физически, что отмечено в характеристике поршневых двигателей.

 По этой причине необходимую большую мощность, получают большим производством, то есть нерациональным размером двигателя, с потерей полезного пространства техники с увеличенным расходом топлива и неудобством тех обслуживания, а также с большим объёмом затрат на производство самого двигателя. (джипы, внедорожники и другая мощная спецтехника. Это положение "традиционно", изначально и вечно. Однако принципиальное новшество дало возможность удвоить мощность двигателя, что было сделано для спортивной машины личной конструкции в 1980г.

О новшестве по особым причинам не известно(отдельная тема,национализма по месту жительства)

 С распадом союза, дикий нацизм на "обломках империи принудил к беженству уничтожив новшество. Теперь живя в Канаде пенсионером, восстановил действующею модель. Однако даже это, при отсутствии интеграции, не способствует регистрации. Писал вам об этом еще в прошлом году, но ответа  не получил, или ваш сайт бездействует? Неужели Россия не заинтересована получить право производства двигателя уникальных возможностей, если учесть современное положение двигателей ведущих производителей.
 НОВШЕСТВО производит в двое большую мощность при размере двигателя "КамАЗ"-спорт Дакар.

При ответе на мой Е-Маil: заинтересованных производителей сообщу обоснования высокого КПД и производства, с максимальным переходом энергопотенциала топлива, реально техническую мощность что пропорционально снижает затраты топлива на эталон полезно технической мощности, что соответственно позитивно экологически. Простота конструкции сокращает количество деталей в новшестве на 40% соответствено повышая надежность механизма, сокращая потенциально возможные неисправности и износ. Новшество обеспечит уникальные возможности для специальной и мощной техники.(ссылаясь на информацию перспективные российские танки) моторный завод»ЯМЗ» не может обеспечить создать двигатель необходимой мощности,ПРИЕМЛЕМОГО размера,не решается соотношение размер-мощность. Предлагаемое новшество даст более 2000лс. при меньшем размере высвобождая полезное пространство что весьма ценно в данном случае. Далее для ясности технические параметры новшества новшества и эквивалентные сопоставления относительно существующих двигателей, различного назначения:

Модель М-1:1, размер 40*40см. Имея явно малый размер, новшество эквивалентно соответствует

мощности обычного двигателя легковой машины 2.03лтр=2300см\куб=200лс. При увеличении новшества вдвое, размер 80*80см. что соответствует размеру двигателя обычной легковой машины, при этом технические параметры новшества повышаются в Кубической пропорции: 2.03лтр*2*2*2=18.03лтр=18000см\куб.=1600лс. Для сравнения двигатель танка США имеет 1200лс который вдвое большего размера. При размере двигателя 2 метр двигатель соответствует мощности судового двигателя 12000лс /неужели уникальные возможности новшества неинтересуют индустрию? Возможно сообщить дополнительную информацию, в зависимости от отношения к делу. —69.9.81.199 07:29, 8 июля 2011 (UTC) Ответить на: [email protected] Спасибо за внимание! . С уважением Евгений Леонович.

порщневой двигатель принципиально новой конструкции[править код]

На страницах сайта есть некто(Вл),который в отношении принципиально новых возможностей поршневой конструкции Фома не верящий. Он применил выражение «чуш», значение которого по своей умственной слабости объяснить не может. Из чего явствует что он далек от технического конструирования, пытаясь пользоваться технической терминологией, для солидности самоутверждения, как детсад ник в конституировании.К сожалению это значительная ущербность многих ученых которые, ими невидимое воспринимают как невозможное. Радиация тоже не видима, однако она погубила многих не понимающих. Описанный двигатель в первом, даже недоработанном варианте, примененный впервые на специальной спортивной машине, которая участвовала на всесоюзном конкурсе «ТМ»-72, получив Диплом и медаль Лауреата Всесоюзного конкурса на ралли по 5 республикам и 7 областям 10’000км. Финиш и демонстрация у главного входа в «ВДНХ». Организатор конкурса, гл. редактор журнала «ТМ» В.В.Захарченко. Я начинал работать в бригаде известных мотористов во время ВОВ по восстановлению двигателей торпедных катеров, которые возвращались на базу в основном с поврежденными, двигателями, ибо работали на предельных оборотах и с поврежденными, осколками, блоками нарушающими систему охлаждения. Такие катера через сутки, или немногим больше, новь выходили в море чтобы топить немецкий транспорт. Как восстанавливались двигатели, современный ФОМА назовет «чуш», однако делали в современном понемании невозможное и победили. «ФОМА» возможно не одинок в своих заблуждениях,(узкого мышления) А ЧТОБЫ снизить упадочные убеждения,(неудивительно и великий АМПЕР ЗАБЛУЖДАЛСЯ),лет 20 назад только опровергли ЕГО «ЗАКОН» «ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЙ» аннулировав неверные убеждения, чтобы ФОМЕ подобным стало меньше. А потому, считаю полезным для понимания имеющихся возможностей, сообщить один из нескольких факторов повышения КПД, обычного несовершенного двигателя. На примере современного восьми цилиндрового супер двигателя «мерседес» с четырьмя клапанами на цилиндр. Каждый клапан, снабжен жесткой возвратной пружиной, на сжатие которой, используется производимая мощность, в среднем 100 кг и более на каждую, в зависимости о кубатуры и назначения двигателя. Таким образом, одноразовый рабочий процесс во всех цилиндрах, за два оборота происходящий, использует производимую мощность: 100кг*32пруж.=3’200кг. Из этого следует, что при 2’000 оборотах двигателя в МИНУТУ, происходит 1’000 процессов, во всех цилиндрах: 3’200кг.* 1’000процессов= 3’200’000кг в МИНУТУ. Достаточно ясно, каждую МИНУТУ,происходит потеря производимой мощности 3’200тон\мин. / ТОН КАЖДУЮ МИНУТУ!/ А сколько за 1 час? а за 1 день? с учетом количества машин на дорогах, ж.д. локомотивов и другой мощной техники. Это астрономические дополнительные мощности, на основе КПД и пропорционально позитивно экологически. Более того, в новом принципе газоциркуляции нет множества деталей клапанно распределительной системы, которая действует в возвратно поступательном процессе, где в обратном процессе, АННУЛИРУЕТСЯ кинетическая энергия поступательного ДВИЖЕНИЯ и это происходит тысячи раз в минуту, т.е. с постоянным процессом потери производимой мощности, на деятельность «громоздкого сооружения» распредвалов и пружиноклапанной конструкции. Новый принцип ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО процесса осуществляется ИНЫМ МЕХАНИЗМОМ, при меньшем количестве деталей на 40%, без возвратного процесса механизма, что по всем параметрам производит большую мощность за эталон времени без увеличения объёма камер, на что обычные двигатели неспособны физически, за неспособность работать в режиме производства большей мощности, по причине зависания клапанов, а пружинный механизм поглощает значительную часть производимой мощности. Параметры и эквивалентные возможности описаны в предыдущем письме, что и обеспечивает описанные эквивалентные возможности новшества. Имеющиеся еще значительные возможности повышения мощности не описываются, их описание способно раскрыть новый принцип. Понимающие люди могут задавать вопросы,

В принципе веду поиск заинтересованных спонсоров, с взаимной заинтересованностью
Спасибо за внимание! С уважением:  техник конструктор Евгений Леонович.              ученик мотористовистов с 1942год  69.9.81.199 20:58, 8 июля 2011 (UTC)

о особой личной конструкции спортивной машины неимеющей аналога[править код]

Уважаемые друзья! решил дать некоторую информацию о спортивной машине, которая была специально создана, для проектируемого двигателя, его ходовых испытаний, ибо в шестидесятые годы приобрести автомобиль было не реально. Кузов цельно клееный, стеклоткань на эпоксидной смоле, в 3-5 слоёв, оптекаемой формы по болванке из тонкой фанеры и шпона вес 75кг. Рама, пространственная ферма, в подкузовное пространство, из тонкотелых газовых труб 45мм. Подвеска, доныне не существующей конструкции рычажная, позволяющая проходить повороты на предельной скорости, с уклоном кузова и колес в сторону поворота.(эффект мотоцикла),в предвидении высокой скорости на проектируемом двигателе. 69.9.81.199 00:17, 9 июля 2011 (UTC) 69.9.81.199 00:17, 9 июля 2011 (UTC) 69.9.81.199 00:17, 9 июля 2011 (UTC) 69.9.81.199 00:17, 9 июля 2011 (UTC)Машина участник конкурсе «ТМ»-69 Двигатель обычный Москвич-407, с повышенным сжатием на два карбюратора и специальный коллектор для лучшего наполнения. Пробег Москва-Киев, юбилей «50 лет ЛКСМ Украины». Газеты писали:-«Потужный двигун, уси детали робились руками водителя» Жури конкурса хотели понять, особую эластичность подвески на специальном полигоне бездорожья, когда кузов поглощал все неровности, работали только колеса, имея намного большую свободу перемещения: Когда на кузов кабриолет наваливалось человек 10-12, кузов ложился днищем на дорогу, а постановка машины, одним боком на тротуар 25-30см. не изменяло горизонтальное положение кузова. Жюри конкурса хотели понять феномен. Они не представляли возможность такого, но на очевидное, сказать как, (Вл)»ЧУШ» они не могли и решили поставить машину на эстакаду! Они смотрели не понимая!? Видели длиные рычаги независимой подвески и никаких упругих элементов!? Они оказались на положении «ФОМЫ» НЕВЕРУЮЩЕГО. Все не могли понять принцип действия, даже раскачивая машину. Никто не обратил внимания на Трос 10мм который не заметен в системе рычагов, от верхних рычагов вниз к раме, где через ролики тросы сходятся в центре кузова, под сидением водителя. Там в резиновой обойме из камер находится пружины, горизонтально вдоль кузова. Одним концом креплены жестко к кузову за дугой конец тянет трос на растяжку, когда рычаги перемещаются в верьх под нагрузкой. Основное преимущество при работе пружин на растяжку, это низкий коэффициент нарастания сопротивления, и полное отсутствие жесткого схлопывания пружины при сжатии. Это гарантирует необходимый больший диапазон работы рычагов и равномерную эластичность на всём пути растяжки пружины. О машине решил написать по причине на вашем сайте появления «ФОМЫ» КОТОРЫЙ НЕ ПОНИМАЯ ИСТИН использует реплику «ЧУШ» что на вашем сайте равнозначно сквернословию. Надеюсь на понимания истин и добрых пожеланий истинным энтузиастам, а не любителям щеголять технической терминологией невпопад и не к месту. Спасибо организаторам портала, за предоставленную возможность. Надеюсь на ответ от Вас. Есть и современные бытовые изобретения. При желании возможно выслать фотографию спортивного кабриолета. С уважением: Евгений Леонович.69.9.81.199 00:17, 9 июля 2011 (UTC)

Цилиндр (двигатель) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 января 2019; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 января 2019; проверки требуют 2 правки. Цилиндр и головка цилиндра двигателя воздушного охлаждения (мотоцикл «Москва» М1А). Гильза цилиндра

Цили́ндр поршневого двигателя внутреннего сгорания представляет собой рабочую камеру объемного вытеснения.

Работа двигателя внутреннего сгорания. Цилиндр в сборе с головкой и шатунно-поршневой группой.

Внутренние и наружные части цилиндров испытывают различный нагрев и обычно выполняются отдельно:

• внутренняя — рабочая втулка или гильза цилиндра
• наружная — рубашка (у двигателей воздушного охлаждения рубашка имеет рёбра для эффективного отвода тепла)

Пространство между ними называется зарубашечным, в двигателе с водяным охлаждением тут циркулирует охлаждающая жидкость.

В подавляющем большинстве случаев рубашки цилиндров выполняются в виде одной отливки для всего ряда цилиндров и называются блоком цилиндров. Рубашки и корпус блока цилиндров изготавливают обычно из того же материала, что и станина двигателя.^[1] Блоки цилиндров в большинстве случаев не имеют вставных гильз, отливаются целиком.^[2]

Внутренняя поверхность втулки или гильзы цилиндра является рабочей и называется зеркало цилиндра. Она подвергается специальной обработке (хонингование, хромирование, азотирование)^[3] с высокой точностью и имеет очень высокую чистоту. Иногда на зеркало цилиндра наносят специальный микрорельеф, высота которого составляет доли микрометров. Такая поверхность хорошо удерживает масло и способствует снижению трения боковой поверхности поршня и колец о зеркало цилиндра^[4]. В современных конструкциях поверхность часто подвергают отбеливающему переплаву лазером с образованием слоя белого чугуна высокой твёрдости. Высокий ресурс^[5] таких цилиндров не требует ремонтных размеров.^[6]

Гильзы отливают^[7] из чугуна высокой прочности или специальных сталей. Существует варианты гальванического покрытия хромом или никосилом алюминиевого цилиндра (объединённого конструктивно с головкой) на двигателях небольшой размерности.^[8][9]

Цилиндры двухтактных двигателей отличаются по конструкции от цилиндров 4-х тактных двигателей наличием выпускных и продувочных окон^[10]. Кроме того, у цилиндров двухтактных двигателей двойного действия имеется в наличии нижняя крышка для образования рабочей полости под поршнем^[11].

Дельтообразный двигатель внутреннего сгорания — Википедия

Дельтообразный двигатель (Napier Deltic) — это британский двигатель со встречным движением поршней, бесклапанный, двухтактный дизельный двигатель, использовавшийся в морском деле и в локомотивах. Разработан и производился компанией Napier & Son.

Цилиндры были разделены на три блока, расположенных в форме треугольника. Блоки формировали стороны с картерами, расположенными в каждой из вершин треугольника.

Термин «дельтообразный» происходит от названия греческой буквы дельта.

История дельтообразного двигателя начинается в 1943 году, когда Британское Адмиралтейство создало комиссию по разработке высокомощного дизельного двигателя малого веса для торпедных катеров.^[1] До этого времени на британском флоте такие катера приводились в движение бензиновыми двигателями. Но топливо для бензиновых двигателей легковоспламеняемо, что делает военные суда более уязвимыми перед вражеским огнём. Это давало преимущество немецким E-boat судам, приводившимся в движение дизельными двигателями.

До сих пор дизельные двигатели имели низкое отношение мощности двигателя к его массе и невысокую скорость. До Второй мировой войны компания Нэптер работала над разработкой авиационного двигателя, известного как Culverin после лицензирования Junkers Jumo 204. Двигатель Culverin был двухтактным двигателем со встречным движением поршней. Вместо цилиндров, имеющих каждый по одному поршню, и закрытых с одной стороны цилиндрической головкой, основанные на Jumo двигатели использовали вытянутые цилиндры, содержащие два поршня, двигавшихся в противоположных направлениях относительно центра. Это отбрасывает необходимость использовать тяжёлые цилиндрические головки, так как противоположный поршень выполняет их роль. Недостатком, вытекающим из такой конструкции, является необходимость разделения коленчатых валов и расположения их с каждой из сторон двигателя. Необходимо также использовать механические передачи, чтобы передать мощность от разделённых коленчатых валов на единый вал. Основное достоинство данной конструкции состоит в том, что она делает двигатель достаточно «плоским», что даёт возможность «утапливать» их в крыльях больших самолётов.

Анимированное изображение дельтообразного двигателя
Замечание: нижние левые впускные и выпускные порты показаны некорректно как перевёрнутые

Адмиралтейству требовались намного более мощные двигатели, и ему было известно о разработках «Юнкерс» по двигателям с несколькими коленчатыми валами треугольной и «бриллиантовой» (diamond-form, ромбической) схем. В Адмиралтействе посчитали целесообразным взять в качестве отправной точки разработки Юнкерса для создания более мощных двигателей. Результатом был треугольник, в котором цилиндры формируют стороны, оканчивающиеся тремя коленчатыми валами — по одному в каждой вершине. Коленчатые валы соединялись с шестернями, вращение которых происходило со сдвигом по фазе на соответствующие углы, и эти шестерни передавали мощность на единый выходной вал. В таком варианте имелось шесть шатунов, приводящих в движение три коленчатых вала. Различные варианты дельтообразных двигателей могут производиться с разным количеством цилиндров, хотя девяти- и восемнадцати-цилиндровые двигатели были наиболее распространены. В 1946 году Адмиралтейство заключило контракт с Английской электрической компанией — материнской компанией Нэйпер, на разработку этого двигателя.

Одно из конструкторских решений в двигателе позволяло сдвинутые по фазе коленчатые валы расположить таким образом, чтобы сначала открывался/закрывался выпускной порт, а потом впускной (с отставанием на 15-20 градусов). Это позволяет осуществлять небольшой наддув. Такие двигатели называют «uniflow» — продувка цилиндра происходит без изменения направления движения газов (в отличие от петлевой продувки), что улучшает удаление продуктов сгорания/коэффициент наполнения цилиндра. Порты располагаются в порядке впуск/выпуск/впуск/выпуск/впуск/выпуск, если обходить треугольник по кругу (впускные и выпускные порты имеют вращательную симметрию).

Более ранние попытки разработки подобных двигателей потерпели неудачу из-за трудностей при попытках расположить поршни в таком положении, которое позволяло бы им двигаться корректно.

Эта проблема была решена Н. Перварденом из Инженерной лаборатории Адмиралтейства. Он предложил задать одному из коленчатых валов направление вращения против часовой стрелки, чтобы обеспечить корректный сдвиг по фазе между валами. Конструкторы фирмы Нэйпер разработали для этой идеи необходимую шестерённую передачу.

Хотя в конструкции двигателя не требовалось наличия тарельчатых клапанов, он имел распределительные валы — по одному отдельному валу на каждую сторону. Они использовались исключительно для привода топливных насосов. Каждый цилиндр имел собственный насос, приводимый в движение своим кулачковым механизмом.

Военно-морской флот[править | править код]

Развитие началось в 1947 году, первый образец дельтообразного двигателя был построен в 1950 году. К январю 1952 года шесть двигателей имелось в распоряжении, что достаточно для полноценной разработки и продолжительных испытаний.

S212, трофейный немецкий E-Boat, приводимый в движение дизельными двигателями Мерседес-Бенц, был выбран для этих испытаний, поскольку их силовая установка была примерно равна по мощности новому 18-цилиндровому дельтообразному двигателю. Два двигателя Мерседес-Бенц были заменены на дельтообразные двигатели. Компактность дельтообразных двигателей можно продемонстрировать наглядно: они были в два раза меньше «родных» двигателей Мерседес-Бенц. Вес дельтообразных двигателей составлял примерно пятую часть от веса других современных двигателей аналогичной мощности.^[1]

После успешных испытаний дельтообразные двигатели стали универсальной силовой установкой для небольших и быстрых военно-морских судов. Военно-морские силы Великобритании впервые использовали их в качестве силовых установок быстроходных патрульных катеров типа Dark.^[2] Впоследствии они устанавливались на многих других типах скоростных катеров и кораблей малого водоизмещения.

Применение в железнодорожном транспорте[править | править код]

Британский локомотив класса 55 Alycidon, приводимый в движение дельтообразным двигателем, находящийся в Национальном железнодорожном музее Великобритании в Йорке

Дельтообразные двигатели использовались в двух типах британских локомотивов: классов 55 и 23, построенных в 1960-х годах.

Надёжность и обслуживание[править | править код]

В то время как дельтообразные двигатели были успешными и очень мощными для своих размеров и веса, они были очень «капризными» устройствами, требующими аккуратного обращения. Их приходилось снимать с транспортных средств и заменять для ремонта, вместо того, чтобы обслуживать их на месте. Дельтообразные двигатели легко изымались после поломки, и обычно отправлялись производителю для ремонта, хотя после того как исходные контракты истекли, Британские военно-морские силы и «Британские железные дороги» основали собственные мастерские для ремонта и обслуживания этих двигателей.^[3]

• Bryan ‘Bob’ Boyle. The Napier Way (неопр.). — Bookmarque Publishing, 2000. — ISBN 1-870519-57-4.

• Alan Vessey (compiler). Napier Powered (неопр.). — Tempus, 1997. — ISBN 0-7524-0766-X.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

Статья опубликована 26.06.2014 06:22

Последняя правка произведена 26.06.2014 06:29

Двигатель Ванкеля
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (двигатель Ванкеля, РПДВС) был сконструирован в 1957 году инженером Вальтером Фройде, который, совместно с Феликсом Ванкелем, работал над его разработкой. Основное отличие конструкции РПДВС от других ДВС – использование трехгранного, вращающегося внутри цилиндра, поверхность которого составляет эпитрохоида, поршня.

Конструкция.

Ротор, установленный на валу, жестко закреплен с зубчатым колесом, которое зацепляется со статором – неподвижной шестерней. Размер ротора в диаметре значительно больше, чем статора, но это не мешает ротору свободно обкатываться вокруг шестерни, поскольку шлицы ротора и статора одинаковые. Все три вершины граней движутся по эпитрохоидальной поверхности цилиндра, отсекая определенные объемы камер в цилиндре при помощи трех клапанов.

Благодаря данной конструкции двигателя, становится возможным осуществление любого четырехтактного цикла, не применяя дополнительного механизма распределения газа (т.е. около тысячи лишних деталей), что делает двигатель очень компактным, а также повышает КПД. Герметизация камер происходит за счет прижимания центробежными силами, ленточными пружинами и давлением газа радиальных и торцевых уплотнительных пластин. За один оборот двигателя совершается три полных рабочих цикла, что сопоставимо с одним оборотом шестицилиндрового поршневого двигателя.

В остальном (запуск, зажигание, охлаждение, смазка) двигатель Ванкеля не отличается от поршневых ДВС.

принцип работы Двигателя Ванкеля
Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый).

На практике используются только те двигатели, в которых отношение радиуса шестерни и зубчатого колеса: 2:3. Их устанавливают на автомобили, моторные лодки и другие средства передвижения.

Основные преимущества и недостатки:

Преимущества:

Уменьшенная вибрация. Поскольку РПД идеально механически сбалансирован (нет надобности в преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное), то автомобили, оснащенные им, гораздо более комфортные, что заметно проявляется в малолитражках и микроавтомобилях.

Динамика. РПД значительно динамичнее, нежели поршневые. Даже на низкой передаче и высоких оборотах (свыше 8000 об/мин), можно легко, не нагружая двигатель, разогнать автомобиль до 100 км/ч.

Высокая удельная мощность (л.с./кг). Ввиду отсутствия коленчатого вала и шатунов, масса ротора в РПД значительно меньше, чем в «обычных» поршневых двигателях. Габариты двигателя меньше в 1.5-2 раза, а общее количество деталей меньше на 35-40%. Все это способствует увеличению удельной мощности двигателя. Кроме того, в РПД мощность вырабатывается в течении ¾ ей каждого оборота выходного вала, а в одноцилиндровых поршневых двигателях только в период ¼ ти оборота выходного вала.

Недостатки:

Быстрая изнашиваемость деталей. Соединение ротора и выходного вала в РПД особенное, оно осуществляется посредством эксцентрикового механизма, что вызывает давление между контактирующими поверхностями, которое, в купе с высокой температурой, приводит к скоропостижному износу деталей. Из-за этого, особое внимание следует уделять периодической замене масла. Даже при бережной и правильной эксплуатации, необходимо регулярно производить капитальный ремонт, в первую очередь для замены уплотнителей. Ресурс двигателя достаточно велик, однако, если не производить своевременную замену масла, то он быстро выйдет из строя.

От состояния уплотнителя зависит КПД двигателя Ванкеля, ведь площадь пятна контакта слишком маленькая, а перепады давления высокие. Если уплотнитель в плохом состоянии, то будут происходить утечки между отдельными камерами, что поведет к снижению коэффициента полезного действия и увеличению токсичности выхлопа.

Проблему быстрой изнашиваемости уплотнителей решили, применив вместо обычной стали – высоколегированную.

Низкая экономичность. На малых оборотах двигателя, РПД потребляет значительно больше топлива, нежели «обычные» поршневые.

Склонность к перегреву. Камера сгорания двигателя Ванкеля – линзовидной формы, т.е. при малом объеме у нее относительно большая площадь, что приводит к потерям энергии за счет излучения. Излученная энергия перегревает рабочий цилиндр, тем самым, эффективность преобразования химической энергии в механическую падает, а также появляются проблемы с воспламенением рабочей смеси. Из-за чего, конструкция двигателя предусматривает две свечи зажигания.

Сложность производства. По причине высоких требований к исполнению деталей, двигатели Ванкеля сложны в производстве. Необходимо высокотехнологичное оборудование, способное воспроизводить движение инструмента по сложной траектории поверхности камеры объемного вытеснения (эпитрохоида).

Применение.

NSU Wankelspider Подразумевалось, что в основном, двигатель будет использоваться на автотранспорте, и первым серийным автомобилем, который был оснащен двигателем Ванкеля, стал спорткар из Германии NSU Wankelspider.

NSU Ro 80 – первый массовый (37 204 экз.) немецкий седан бизнес-класса. В машине, помимо двигателя Ванкеля, было много инноваций – это и кузов, с минимальным аэродинамическим сопротивлением, и полуавтоматическая коробка передач с гидротрансформатором, и блок-фары, также не обошлось и без передового дизайна. Через десять лет именно такой дизайн кузова был основополагающим стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения С2. Автомобиль NSO Ro 80 заслужил плохую репутацию из-за малого ресурса двигателя, уже через 50 тыс. км. ему требовался ремонт. На некоторых, сохранившихся автомобилях, РПД заменен на «фордовский» двигатель V4 «Essex».

С двигателями Ванкеля экспериментировала и Citroën – проект Citroën M35.

Позднее, серийным и мелкосерийным производством двигателей Ванкеля занимались только ВАЗ (Россия) и Mazda (Япония).

Современные разработки.

В нынешнее время над РПД активно работают инженеры Mazda. Сейчас им уже удалось решить основные проблемы Ванкелевского двигателя: токсичность и неэкономичность. Потребление масла снизилось на 50%, а бензина на 40%. Двигатель соответствует экологическому стандарту Euro IV. Двигатель «Renesis» (если перевести дословно, то – процесс становления роторного двигателя), при объеме 1.3 л. имеет мощность 250 л.с.. Последующая модель – «Renesis 2 16x» с объемом 1.6. литра, значительно мощнее своего предшественника, а также меньше нагревается.

Новые модели фирмы Mazda, с префиксом RE в названии, способны, в качестве топлива, использовать как бензин, так и водород, что не могло не заинтересовать сторонних разработчиков.

Расход топлива в РПД двигателях составляет от 7 до 20 литров на 100 км (зависит от многих факторов: дорога, загруженность и др.), а масла от 0.4 до 1 л на 1000 км. Как показывает опыт, усовершенствованный РПД Mazd`ы вполне конкурентоспособен.

Роторный двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Роторный двигатель — наименование семейства близких по конструкции тепловых двигателей, объединённых ведущим признаком — типом движения главного рабочего элемента. Роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором главный подвижный рабочий элемент двигателя — ротор — совершает вращательное движение.

Двигатели должны давать на выходе вращательное движение главного вала. Именно этим роторные ДВС отличаются от наиболее распространенных сегодня поршневых ДВС, в которых главный подвижный рабочий элемент (поршень) совершает возвратно-поступательные движения. В роторных моторах, где главный рабочий элемент и так вращается, не требуется дополнительных механизмов для получения вращательного движения. В поршневых же моторах приходится применять громоздкие и сложные кривошипно-шатунные механизмы для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. Самый первый тепловой двигатель в истории — эолипил Герона Александрийского (I в. н. э) также относится к роторным двигателям. В XIX веке, вместе с массовым появлением поршневых паровых машин, начинают создаваться и активно использоваться и роторные паровые двигатели. К ним можно отнести как паровые роторные машины с непрерывно открытыми в атмосферу камерами расширения — это паровые турбины, так и паровые машины с герметично запираемыми камерами расширения: к ним, например, можно отнести «коловратную машину» Н. Н. Тверского, которая успешно эксплуатировалась во многих экземплярах в конце XIX века в России.

С началом массового применения ДВС в первые десятилетия XX века начались и работы по попыткам создать эффективный роторный ДВС. Однако эта задача оказалась большой инженерной трудностью, и лишь в 1930-х годах была создана работоспособная дизельная турбина, которая по классификации относится к роторным ДВС с непрерывно открытой в атмосферу камерой сгорания.

Работоспособный роторный ДВС с герметично запираемой камерой сгорания удалось создать лишь в конце 1950-х годов группе исследователей из немецкой фирмы NSU, где Вальтер Фройде и Феликс Ванкель разработали схему роторно-поршневого двигателя.

В отличие от газовых турбин, которые широко и массово применяются уже более 50 лет, роторный двигатель Ванкеля и Фреде не показал очевидных преимуществ перед поршневыми ДВС, а также имел заметные недостатки, которые и сдерживают массовое применение этих моторов в промышленности. Но потенциально широкий набор возможных конструктивных решений создают широкое поле для инженерных поисков, которые уже привели к появлению таких конструкций, как роторно-лопастной двигатель Вигриянова, трёхтактный и пятитактный роторные двигатели Исаева и 2-тактный роторно-поршневой двигатель

Главное деление роторных двигателей происходит по типу работы камеры сгорания — запирается она на время герметично, или имеет постоянную связь с атмосферой. К последнему типу относятся газовые турбины, камеры охлаждения которых отделены от выхлопного сопла (от атмосферы) лишь густым «частоколом» лопастей роторной крыльчатки.

В свою очередь, роторные ДВС с герметично запираемыми камерами сгорания делятся на 7 различных конструкционных компоновок:

1. роторные двигатели с неравномерным разнонаправленным (возвратно-вращательным) движением главного рабочего элемента;
2. роторные двигатели с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента;
3. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками-лопастями, движущимися в роторе. Частный случай — с заслонками-лопастями, отклоняющимися на шарнирах на роторе;
4. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками, движущимися в корпусе;
5. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов;
6. роторные двигатели с простым вращательным движением главного рабочего элемента, без применения отдельных уплотнительных элементов и спиральной организацией формы рабочих камер;
7. роторные двигатели с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента и без применения отдельных уплотнительных элементов.

Роторные двигатели Фройде и Ванкеля,и 2-тактный роторно-поршневой двигатель, которые не вполне корректно с технической точки зрения называют «роторно-поршневыми», относятся к 7-й классификационной группе.

• Н. Ханин, С. Чистозвонов. Автомобильные роторно-поршневые двигатели. — М., 1964.
• Е. Акатов, В. Бологов и др. Судовые роторные двигатели. — Л., 1967.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — это… Что такое Поршневой двигатель внутреннего сгорания?

4-тактный цикл двигателя внутреннего сгорания
Такты:
1. Всасывание горючей смеси.
2. Сжатие.
3. Рабочий ход.
4. Выхлоп. Двухтактный цикл.
Такты:
1. При движении поршня вверх — сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего цикла в полость под поршнем.
2. При движении поршня вниз — рабочий ход, выхлоп и вытеснение топливной смеси из-под поршня в рабочую полость цилиндра. Блок цилиндров 4-х цилиндрового ДВС

Поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяющихся газов, образовавшаяся в результате сгорания топлива в замкнутом объёме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счёт расширения рабочего тела (газообразных продуктов сгорания топлива) в цилиндре, в который вставлен поршень.
Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания сегодня является самым распространённым тепловым двигателем. Он используется для привода средств наземного, воздушного и водного транспорта, боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, компрессоров, водяных насосов, помп, моторизованного инструмента (бензорезок (бензо-болгарок), газонокосилок, бензопил) и прочих машин, как мобильных, так и стационарных, и производится в мире ежегодно в количестве нескольких десятков миллионов изделий.

Мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания колеблется в пределах от нескольких ватт (двигатели авиа-, мото- и судомоделей) до 75 000 кВт (судовые двигатели).

В качестве топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания используются:

• жидкости — бензин, дизельное топливо, спирты, биодизель;
• газы — сжиженный газ, природный газ, водород, газообразные продукты крекинга нефти, биогаз;
• монооксид углерода, вырабатываемый в газогенераторе, входящем в состав топливной системы двигателя, из твёрдого топлива (угля, торфа, древесины).

Полный цикл работы двигателя складывается из последовательности тактов — однонаправленных поступательных ходов поршня. Различают двухтактные и четырёхтактные двигатели.
Число цилиндров в разных поршневых двигателях колеблется от 1-го до 24-х. Объём цилиндра — это произведение площади поперечного сечения цилиндра на ход поршня. Суммарный объём всех цилиндров обычно называют объёмом двигателя. По способу смесеобразования делятся:

• Двигатели с внутренним смесеобразованием (воспламенение от сжатия рабочего тела). Эти двигатели, в свою очередь, подразделяются на:
  • Дизельные, работающие на дизельном топливе или природном газе (с добавлением 5 % дизельного топлива для обеспечения воспламенения топливной смеси). В этих двигателях сжатию подвергается только воздух, а при достижении поршнем точки максимального сжатия в камеру сгорания впрыскиваеся топливо, которое воспламеняется при контакте с воздухом, нагретым при сжатии до температуры в несколько сотен градусов Цельсия.
  • Компрессионные двигатели. В них, в отличие от дизельных, топливо подается вместе с воздухом (как в бензиновых двигателях). Такие двигатели требуют особого состава топлива (обычно в его основе — диэтиловый эфир) и точной регулировки степени сжатия, так как от нее зависит момент воспламенения смеси. Компрессионные двигатели используются главным образом в авиа- и автомоделях;
  • Калильные двигатели. Схожи по принципу действия с компрессионными, но имеют калильную свечу, накал которой поддерживается за счёт сгорания топлива на предыдущем такте.Такие двигатели также требуют особого состава топлива (обычно в его основе — метанол, касторовое масло и нитрометан). Используются главным образом в авиа- и автомоделях;
• Воспламенение от горячих частей двигателя (калоризаторные), обычно — днища поршня. Приводные двигатели прокатных станов (топливо-мартеновский газ).

Двигатели с внутренним смесеобразованием имеют (как в теории, так и на практике) более высокий КПД и вращающий момент за счёт более высокой степени сжатия.

В рамках технической термодинамики работа поршневых двигателей внутреннего сгорания в зависимости от особенностей их циклограмм описывается термодинамическими циклами Отто, Дизеля, Тринклера, Аткинсона или Миллера.

Эффективный КПД поршневого ДВС не превышает 60%. Остальная тепловая энергия распределяется, в основном, между теплом выхлопных газов и нагревом конструкции двигателя. Поскольку последняя доля весьма существенна, поршневые ДВС нуждаются в системе интенсивного охлаждения. Различают системы охлаждения:

• воздушные, отдающие избыточное тепло окружающему воздуху через ребристую внешнюю поверхность цилиндров; используются в двигателях сравнительно небольшой мощности (десятки л.с.), или в более мощных авиационных двигателях, работающих в быстром потоке воздуха;
• жидкостные, в которых охлаждающая жидкость (вода, масло или антифриз) прокачивается через рубашку охлаждения (каналы, созданные в стенках блока цилиндров), и затем поступает в радиатор охлаждения, в котором теплоноситель охлаждается потоком воздуха, созданным вентилятором. Иногда в жидкостных системах в качестве теплоносителя используется металлический натрий, расплавляемый теплом двигателя при его прогреве.

Основные параметры двигателя

С работой поршневого двигателя внутреннего сгорания связаны следующие параметры.

• Верхняя мёртвая точка (в. м. т.) — крайнее верхнее положение поршня.
• Нижняя мёртвая точка (н. м. т.) — крайнее нижнее положение поршня.
• Радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки
• Ход поршня — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).
• Такт — часть рабочего цикла, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое.
• Объём камеры сгорания — объём пространства над поршнем, когда он находится в верхней мертвой точке.
• Рабочий объём цилиндра — объём, освобождаемый поршнем при перемещении его от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.
• Полный объем цилиндра — объём пространства над поршнем при нахождении его в нижней мёртвой точке. Полный объём цилиндра равен сумме рабочего объёма цилиндра и объёма камеры сгорания.
• Литраж двигателя для многоцилиндровых двигателей — это произведение рабочего объёма на число цилиндров.
• Степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания.

Ссылки