Двигатель внутреннего сгорания четырехтактный: Двигатель внутреннего сгорания – как работает, принцип действия и типы

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания четырехтактный — Энциклопедия по машиностроению XXL

В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл 1) всасывание 2) сжатие 3) горение и расширение 4) выхлоп. Эта идея была использована немецким изобретателем  [c.109]

Для двухтактных машин двойного действия (паровых и двигателей внутреннего сгорания), четырехтактных тандем-машин двойного действия. . ……….  [c.431]


Остановимся подробнее на описа-тши процесса, протекающего в цилиндре четырехтактного двигателя внутреннего сгорания за четыре хода  [c.132] МАЛОЛИТРАЖНЫЙ АВТОМОБИЛЬ С ДВУХЦИЛИНДРОВЫМ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ  [c.203]

Рабочим циклом называется совокупность характерных процессов, происходящих в двигателе в определенной последовательности во время его работы. Для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания рабочий цикл состоит из четырех тактов (впуск горючей смеси, сжатие, рабочий ход, выпуск).  

[c.56]

Н. Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания. КПД этого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов.  [c.109]

На рис. 7.1 изображены схема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания и диаграмма его рабочего процесса в р — ц-ко-ординатах. Цилиндр двигателя 1 снабжен двумя клапанами — впускным 2 и выхлопным 4. Открытие и закрытие их осуществляются  [c.109]

Рис. 7.1. Схема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (а) и диаграмма его рабочего процесса в р — о-координатах (б)
Рассмотренные рабочие циклы в цилиндре двигателя внутреннего сгорания могут быть осуществлены за четыре или за два такта (хода поршня). В первом случае цикл называется четырехтактным, во втором — двухтактным.  [c.231]

Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания, как уже указывалось, говорит о том, что около 30% вводимого в него тепла уносится отходящими газами и около 30%— охлаждающей водой. Температура отходящих газов при полной нагрузке составляет у четырехтактных двигателей 360—420° С и у двухтактных 280—320° С (меньшая температура у двухтактных двигателей объясняется подачей в цилиндр продувочного воздуха, который, проходя через окна, смешивается с отработавшими газами, в результате чего снижается их температура). Используя некоторую часть тепла отходящих газов для промышленных и бытовых нужд (отопление домов, прачечные, тепличное хозяйство), можно довольно значительно (до 25%) повысить экономичность установки и ее общий к. п. д. (до 50—55%). Тепло в таких случаях используют в котлах-утилизаторах.  

[c.444]


Двигатели внутреннего сгорания — дизельные и карбюраторные — имеют высокий эффективный КПД — до 40% (первые) и до 35% (вторые). Они применяются главным образом на транспорте. Максимальная температура циклов — 2200—2600° С. КПД эквивалентного цикла Карно равен 85—88%, что указывает на достаточно большой резерв для совершенствования. При желании получить большую удельную мощность применяют двухтактные две, теряя несколько в экономичности, в противоположном случае — четырехтактные. Расход горючего у дизельных — 220—230 г/кВт-ч, у карбюраторных — 270—300 г/кВт-ч.  
[c.142]

В 1824 г. основоположник термодинамики С. Карно предсказал теоретический рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), соответствующий четырем ходам поршня I — всасывание воздуха  [c.95]

Рис. 4.1. Работа четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием
Пример 2. В четырехтактном одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания требуется привести силу давления газов в цилиндре к кривошипу АВ (фиг. 21). Закон изменения силы в функции угла поворота кривошипа показан на фиг. 22.  
[c.34]

Действие произвольной периодической возмущающей силы (способ разложения на гармонические составляющие). В практических приложениях часто встречаются периодические возмущающие силы более сложного характера, чем рассмотренные выше. Так, на рис. IV. 15, а показан закон изменения крутящего момента, создаваемого четырехтактным двигателем внутреннего сгорания. Другой пример (периодические безмассовые удары) показан на рис. IV. 15, б.  [c.209]

В годы создания первого самолета в технике машиностроения произошли важные события. В 1876 г. Н. Отто сконструировал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, а в конце 80-х годов началось их массовое промышленное производство. Однако эти двигатели были еще несовершенны, тяжелы, и следующие после А. Ф. Можайского конструкторы самолетов продолжали применять испытанные и надежные паровые машины.  

[c.270]

Рассмотренный выше метод моделирования на -сетках был применен для определения температурных полей и исследования влияния граничных условий на температурные поля поршней и втулок двухтактных и четырехтактных двигателей внутреннего сгорания А  [c.407]

Поршневой стартер. представляет собой небольшой двухтактный или четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, приводимый в свою очередь в действие электростартером. Такой стартер (типа Ридель ) применялся на первых турбореактивных двигателях ЮМО-004 и БМВ-003 с тягой в 700— 900 кГ. Он развивал мощность до 12—15 л. с.  

[c.186]

Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются самыми распространенными тепловыми двигателями. Наибольшее применение получил четырехтактный двигатель, конструктивная схема которого представлена на рис. 9.1, в. Принцип его работы целесообразно рассмотреть с одновременным построением диаграммы в координатах давления р и объема W.  [c.109]

Какую энергию преобразуют двигатели внутреннего сгорания в механическое движение Какие типы двигателей внутреннего сгорания применяют в приводах строительных машин На каких видах топлива они работают Что такое рабочий цикл или рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания Что такое такт Опишите рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Чем отличается от него рабочий цикл дизеля Для чего в конструкциях двигателей внутреннего сгорания применяют несколько рабочих цилиндров Каков порядок их работы Каково назначение маховика в конструкции двигателя внутреннего сгорания  
[c.75]

Векторные диаграммы могут быть весьма сложными, например в диаграммах давлений на шейки и подшипники коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, в особенности у четырехтактных, где полярный угол диаграммы изменяется от нуля до 720°. На рис. 17.8 приведены векторные диаграммы нагрузки на шатунную шейку и подшипник автомобильного двигателя при частоте вращения коленчатого вала 2800 мин- .  
[c.261]

Так, например, четырехтактный шестицилиндровый двигатель внутреннего сгорания не дает абсолютно равномерного вращения ввиду дискретности моментов зажигания — за время полного оборота происходят вспышки горючей смеси в трех цилиндрах. Поэтому, если такой двигатель делает 600 об/мин, то вал двигателя испытывает за это время 1800 толчков. Толчки эти могут быть не опасны, если ни одно звено механизма, приводимого в действие двигателем, не имеет собственной частоты колебаний, равной 1800 пер/мин. Если же такое звено имеется, то толчки, порождаемые  

[c.49]

На всех отечественных автопогрузчиках установлены двигатели внутреннего сгорания. В карбюраторных четырехтактных двигателях модели ГАЗ-51 (табл. 5) и ее модификациях (ГАЗ-63, ГАЗ-51А), имеющих одинаковую конструктивную схему (рис. 5), шесть цилиндров расположены в один ряд. У двигателей ЗИЛ-130, ГАЗ-66, МеМЗ-966 (табл. 6) цилиндры размещены в два ряда под углом 90°.  [c.13]

Определить индикаторную мощность одноцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания 1410,5/13 при среднем индикаторном давлении 0,67 МПа. Диаметр цилиндра 105 мм и ход поршня 130 мм. Частота вращения вала в минуту 1500.  

[c.184]

Наибольшее распространение для охлаждения скоропортящихся продуктов в изотермических контейнерах получили холодильные агрегаты, включающие силовой привод. Агрегат монтируют таким образом, чтобы обеспечивалась легкая замена отдельных узлов. Компрессор и другие узлы высокого давления устанавливают снаружи, а испаритель — внутри емкости, оборудованной термоизоляцией. К силовому приводу на судне или терминале подводится электропитание, а при перевозке наземными видами транспорта подается топливо. Холодильный агрегат контейнера оснащается электромотором и двигателем внутреннего сгорания. Агрегат включает четырехцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель с водяным охлаждением и автоматическим управлением. Холодильный агрегат может быть использован в случае необходимости для подогрева груза. Контроль температуры осуществляется с помощью контактных термометров. При перевозке контейнера в грузовых помещениях судна бензиновый топливный бак снимается.  

[c.98]

Предисловие к статье М. А. Левина Исследование процесса всасывания четырехтактного быстроходного двигателя внутреннего сгорания . — Техника воздуш. флота, 1929, № 4, с. 212.  [c.420]

Так, в частности, степень технологичности будет различна не только у двигателей внутреннего сгорания с различными циклами Дизеля и Отто, но и у двухтактных и четырехтактных, с наддувом и без наддува, многоцилиндровых и одноцилиндровых.  

[c.700]

Цикл может соответствовать одному или нескольким оборотам начального звена. Так, например, вал насоса с кривошип-но-ползуиным механизмом в течение цикла делает один оборот. У четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в течение цикла коленчатый вал делает два оборота. В некоторых машинах один цикл соответствует и большему числу оборотов ведущего вала,  [c.306]

П УЗОВОЙ АВТОМОБИЛЬ С ЧЕТЫРЕХТАКТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ  [c.210]

Рассмотренный процесс работы двигателя внутреннего сгорания, как это вытекает из изложенного, происходит за четыре хода поршня (два оборота вала). Поэтому такие двигатели называются четырехтактными. Возможно осуществить этот же процесс и за два хода поршня (один оборот вала) путем установки специального продувоч-  [c.233]

Рассмотрим механизм четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Конструктивная и кинематическая схемы этого двигателя показаны на рис. 1, а и 1, б. Механизм состоит из трех подвижных тел 2, 3, 4 VI одного неподвижного тела 1. Одно или несколько жестко соединенных тел, составляющих механизм, называют звенсм  [c.7]

Исследованием влияния воды, добавляемой в топливо в различных концентрациях, на качество распыливания, смесеобразования и полноту сгорания топлива в дизелях занимался А. И. Абдепьфаттах [205] в Институте двигателей внутреннего сгорания Технического факультета в Александрии. Для испытаний были выбраны тихоходный и быстроходный четырехтактные дизели, основные данные которых приведены ниже  [c.245]

Принцип действйя поршневого двигателя внутреннего сгорания. Автомобильные поршневые двигатели выполняются многоцилиндровыми, мотоциклетные — в основном одно-, двухцилиндровыми. Схема четырехтактного одноцилиндрового двигателя показана на рис. 2. Цилиндр 5, закрытый сверху головкой 7, закреплен на картере 4. К картеру присоединен поддон 1, в котором находится масло. В цилиндре перемещается поршень 6, соединенный пальцем 12 с верхней головкой шатуна 13. Поршень в цилиндре уплотнен кольцами 11. Нижняя головка шатуна соединена с шатунной шейкой коленчатого вала 3. Коленчатый вал имеет две коренные шейки, опирающиеся на подшипники 2, расположенные в картере. Шатунная шейка вала соединена с коренными — кривошипами. К фланцу коленчатого вала прикреплен маховик 14. В головке 7 размещены клапаны 8 и 10, служащие для впуска горючей смеси (в карбюраторном двигателе) или воздуха (в дизеле) и выпуска отработавших газов. Воспламенение рабочей смеси в карбюраторном двигателе осуществляется с помощью свечи 9. В двигателях с воспламенением от сжатия в головке  [c.15]


Моторесурс двигателей внутреннего сгорания определяется обычно ресурсом цилиндропоршневой группы, зависящим от износостойкости деталей этой группы. Пыль, попадающая вместе с воздухом в цилиндры, частицы нагара и продукты износа вызывают абразивное разрушение рабочих поверхностей цилиндров и поршневых колец. Давление газов в цилиндре, а следовательно, и давление поршневых колец на стенки цилиндра имеет наибольшие значения в верхней его части, где условия смазывания неблагоприятны и поверхности трения имеют повышенную температуру, Поэтому в четырехтактных двигателях и двухтактных с прямоточной продувкой зона наибольшего износа цилиндров находится против газоуплотнительных колец в положении поршня в ВМТ, а наибольший износ — против верхнего кольца.  [c.264]

Как уже отмечалось, диаграмма крутящий момент — угол поворота кривощцпа используется для двух основных целей во-первых, для определения частот, вызывающих крутильные колебания, а, во-вторых, для определения необходимых размеров маховика. При анализе крутильных колебаний удобнее применять не степенной ряд, а ряд Фурье, выражая результаты измерения крутящего момента в виде ряда, состоящего из постоянного члена и бесконечной суммы гармонических членов, период которых в 1, 2, 3, 4, 5,. .. раз меньше периода цикла, а именно Ф, 2ф, Зф и т. д. Для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания ряд Фурье будет содержать гармонические члены с периодом, равным 0,5 1 1,5 2 2,5,. .. периода вращения вала (напомним, что полный цикл четырехтактного двигателя занимает 720°). Если какая-либо гармоника совпадет с одной из собственных частот крутильных колебаний двигателя, то возникает резонанс. Таким образом, независимо от того, насколько плавно изменяется крутящий момент, он всегда содержит некоторые гармоники, и, следовательно, могут возбуждаться собственные колебания, если только момент не будет постоянным в течение цикла, что маловероятно.  [c.282]

Из числа конструкций двигателей внутреннего сгорания, созданных по идеям Н.Р. Брилинга, уместно, кроме указанных короткоходных двигателей, упомянуть следующие одобренный в свое время Рикардо двигатель ДвоСжаРас ) мощностью 100 л. с., в котором часть цилиндров работала по двухтактному циклу, а часть — по четырехтактному двигатели М-33 мощностью 600 л. с. для авиации и мощностью 400 л. с. для танков (совместно с инженером Виттом) двухтактный 24-цилиндровый авиационный двигатель ФЭД-8 мощностью 3000 л. с. (совместно с акад. Б. С. Стечкиным) двухтактный двигатель для подводной лодки мощностью 300 л. с. (в сообществе с проф. Трипклером) малолитражный четырехместный автомобиль НАМИ и значительное число конструкций аэросаней.  [c.259]


4.2. Двигатели внутреннего сгорания — Энергетика: история, настоящее и будущее

4.2. Двигатели внутреннего сгорания

Тепловые двигатели, в цилиндрах которых одновременно протекают процессы сгорания топлива, выделения теплоты и преобразования ее части в механическую работу, называются двигателями внутреннего сгорания.

Отказ от котла, наиболее дорогой и громоздкой части паросиловой установки, позволил создать дешевый и экономичный двигатель внутреннего сгорания, который впоследствии стал основным двигателем транспортных средств.

Развитие этих двигателей началось с 1860 года, когда французский механик Ленуар впервые построил небольшой двухтактный газовый двигатель. Двигатель работал без сжатия смеси светильного газа с воздухом. Воспламенение рабочей смеси происходило при помощи электрической искры. К.п.д. такого двигателя колебался от 3 до 5% и был ниже к.п.д. поршневых паровых машин того времени, что было следствием нерационального цикла, предложенного изобретателем. Однако это изобретение сыграло крупную роль в деле создания двигателей внутреннего сгорания.

Дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания пошло по пути усовершенствования предложенной конструкции без изменения рабочего цикла. На рис. 4.10. представлен такой тип двигателя.

И только немецкому технику Николаусу Августу Отто (1832 – 1891) из Кельна в 1887 году в содружестве с инженером Е. Лангеном удалось построить четырёхтактный горизонтальный одноцилиндровый газовый двигатель мощностью 4 л.с. со сжатием рабочей смеси. Двигатель работал по принципу, предложенному французским инженером Бо-де-Роша. К.п.д. их двигателей достигал уже 7 – 18%, то есть был выше к.п.д. паровых машин того времени. Созданный двигатель можно считать прототипом современных двигателей внутреннего сгорания, работающих на газообразном и жидком топливе.

На рис. 4.11 представлена индикаторная диаграмма работы четырехтактного двигателя в координатах Р (давление) – V (полный объем цилиндра). При первом такте хода поршня происходит процесс всасывания в цилиндр рабочей смеси (линия 1–2 на индикаторной диаграмме). При обратном ходе поршня (второй такт) впускной клапан закрывается и в цилиндре протекает процесс сжатия рабочей смеси (линия 2–), при этом температура и давление смеси повышаются. В начале третьего хода поршня совершается быстрое воспламенение рабочей смеси от искры, а температура и давление резко увеличиваются (линия 3–4). Затем происходит расширение рабочих газов (линия 4–5), то есть выполняется полезная работа. При крайнем положении поршня в третьем такте процесс расширения заканчивается и открывается выпускной клапан, через который при четвертом ходе поршня выбрасываются отработанные газы (линия 6 – 1, которая проходит несколько выше атмосферной линии).

Рис. 4.10. Атмосферный двигатель Отто и Лангена (1865–1866 гг.) (а) и индикаторная диаграмма (б)

Рис. 4.11. Двигатель Отто. Индикаторная диаграмма

Один из первых наиболее удачных бензиновых двигателей для автомобильной промышленности был запатентован Г. Даймлером в Германии в 1885 году.

Постройка двигателя началась на заводе Дейти. В дальнейшем на заводе конструкция двигателя была значительно усовершенствована. Вскоре двигатели Отто – Дейти благодаря компактности, экономичности и надежности в работе получили общее признание и стали выпускаться другими заводами.

К тому времени надо отнести появление двухтактных двигателей, которые по принципу действия мало чем отличаются от четырехтактных двигателей Отто. В двухтактном двигателе посреди цилиндра расположены впускные и продувочные отверстия (клапаны), открытие и закрытие которых производится поршнем. Во время первого хода поршня в цилиндре протекают процессы воспламенения и расширения рабочей смеси, в конце хода поршня открываются отверстия цилиндра и начинаются процессы выпуска отработанных газов и продувки цилиндра воздухом или горючей смесью. Эти процессы продолжаются при обратном ходе поршня, втором такте, пока поршень не перекроет отверстия и не начнется процесс сжатия свежего воздуха или горючей смеси в зависимости от типа двигателя.

Рудольф Дизель (1858–1913) – немецкий инженер, создатель двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. В 1878 году он окончил Высшую политехническую школу в Мюнхене. В патентах 1892 и 1893 гг. Дизель выдвинул идею создания двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу, близкому к идеальному, в котором наивысшая температура достигалась сжатием чистого воздуха.

В 1913 году для ведения переговоров Дизель, взяв с собой наиболее ценные документы по изготовлению двигателя, отплыл в Англию. Однако до Англии он не добрался, а бесследно исчез с корабля при неизвестных обстоятельствах.

Двухтактные двигатели имеют более равномерный ход, вдвое меньший объем цилиндра, дешевле и нашли широкое применение в автомобильной промышленности, вытеснив четырехтактные.

Все рассмотренные выше газовые, газогенераторные, а также быстроходные двигатели, работающие на жидком топливе, – автомобильные, относятся к двигателям быстрого сгорания, у которых процессы воспламенения и горения протекают

 

настолько быстро, что поршень не успевает совершить даже небольшое перемещение.

Рис. 4.12. Индикаторная диаграмма дизеля

У таких двигателей к.п.д. очень зависит от степени сжатия, поэтому они работают с предельным давлением сжатия, при котором температура рабочей смеси близка к температуре её самовоспламенения. Однако двигатели быстрого сгорания, работающие на жидком топливе (нефти, керосине, бензине), не допускают высоких степеней сжатия (3, 5, 6), так как температура воспламенения этих топлив сравнительно низкая (350 – 415°С), что и обуславливает небольшой к.п.д. двигателя.

Повышение к.п.д. двигателей, работающих на жидком топливе, было достигнуто благодаря введению в технику рабочего процесса с постепенным сгоранием топлива. Процесс постепенного сгорания топлива был предложен в 1872 году американцем Брайтоном. После этого были попытки создать такой двигатель Гаргреавесом, Капитеном и др. Однако их двигатели были ненадежными в работе. Слава создания двигателя с постепенным сгоранием топлива принадлежит Р. Дизелю.

Предложение Дизеля сводилось к высокому сжатию воздуха в полости двигателя для повышения его температуры выше температуры воспламенения горючего. Будучи подано в полость двигателя в конце хода сжатия, горючее воспламеняется от нагретого воздуха и, нагнетаемое постепенно, осуществляет процесс подвода тепла без изменения температуры в соответствии с циклом Карно. Испытание опытного образца в 1896 году принесло успех, а в 1897 году Дизель построил на Аугсбургском машиностроительном заводе первый промышленный четырехтактный одноцилиндровый двигатель с постепенным сгоранием топлива, работающий на керосине, мощностью 20 л.с. Двигатель такого типа в дальнейшем получил название дизель. Он отличался высоким к.п.д., но работал на дорогостоящем керосине, имел ряд конструктивных дефектов. После некоторых усовершенствований, внесённых в 1898 – 1899 гг., двигатель стал надёжно работать на дешёвом топливе – нефти – и получил широкое распространение в промышленности и на транспорте.

Рабочий процесс двигателя постепенного сгорания (см. индикаторную диаграмму, рис. 4.12) отличается от рабочего процесса двигателя быстрого сгорания (см. рис. 4.11) следующими особенностями:

В рабочем цилиндре дизеля при втором такте – сжатии – сжимается не рабочая смесь, а воздух (линия 2 – 3) до давления 3,2–3,4 МПа. При этом температура воздуха в конце сжатия достигает 500–600 o С, то есть температуры воспламенения вводимого в цилиндр жидкого топлива.

Вследствие высокой температуры сжатого воздуха происходит самовоспламенение вводимого топлива и не требуется зажигательного приспособления.

В третьем такте топливо вводится в цилиндр не сразу, а постепенно, вследствие чего оно сгорает при постоянном давлении на некоторой части хода поршня (линия 3 – 4), а затем происходит дальнейшее расширение образовавшихся газов (линия 4 – 5).

Распыление топлива осуществляется форсункой при помощи сжатого воздуха. Для получения сжатого воздуха применяется компрессор с давлением 5–6 МПа двух-трехступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением воздуха.

Рабочие процессы в первом и четвертом тактах дизеля подобны процессам, протекающим в двигателях быстрого сгорания (линии 1 – 2 и 6 – 1).

Наиболее ответственной частью двигателя является компрессор, который приводится в действие от самого дизеля.

Первоначально все дизели работали по рассмотренному выше четырехтактному рабочему процессу, но затем стал применяться двухтактный рабочий процесс как более экономичный. Этому способствовало введение в технику принципа безвоздушного распыления топлива, то есть бескомпрессорных дизелей.

Первый в мире городской автобус с двигателем внутреннего сгорания вышел на линию 12 апреля 1903 года в Лондоне. Его предшественником можно считать автобус с паровым двигателем, который курсировал в течение четырех месяцев 1831 года между английскими городами Глостером и Челтенхемом (Наука и жизнь, 1984, № 5).

Действительное преимущество дизелей заключалось не в отличии их рабочего процесса, а в возможности получить высокие степени сжатия, неосуществимые в двигателях быстрого сгорания из-за низкой температуры самовоспламенения жидких сортов топлива. Рабочий процесс в дизелях проводился при степени сжатия 14–16 против 5–6 в двигателях быстрого сгорания, что повысило к.п.д. компрессорных дизелей до 28–32%, бескомпрессорных – до 30–34%.

После демонстрации на Парижской выставке 1900 года усовершенствованного двигателя Дизеля, где он получил высокую оценку, начался процесс бурного дизелестроения.

Большой вклад в усовершенствование дизельных двигателей внесли русские изобретатели. Б.Г. Луцкой (1865–1920) проектировал и строил многоцилиндровые двигатели различного назначения – автомобильные, авиационные, судовые, лодочные. В 1896 г. Г.В. Тринклер (1876–1957) построил бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания. В 1910 г. Р.А. Корейво (1852–1920) сконструировал дизельный двигатель с противоположно движущимися поршнями и передачей на два вала. А.Г. Уфимцев (1880–1936) в 1910 г. разработал шестицилиндровый карбюраторный двигатель для самолетов.

В России производство дизелей началось в 1899 году на заводе «Русский дизель» в Санкт-Петербурге. Выпускаемые заводом нефтяные дизели оказались вполне надежными в работе благодаря применению двухступенчатого компрессора и усовершенствованной нефтяной форсунки. Дизели завода «Русский дизель» получили впоследствии всеобщее признание и широко использовались в промышленности и на транспорте.

В торговом и на военном флоте дизели впервые были применены в России. Первая в мире судовая дизельная установка, состоящая из трех дизелей завода «Русский дизель» мощностью по 120 л.с., была смонтирована в 1903 году на нефтетопливной барже «Вандал». А первый реверсивный дизель был построен заводом в 1908 году для подводной лодки «Минога» мощностью 120 л.с. Перед первой мировой войной дизельные двигатели производились не только в Петербурге, но и в Москве, Сормове, Риге, Ревеле, Воронеже и других городах.

Двигатели внутреннего сгорания после значительных конструктивных изменений стали в ХХ веке основными двигателями всех транспортных средств.

Двигатель внутреннего сгорания

ДВС или двигатель внутреннего сгорания — это механизм, который принадлежит к тепловым машинам. Принцип действия двигателя внутреннего сгорания — преобразование тепловой энергии, получаемой от сгорания жидкого топлива, в механическую.

Поршни и шатуны

Простейший ДВС состоит из блока двигателя — чугунной или алюминиевой детали, в которой вырезается рабочий цилиндр. По цилиндру, совершая возвратно-поступательные движения движется поршень. Поршень, как правило, сделан из легкого и прочного сплава, поскольку должен длительное время выдерживать значительные нагрузки и температуры, при этом не разрушаясь и не деформируясь.

С одной стороны поршень соединен с шатуном. Это узел, обеспечивающий связь поршня с коленчатым валом. Представляет из себя цельнолитую деталь со сквозным неразъемным отверстием со стороны поршня и сквозным разъемным кольцом со стороны коленчатого вала. Шатун, соединенный с поршнем называется поршневой группой, поскольку сами по себе они практически бесполезны.

Коленчатый вал

Коленчатый вал — это вторая по массивности деталь двигателя. Представляет собой сложный вал, разбитый на условные сектора, некоторые из которых смещены относительно центра вращения вала. Каждый такой сектор отполирован до зеркальной поверхности и называется шейкой. Каждая шейка коленчатого вала — создана для того, чтобы работать в скользящей паре «шейка — шатун» или «шейка — опорный подшипник». Подшипники, на которых лежит коленвал, как правило скольжения. Он отполирован до зеркального состояния. На противоположной стороне колена, называемого шейкой, обычно делается наплыв для балансировки вала. Такая система называется кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

Вал, соединенный с поршнем через шатун, создает жесткую структуру, которая обеспечивает преобразование вращательных движений коленвала в возвратно-поступательные движения поршня в цилиндре и наоборот.

Сверху блок цилиндров закрывается головкой двигателя, в которой находится распределительнй вал, клапана и каналы впуска-выпуска. Распредвал жестко связан с коленвалом посредством цепной или ременной передачи. Распредвал открывает и закрывает впускные и выпускные клапана. Такая конструкция применяется в четырехтактном двигателе Отто. Этот механизм ДВС называется газораспределительный механизм (ГРМ). Он обеспечивает отвод выхлопных газов из цилиндра, впуск топливовоздушной смеси в цилиндр перед тактом сжатия, обеспечивает герметичность камеры во время сжатия и сгорания топливной смеси.

Система запускается с помощью стартера. Стартер представляет собой либо механический привод, например педаль в мопедах и некоторых мотоциклах, или шнур в мотопилах или газонокосилках. В четырехтактных двс используется, как правило электрический стартер, который приводится в движение с помощью аккумуляторной батареи.

Двигатель внутреннего сгорания может быть двух, четырех и даже шести тактным.

Такты ДВС

Каждый такт поршневого двигателя внутреннего сгорания обозначает завершенное действие. Например в двухтактном двигателе тактов два — первый — рабочий, когда топливо засасывается, одновременно с выходом наружу отработанных газов, второй — когда топливо сжимается и происходит его сгорание. В двухтактном двигателя каналы впуска и выпуска входят прямо в цилиндр, но расположены на разному ровне, что позволяет отработанным газам выходить раньше, чем поршень открывает второй, впускной канал.

Четырехтактный двигатель, соответственно, имеет четыре этапа действия.

Первый — поршень идет вниз, при этом открыт впускной клапан открыт — в рабочий объем засасывается порция топливно-воздушной смеси (ТВС).

Второй такт — оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая ТВС. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки (ВМТ), второй такт заканчивается.

Начинается третий такт — поршень проходит ВМТ, коленвал при этом поворачивается примерно на два-три градуса и происходит запал ТВС путем мощной искры из свечи зажигания. ТВС воспламеняется и начинает расширяться, активно сгорая. Поршень уходит вниз. В нижней мертвой точке НМТ, заканчивается третий такт.

Четвертый такт — поршень идет вверх, открывается выпускной клапан цилиндра — отработанные газы выходят в выхлопной коллектор.

Преимуществом четырехтактного двигателя является высокий коэффициент наполнения во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала, низкая чувствительность к падению давления в выпускной системе, возможность управления кривой наполнения путем подбора фаз газораспределения и конструкцией впускной системы. Почти все автомобильные двигатели это четырехтактные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Они обладают множеством характеристик – такие как крутящий момент, мощность, степень сжатия, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных особенностей.

Любой ДВС — это по сути насос, который способен черпать энергию из прокачиваемого топлива, сгораемого в нем в процессе прокачки.

Из чего состоит двигатель?

Дипломная работа на тему: Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающий по схеме вращающийся цилиндр-клапан

СОДЕРЖАНИЕ

 

Word, ведомость, спецификация, чертежи (часть чертежей представлена выше), титульный лист.

 

Введение 7

1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР 10

1.1 Предпосылки к созданию нового вида двигателя 10

1.2 Схема работы двигателя 11

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОПИСАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ 15

2.1 Техническое задание 15

2.2 Характеристика 16

2.3 Безопасность конструкции 17

2.4 Ресурсные испытания 17

2.5 Описание двигателя 18

2.6 Сравнительные характеристики 19

3. ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЫЧНОГО КЛАПАННОГО АНАЛОГА ДВИГАТЕЛЯ 20

4. РАСЧЁТ ДВИГАТЕЛЯ 22

4.1 Тепловой расчёт двигателя 22

4.2 Кинематический расчёт КШМ и динамический расчёт двигателя 30 

5. РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ 45

5.1 Расчёт на прочность элементов поршневой группы 45

5.2 Расчёт на прочность деталей шатунной группы 69

5.3 Расчёт коленчатого вала 86

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. БИЗНЕС ПЛАН 102

6.1 Общая часть 102

6.2 Общая характеристика продукции 103

6.3 Текущая маркетинговая ситуация 104

6.4 Планируемая ёмкость рынка 105

6.5 Расчёт себестоимости двигателя 106

6.6 Финансовый план 108

6.7 Определение точки безубыточности 112

7. БЖД. ЭРГОНОМИКА РАБОЧЕГО МЕСТА ИНЖЕНЕРА КОНСТРУКТОРА 113

7.1 Введение 113

7.2 Эргономика рабочего места 114

7.3 Требование к мониторам (ВДТ) и ПЭВМ 116

7.4 Обеспечение визуальных и эргономических параметров 116

7.5 Микроклимат рабочего помещения 118

7.6 Шум и вибрация 119

7.7 Электробезопасность 119

7.8 Источники излучения 120

7.9 Освещение 121

7.10 Вентиляция 122

7.11 Пожаробезопасность оператора вычислительных машин 122

7.12 Заключение по разделу 125

Заключение 126

Библиографический список 127

Приложения 128

 

Выдержка из текста дипломной работы

 

Общая характеристика работы

Объектом проектирования является четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающий по схеме вращающийся цилиндр-клапан

Актуальность темы.  

С каждым годом всё большее распространение находят малолитражные виды транспорта, такие, как мотоциклы, скутеры, мопеды самокаты и т.д. Объясняется это рядом причин. Во-первых, это модно среди молодёжи. Во-вторых, такой вид транспорта удобен как в эксплуатации, так и в обслуживании. Ну и, в-третьих, конечно же, он дёшев. Двигатели в таких видах транспорта как скутер, например, составляет немалую часть стоимости. Но и экономичность для них играет не последнюю роль. И какой владелец пусть даже самого заурядного скутера не хочет, чтобы его транспорт был всё-таки помощнее? Поэтому, там где нужно  больше удельной мощности выбирают двухтактный двигатель в ущерб экономичности, а там где нужна экономичность, выбирают четырёхтактный, но уже  в ущерб удельной мощности. 

Поэтому актуальным становиться вопрос о том, каким образом объединить преимущества двухтактного и четырёхтактного двигателя.

Целью работы является разработка конструкции двигателя,  тепловой расчет и баланс двигателя, динамический и кинематический расчет, расчет на прочность основных деталей двигателя, экономическое обоснование выбора двигателя данной конструкции, обоснование использования конструкции ДВС с использованием схемы вращающийся цилиндр-клапан на основании расчётов. 

Методика работы основана на использовании курсов “Методы инженерного проектирования”, “Детали машин”, “Основы организации производства”, “Динамика и прочность ДВС”, “Проектирование ДВС”.

На защиту выносятся:

Принципиальная схема ДВС.

Тепловой расчёт

Кинематический и динамический расчет.

Расчет на прочность. 

Общая компоновка двигателя. 

Анимация принципиальной схемы работы двигателя

Практическая ценность

Работа может быть использована для создания опытного образца двигателя.

 

Список используемой литературы

 

1. Автомобильные двигатели. Под редакцией М.С. Ховака — М.: Машиностроение, 1977. — 591 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя Т. 3 – М.: Машиностроение, 1992. — 563 с.

3. Бендерский Б.Я., Сазонов В.В., Селифанов С.Е., Вахрамеев Д.А. Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания: методические указания по курсовому и дипломному проектированию. – Ижевск: ИжГСХА, 2002. — 40 с. 

4. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Под редакцией А.С. Орлина и М.Г. Круглова — М.: Машиностроение, 1984. — 384 с.

5. Дьяченко Н.Х., Харитонов Б. А. и др. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания. — Л.: Машиностроение, 1979. — 392 с.

6. Калинин М.П. Мотоцикл. Устройство, эксплуатация и обслуживание. — М: Высшая школа, 1988. — 160 с.

7. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высшая школа, 2002. — 496 с.

8. Орлин А.С. Конструирование и расчет ДВС. Т.2 – М.: Машгиз, 1962. — 394 с.

9. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана труда./П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Н.Л. Пономарев и др.; Учеб. Пособие для студентов средних спец. Учеб. Заведений. – М.: Высш. шк., – 2001. – 431  с.: ил.

10. Электронный ресурс: www.membrana.ru

11. Электронный ресурс: www.rcvengines.com

История бензинового двигателя (ДВС) — Двигатели автомобилей

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания прочно вошел в нашу жизнь и останется в ней еще на неопределенное время. Развитие альтернативных топливных технологий предполагает, что в некотором будущем бензиновый мотор станет в конечном счете лишь историей, однако его потенциал, по расчетам специалистов, исчерпан лишь на 75 процентов, что позволяет назвать бензиновый ДВС на данный момент одним из главных типов двигателей в нашем мире.


Изобретение бензинового мотора, как и многих других современных вещей, существование без которых сегодня немыслимо, произошло благодаря, в общем-то, случайности, когда в 1799 году французом Ф. Лебоном был открыт светильный газ – смесь водорода, окиси углерода, метана и некоторых других горючих газов. Как предполагает его название, светильный газ использовался для осветительных приборов, заменивших в то время свечи, однако в скором времени Лебон нашел ему и другое применение. Изучая свойства найденного газа, инженер заметил, что его смесь с воздухом взрывается, выделяя большое количество энергии, которую можно использовать в интересах человека. В 1801 году Лебон запатентовал первый газовый двигатель, состоящий из двух компрессоров и камеры сгорания. По существу газовый двигатель Лебона стал примитивным прототипом современного ДВС.

Нужно отметить, что попытки поставить тепловую энергию взрыва на службу человечеству предпринимались задолго до рождения Лебона. Еще в 17-м веке нидерландский ученый Христиан Гюйгенс использовал порох, чтобы приводить в движение водяные насосы, доставляющие воду в сады Версальского дворца, а итальянский физик Алессандро Вольта в конце 80-х годов 18 века изобрел «электрический пистолет», в котором электрическая искра воспламеняла смесь водорода и воздуха, выстреливая из ствола кусок пробки.

В 1804 году Лебон трагически погиб и развитие технологии внутреннего загорания на некоторое время приостановилось, пока бельгиец Жан Этьен Ленуар не догадался использовать принцип электрического зажигания для воспламенения смести в газовом двигателе. После нескольких неудачных попыток, Ленуару удалось создать работающий двигатель внутреннего сгорания, который он запатентовал в 1859 году. К сожалению, Ленуар оказался больше коммерсантом, чем изобретателем. Выпустив несколько сотен своих моторов, он заработал довольно приличную сумму денег и прекратил дальнейшее усовершенствование своего изобретения.  Тем не менее, двигатель Ленуара, использовавшийся как привод локомотивов, дорожных экипажей, судов и в стационарном виде, считается первым в истории работающим двигателем внутреннего сгорания.

В 1864 году немецкий инженер Август Отто получил патент на собственную модель газового двигателя, КПД которого достигал 15-ти процентов, то есть был не только эффективнее двигателя Ленуара, но и эффективнее любого парового агрегата, существовавшего в то время. Совместно с промышленником  Лангеном, Отто создал фирму «Отто и Компания», в планы которой входило производство новых моторов, которых было выпущено около 5 000 экземпляров.  В 1877 году Отто запатентовал четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, однако, как оказалось, четырехтактный цикл был изобретен еще за несколько лет до этой даты французом Бо де Рошем. Судебная тяжба между этими инженерами закончилась поражением Отто, в результате чего его монопольные права на четырёхтактный цикл были отозваны. Тем не менее, конструкция двигателя Отто во многом превосходила французский аналог, что и предопределило его успех – к 1897 году было выпущено уже 42 000 таких моторов различной мощности.

Светильный газ в качестве топлива для ДВС существенно суживал область их применения, поэтому инженерами из разных стран постоянно проводились поиски нового, более доступного горючего. Одним из первых изобретателей, применивших бензин в качестве топлива для ДВС, был американец Брайтон, разработавший в 1872 году так называемый «испарительный» карбюратор. Однако его конструкция была настолько несовершенной, что он оставил свои попытки.


Лишь через десять лет после изобретения Брайтона был создан работоспособный двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине. Готлиб Даймлер, талантливый немецкий инженер, работавший на фирме Отто, еще в начале 80-х годов 19-го века предложил начальнику разработанный им самим проект бензинового мотора, который можно было бы использовать на дорожном транспорте, однако Отто отверг его начинания. В ответ на это Даймлер и его друг Вильгельм Майбах уволились из «Отто и Компания» и организовали собственное дело. Первый бензиновый двигатель Даймлера-Майбаха появился в 1883 году и предназначался для установки стационарно. Зажигание в цилиндре происходило от полой раскаленной трубочки, но в целом конструкция мотора оставляла желать лучшего именно из-за неудовлетворительного зажигания, а так же процесса испарения бензина.

На этом этапе требовалась более простая и надежная система испарения бензина, которая была изобретена в 1893 году венгерским конструктором Донатом Банки. Он изобрел карбюратор, ставший прообразом карбюраторных систем, известных сегодня. Банки предложил революционную по тем временам идею – не испарять бензин – а равномерно распылять его по цилиндру. Поток воздуха всасывал бензин через дозирующий жиклёр, сделанный в форме трубки с отверстиями. Напор потока поддерживался посредством небольшого бачка с поплавком, обеспечивающим постоянную пропорциональную смесь воздуха и бензина.

С этого момента в истории развитие ДВС пошло по нарастающей. Первые карбюраторные моторы имели всего один цилиндр. Рост мощности достигался за счет увеличения объема цилиндра, однако уже к концу столетия начали появиться двухцилиндровые двигатели, а с началом 20-го века все большее распространение начали получать моторы с четырьмя цилиндрами.

Самый быстрый словарь в мире | Vocabulary.com

  • четырехтактный двигатель внутреннего сгорания двигатель внутреннего сгорания, в котором взрывоопасная смесь всасывается в цилиндр на первом такте и сжимается и воспламеняется на втором такте; работа совершается на третьем такте, а продукты сгорания выбрасываются на четвертом такте

  • двигатель внутреннего сгорания Тепловая машина, в которой сгорание происходит внутри двигателя, а не в отдельной топке; тепло расширяет газ, который приводит в движение поршень или вращает газовую турбину

  • двигатель внешнего сгорания Тепловая машина, в которой воспламенение происходит вне камеры (цилиндра или турбины), в которой теплота преобразуется в механическую энергию

  • настроение ваше обычное настроение

  • внутреннее сгорание сгорание топлива внутри цилиндра

  • сопоставление акт расположения близко друг к другу

  • самовозгорание воспламенение вещества (в виде промасленной ветоши) в результате процесса внутреннего окисления

  • горизонтальное комбинированное поглощение в одну фирму нескольких фирм, занятых на одном уровне производства и разделяющих ресурсы на этом уровне

  • четырехтактный двигатель Двигатель внутреннего сгорания, в котором взрывоопасная смесь всасывается в цилиндр на первом такте, сжимается и воспламеняется на втором такте; работа совершается на третьем такте, а продукты сгорания выбрасываются на четвертом такте

  • Forestiera neomexicana Колючий ветвистый листопадный кустарник на юго-западе США с гроздьями незначительных желто-белых цветов, появляющихся перед листьями, за которыми следуют привлекательные черные ягодообразные плоды

  • корреляция первого порядка частичная корреляция, при которой устраняются эффекты только одной переменной (сохраняются постоянными)

  • термореактивные композиции материал, затвердевающий при нагревании и не поддающийся формованию

  • вертикальное комбинированное поглощение в единую фирму нескольких фирм, вовлеченных во все аспекты производства продукта от сырья до распределения

  • сильное взаимодействие (физика) взаимодействие, связывающее вместе протоны и нейтроны в ядрах атомов; глюонами

  • иностранная террористическая организация политическое движение, использующее террор в качестве оружия для достижения своих целей

  • рестрикционный фрагмент Фрагмент ДНК, полученный расщеплением ДНК ферментом рестрикции

  • Центр по международному предупреждению преступности Управление Организации Объединенных Наций, отвечающее за предупреждение преступности, уголовное правосудие и правовую реформу

  • физический состав Способ, которым кто-то или что-то состоит

  • реакция двойного разложения химическая реакция между двумя соединениями, в которой части каждого из них заменяются местами с образованием двух новых соединений (AB+CD=AD+CB)

  • Ротари Интернэшнл группа бизнесменов в городе, организованная как клуб обслуживания и для продвижения мира во всем мире

  • Что такое четыре удара?

    С момента изобретения автомобиля в большинстве автомобилей под капотом установлен четырехтактный бензиновый двигатель.Это гениальное изобретение, также называемое двигателем внутреннего сгорания, использует природные силы и энергию для преобразования отдельных элементов, таких как топливо, воздух, искра и давление, в мощное движение, способное в конечном итоге привести в движение весь автомобиль. Внутренняя работа — это блестяще поставленный танец, в котором каждая часть играет неотъемлемую роль в самой системе, а также управляется ею. Полное объяснение больше, чем может быть описано здесь, но полезно понять основы.

    Установка

    Два вала синхронизированы и работают синхронно: коленчатый вал внизу и меньший распределительный вал вверху.Оба вращаются в фиксированных точках на любом конце вала, но в каждом используется смещенная конструкция кулачков или противовесов, которые переводят фиксированное вращательное движение вала в линейное движение вверх и вниз компонентов, соединенных перпендикулярно. Коленчатый вал перемещает тяжелые поршни прямо вверх и вниз, в то время как распределительный вал управляет двумя клапанами (иногда больше) на каждый открытый и закрытый поршень. Четырехтактный двигатель относится к каждому отдельному ходу, совершаемому одним поршнем. Хотя может показаться, что поршень совершает только два движения — вверх и вниз, — гораздо больше происходит с положением клапанов и в самом процессе в целом.

    1. Впуск

    Поршень начинается в «верхней мертвой точке» с небольшим зазором между ним и двумя клапанами. Это пространство называется камерой. При первом такте впускной клапан открывается, когда поршень движется вниз, всасывая воздух и топливо в расширительную камеру через открытый клапан. Всасываемая топливно-воздушная смесь уже оптимизирована двигателем, чтобы производить как можно меньше отходов, а в дальнейшем обеспечивать максимальную выходную мощность.

    2. Компрессия

    По мере вращения смещенного коленчатого вала поршень отталкивается назад к клапанам, которые теперь закрыты, создавая при этом давление и тепло.Деваться некуда, воздух и топливо сжимаются. Это увеличивает их реактивность и способность воспламеняться, подготавливая их к следующему шагу.

    3. Сгорание

    Как только поршень возвращается в верхнее положение, синхронизированная искра воспламеняет летучую смесь, и контролируемый взрыв с большой силой отправляет поршень обратно вниз. На этом этапе оба клапана остаются закрытыми, а содержимое камеры подвергается химической реакции, которая делает его инертным и превращает в выхлопные газы.На этом этапе двигатель получает свою мощность. Взрыв толкает поршень вниз с такой силой, что коленчатый вал проворачивается и снова «подпрыгивает». В автомобильных двигателях несколько поршней в ряд настроены на сгорание в разное время, поэтому мини-взрывы создают ощущение баланса, которое приводит в движение коленчатый вал без особых толчков.

    4. Выхлоп

    В этот момент открывается выпускной клапан и поршень направляется вверх, выталкивая все «использованные» газы в выхлопную систему без создания давления.После этого поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, впускной открывается, и процесс начинается снова. Поскольку процедура обеспечивает прямую связь между тем, что происходит в двигателе, и тем, что выходит из выхлопной трубы, можно диагностировать некоторые проблемы с двигателем по цвету дыма.

    Понимание работы вашего автомобиля может сделать сигнальную лампу или поездку к механику менее напряженными.

    Ознакомьтесь со всеми деталями двигателя, доступными в NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для планового технического обслуживания и ремонта.Для получения дополнительной информации о двигателе внутреннего сгорания поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

    Фото предоставлено Flickr.

    Изучение энергетического баланса и путей потерь мощности четырехтактного двигателя внутреннего сгорания объемом 120 см³ | Дж. Инж. Мощность газовых турбин

    В исследовательской лаборатории ВВС (AFRL) в течение нескольких лет ведутся работы по увеличению дальности и выносливости беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) группы 2 (10–25 кг).Для получения желаемых улучшений производительности большой интерес представляют исследования по повышению общей эффективности силовых установок с ДВС. Высокая удельная энергия углеводородного топлива (13 000 Вт · ч / кг для бензина), но низкая эффективность преобразования топлива для небольших ДВС означает, что относительно небольшие улучшения эффективности преобразования топлива двигателей могут привести к значительному увеличению запаса хода и выносливости. Однако имеется мало информации об эффективности ДВС в интересующем диапазоне размеров (10–200 см 3 объема водоизмещения) для БПЛА группы 2.Большинство доступных в настоящее время данных об эффективности для 10–200  см 3 ДВС относится к двухтактным двигателям. Цель этого исследования состояла в том, чтобы обеспечить всестороннее исследование эффективности и потерь энергии четырехтактного двигателя малого объема, который потенциально может быть использован для питания БПЛА группы 2 . Энергетические балансы были выполнены на четырехтактном двигателе Honda GX120 с использованием эмпирических методов исследования. Двигатель был 118 см 3 рабочий объем, одноцилиндровый ДВС. Энергетические пути характеризовались как процент от общей химической энергии, доступной в топливе.Энергетические пути были охарактеризованы по четырем категориям: мощность торможения, охлаждающая нагрузка, явная энтальпия выхлопных газов и неполное сгорание. В исследовании изучалось влияние пяти рабочих параметров. Эффективность преобразования топлива варьировалась от 22,2% до 25,8% при изменении частоты вращения двигателя с 2000 до 3600 об/мин, от 20,8% до 27,3% при изменении коэффициента эквивалентности от 0,85 до 1,25 и от 15,7% до 24,9% при изменении дроссельной заслонки с 28,5. % до 100%. Сдвиги фазы сгорания и температуры головки цилиндров показали лишь незначительные изменения эффективности преобразования топлива .

    Патент США на составной четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с перекрестным наддувом Патент (Патент № 5,199,262, выдан 6 апреля 1993 г.)

    ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

    Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания в целом и, в частности, к двигателю с избыточным наддувом, который развивает повышенную эффективность, особенно при использовании в его адиабатической дизельной версии.

    ПРЕДПОСЫЛКИ ИСКУССТВА

    На протяжении всей своей истории предпринимались попытки повысить КПД двигателей внутреннего сгорания.Хотя было предложено множество конструкций и альтернатив, обычно признается, что в обозримом будущем предпочтительными двигателями будут конструкции с искровым зажиганием и дизельные двигатели.

    Двигатели серийного производства имеют относительно посредственный КПД — около 35-40%. Большая часть неиспользуемой энергии теряется в виде неиспользованного тепла. Соответственно, разработка двигателей была направлена ​​на увеличение рекуперации и утилизации потерянного тепла.

    В частности, в последние годы были проведены обширные исследования, направленные на адиабатические двигатели (точнее, двигатели с низким отводом тепла) и методы извлечения из них дополнительной мощности.Они лучше всего обобщены в Сравнительных оценках трех альтернативных циклов мощности для утилизации отработанного тепла из выхлопных газов адиабатических дизельных двигателей, М. М. Барли, июль 1985 г., DOE/NASA/50194-43 NASA TM-86953. В этом исследовании сравнивалась эффективность двигателей с турбонаддувом, с турбонаддувом и послеохлаждением, с турбонаддувом и турбокомпаундным двигателем, а также с турбонаддувом и турбокомпаундным охлаждением. Он также сравнил затраты и эффективность для трех методов получения вспомогательной энергии, полученной из отработанного тепла, а именно парового, органического циклов Ренкина и циклов Брайтона.Все эти недавние работы включают вспомогательные турбины, то есть в дизельном двигателе с турбонаддувом и турбокомпрессором выхлопные газы сначала проходят через горячую турбину, соединенную валом с турбокомпрессором, а затем горячий газ проходит через другую горячую турбину, соединенную через зубчатую передачу с коленчатый вал. Анализ этого отчета показывает, что ни одна из этих альтернатив в настоящее время не является экономичной по отношению к стандартному дизельному двигателю грузового автомобиля с турбонаддувом и промежуточным охлаждением. Другими словами, экономия топлива не может окупить повышенные капитальные затраты на составные конструкции двигателей.Точно так же старые конструкции дизельных двигателей с компаундом, в которых использовалось компаундирование вспомогательными поршнями, никогда не оказывались экономичными. В основном это связано с тем, что конструкции, предложенные в прошлом, теряли гораздо больше мощности на единицу объема цилиндра, чем получали в удельном расходе топлива, или опять же экономия топлива никогда не могла оправдать повышенные капитальные затраты.

    Внимание также обращается на «Обзор современного состояния и перспективных технологий двигателей с низким выделением тепла», 1987 г., Национальный исследовательский совет, Национальная академия прессы, Вашингтон, округ Колумбия.В этом справочнике обсуждаются различные подходы к повышению эффективности за счет снижения скорости отвода тепла.

    С момента появления двигателя внутреннего сгорания в конструкцию было внесено множество эволюционных изменений, направленных на повышение его производительности и надежности. В последние двадцать лет теме адиабатических двигателей уделяется большое внимание. Первоначальный прогноз преимуществ, которые могут быть достигнуты с помощью адиабатических двигателей, не оправдался, и в 1985 году Национальный исследовательский совет Соединенных Штатов Америки через свой Совет по энергетике начал обзор современного состояния двигателей внутреннего сгорания с низким тепловыделением ( Оценка производительности и требований к «адиабатическим» двигателям, Дж.Zucchetto, P. Meyers, J. Johnson, D. Miller, Science, Vol. 240, 27 мая 1988 г.). Выводы заключались в том, что для цилиндра с изотермическими стенками можно получить повышение эффективности использования топлива на 4% и 8%. Хороший отчет об экономических показателях двигателей с низким отводом тепла и методах рекуперации тепла от выхлопных газов содержится в упомянутом ранее отчете Министерства энергетики США/НАСА.

    СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Настоящее изобретение относится к атмосферному компаундному двигателю с наддувом (наддувом), предпочтительно дизельному, который особенно полезен, когда двигатель также является адиабатическим.Целью настоящего изобретения является повышение эффективности двигателя внутреннего сгорания примерно с 40% до примерно 60% без снижения объемной мощности двигателя по сравнению со стандартным двигателем с турбонаддувом (без компаунда).

    Изобретение включает в себя множество цилиндров сгорания и общий силовой коленчатый вал, вспомогательный цилиндр расширения и вспомогательный цилиндр сжатия, аналогичные по размеру цилиндрам сгорания, предпочтительно установленные на отдельном коленчатом валу, работающем, по крайней мере, в два раза быстрее, чем коленчатый вал силового агрегата.Цилиндры сгорания и вспомогательный цилиндр сжатия частично одновременно всасывают воздух. Выхлоп из цилиндров сгорания и вспомогательного расширительного цилиндра частично выбрасывается одновременно. При расположении четырех цилиндров сгорания, работающих в четырехтактном цикле, и одного вспомогательного цилиндра расширения и одного вспомогательного цилиндра сжатия, работающих в двухтактном цикле с удвоенной частотой вращения коленчатого вала, объемный КПД или мощность двигателя составит 4/6 от мощность шестицилиндрового двигателя с турбонаддувом умножается на повышение эффективности, обеспечиваемое дополнительным расширением в расширительном цилиндре газа из цилиндров сгорания.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

    РИС. 1 представляет собой схематический вариант осуществления изобретения.

    РИС. 2 представляет собой упрощенную временную диаграмму варианта осуществления изобретения.

    РИС. 3 представляет собой диаграмму термического КПД различных дизельных двигателей, имеющих смешанные циклы и повышение давления в 1,3 раза.

    РИС. 4 представляет собой расчетную температурную диаграмму для больших дизельных двигателей, использующих методы мгновенного наддува и кроссовера со смешанными циклами и повышением давления на 1.3.

    ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Ссылаясь на фиг. 1 показан поршневой двигатель 10. Для ясности ряд известных сопутствующих систем опущен. Двигатель 10, хотя и не ограничен показанным вариантом осуществления, состоит из блока цилиндров 1, 2, 3 и 4 внутреннего сгорания. Каждый цилиндр внутреннего сгорания включает в себя четыре верхних порта, обозначенных как A, E, X и O, и соответствующие поршни 12, 14. , 16 и 18. Эти поршни известным образом соединены с возможностью вращения с приводным коленчатым валом 20.Клапаны, не показанные, открывают и закрывают порты A, E, X, O синхронизированным и регулируемым образом, известным специалистам в данной области техники.

    Порты Е для выхлопа сообщаются с выпускным коллектором 22. Порты А для аспирации сообщаются с источником воздуха, не показан. Порты X для перепуска сообщаются с коллектором перепуска 24. Порты O для перегрузки сообщаются с коллектором компрессора 26.

    Два вспомогательных цилиндра, цилиндр расширения 5 с поршнем 30 и цилиндр сжатия 6 с поршнем 32 соединены вспомогательным коленчатым валом 28.Вспомогательный коленчатый вал 28 выполнен с возможностью вращения по меньшей мере в два раза быстрее, чем основной коленчатый вал 20. Этого можно добиться за счет разумного выбора шкивов 34, 36 и ремня 38 или за счет соответствующей передачи или других средств перемещения (не показаны).

    Цилиндр расширения 5 включает в себя два верхних порта E и X. Цилиндр сжатия 6 включает два верхних порта A и O. В каждом случае порты также сообщаются с соответствующим общим коллектором.

    Стрелки указывают поток различных газообразных жидкостей в коллекторах.

    Топливо впрыскивается в цилиндры 1-4 сгорания с помощью средств, известных специалистам в данной области техники. Кроме того, хотя предпочтительным вариантом осуществления является дизельный двигатель, возможно, при условии обсуждения ниже, использовать настоящее изобретение для работы в качестве двигателя с искровым зажиганием.

    Работа двигателя 10 схематично показана на фиг. 2, на котором показано положение первого поршня 12 сгорания и вспомогательных поршней 30 и 32 в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Не все поршни внутреннего сгорания показаны для простоты представления.Однако все они следуют одной и той же последовательности и имеют угол 180°. отдельно.

    В таблице 1 показано положение клапанов для всех цилиндров в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

     ТАБЛИЦА 1
         _____________________________________________________________
         ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ КЛАПАНОВ
         Цилиндры сгорания Вспомогательные цилиндры
         №1 №2 №3 №4 Расширение №5
                                                               Сжатие № 6
         град.А Е Х О град.
                       А Е Х О град.
                                  А Е Х О град.
                                             А Е Х О град.
                                                          X E град.
                                                                   Х О
         _____________________________________________________________
         Огонь
         Расширение
          45
                    585
                               405
                                          225
                                                      BDC
                                                               ВМТ
         X-Over
         135
                    675
                               495
                                          315
                                                      ВМТ.суп.1
                                                               BDC 3
                       Огонь
         180 0
                                          360
         выхлоп
         225
                     45
                               585
                                          405
                                                      BDC
                                                               ВМТ
         выхлоп
         315
                    135
                               675
                                          495
                                                      ВМТ.суп.2
                                                               BDC 4
                                  Огонь
         360
                                0
         аспирация
         405
                    225
                                45
                                          585
                                                      BDC
                                                               ВМТ
         Перезарядка
         495
                    315
                               135
                                          675
                                                      ВМТ.доп.3
                                                               BDC 1
                                             Огонь
                    360
                                           0
         Сжатие
         585
                    405
                               225
                                           45
                                                      BDC
                                                               ВМТ
         Сжатие
         675
                    495
                               315
                                          135
                                                      ВМТ.суп.4
                                                               BDC 2
                                                               720
                                                                         360
         _____________________________________________________________
          Легенда:
          град. Градус угла поворота коленчатого вала
          E Выхлоп
          X XOver
          Аспирационный клапан закрыт
            Клапан открыт
          О Перезарядка
          ВМТ ВМТ
          Нижняя мертвая точка НМТ
     

    Работа двигателя 10 легко понятна из фиг.2 и табл. 1. Например, цилиндр сгорания 1 срабатывает при 0°С. угол поворота коленчатого вала или плюс-минус несколько градусов в зависимости от топлива и типа двигателя (дизельный или газовый). При 45°С. поршень 12 находится на 1/4 пути вниз по цилиндру 1, и выхлопные газы расширяются и воздействуют на поршень 12. Все клапаны остаются закрытыми. При 135°С. поршень 12 сгорания находится на 3/4 пути вниз по цилиндру 1 по времени. В этот момент перепускной клапан X открывается как на цилиндре сгорания 1, так и на расширительном цилиндре 5.Поршень 30 в расширительном цилиндре 5 находится в верхней мертвой точке (ВМТ) и движется с удвоенной скоростью поршня 1 сгорания. до угла поворота 225°. или на 90°С. (225°-135°) вспомогательный поршень 30 переместился на 90×2=180°. и теперь находится в нижней мертвой точке (НМТ).

    Если бы цилиндр сгорания 1 не был соединен с цилиндром расширения 5, как в обычном двигателе, его расширение составило бы один объем цилиндра.Поскольку расширительный цилиндр 5 имеет приблизительно такой же размер, что и цилиндры сгорания, расширенный объем теперь составляет 1,86 объема цилиндра. Большое влияние этого дополнительного расширения на тепловой КПД двигателя 10 будет рассмотрено ниже.

    В это время угол поворота коленчатого вала составляет 225°. на цилиндре сгорания 1 и НМТ на расширительном цилиндре 5, а выпускные клапаны Е как на цилиндре сгорания 1, так и на расширительном цилиндре 5 открыты. При 315°С. поршень 12 все еще приближается к ВМТ, и его выпускной клапан E все еще открыт, в то время как расширительный цилиндр 5 достиг ВМТ, его выпускной клапан E закрывается, а его перепускной клапан X открывается для приема выхлопных газов из цилиндра 2 сгорания.При 360°С. силовой цилиндр 1 совершил один оборот, его выпускной клапан Е закрывается, а аспирационный клапан А открывается. Цилиндр сгорания 1 продолжает всасывать воздух атмосферного давления до угла поворота коленчатого вала 495°. В этот момент поршень 12 проходит 3/4 пути до НМТ по времени или 86% пути до НМТ по объему. В этот момент клапан аспиратора A закрывается, а клапан наддува O открывается как на цилиндре сгорания 1, так и на цилиндре сжатия 6. Поршень 12 в цилиндре сжатия 1 проходит через НМТ, и к тому времени, когда поршень 12 в цилиндре сгорания 1 перенесен с угла поворота коленвала 495.степень. до 585°С. (или 585°-495°=90°) поршень 32 в цилиндре сжатия 6 переместился из НМТ в ВМТ или на 180°. потому что он движется с удвоенной скоростью вращения цилиндра сгорания 1. Таким образом, к моменту 585°С. угол поворота коленчатого вала поршень в цилиндре сгорания 1 составляет 45°. после НМТ и находится под давлением 1,86 атм. Напротив, если бы цилиндр внутреннего сгорания 1 работал в обычном двигателе с наддувом, тогда давление было бы равно 1.14 атмосфер. В этот момент перепускной клапан О закрывается как на цилиндре 6 сжатия, так и на цилиндре 1 сгорания. Все клапаны на цилиндре 1 сгорания остаются закрытыми до 720°С. достигается, когда впрыскивается топливо, и цикл воспламенения начинается снова.

    Полная диаграмма фаз газораспределения показана в таблице 1 для всех цилиндров. Из такого расположения компонентов в Таблице 1 видно, что все цилиндры перегружены и имеют двойное расширение. Этот желаемый результат также следует, если учесть, что четыре цилиндра сгорания в четырехтактном цикле имеют четыре воспламенения, четыре расширения, четыре сжатия и четыре всасывания, в то время как расширительный цилиндр 5, работающий с удвоенной скоростью вращения в двухтактном цикле, имеет 1.х 2 х 2 = 4 расширения и четыре выпуска, а единственный цилиндр сжатия 6 в двухтактном цикле имеет 1 х 2 х 2 = 4 сжатия и четыре вдоха.

    На практике последовательность включения цилиндра внутреннего сгорания последовательно смещена для балансировки коленчатого вала. Последовательность, показанная в Таблице 1, просто самая простая для понимания.

    Если цилиндр расширения 5 и цилиндр сжатия 6 увеличить на четырнадцать процентов, новый двигатель описанного здесь типа будет эквивалентен двигателю с турбокомпрессором и турбокомпрессором с коэффициентом наддува, равным двум.Однако следует иметь в виду, что сложные инженерные проблемы, связанные с турбокомпрессорами, были устранены.

    По существу, часть отработанной энергии, которая обычно вытекает из выхлопной трубы, восстанавливается к концу рабочего такта и направляется в расширительный цилиндр 5, где она воздействует на расширительный поршень 30, увеличивая общий объемный КПД двигателя. Эта увеличенная работа, по существу, «окупается» (и более того) приведением цилиндра 6 сжатия в действие для перезарядки (или наддува) цилиндра сгорания.Это конечное увеличение полезной работы приводит к повышению эффективности и снижению расхода топлива.

    Один расширительный цилиндр, имеющий площадь общего объема, равную площади каждого силового цилиндра, эффективно удваивает общий объем двигателя, тем самым увеличивая объемный КПД двигателя.

    Изобретение и способ его применения могут быть лучше поняты после краткого обсуждения принципов, лежащих в основе изобретения.

    Основной целью изобретения является создание более высоких температур внутри цилиндров.Хотя настоящее изобретение можно использовать с двигателями с искровым зажиганием, потребуется охлаждение. В противном случае температура воздуха во время такта сжатия будет выше температуры самовоспламенения, что, по сути, сведет на нет главное преимущество двигателя. Соответственно, предпочтительно использовать дизельные двигатели.

    При адиабатическом сжатии во время такта сжатия температура повышается и определяется как: ##EQU1## где T 1 и V 1 — начальная температура в абсолютных единицах и максимальный объем цилиндра, а T.sub.2 представляет собой температуру после сжатия, а V 2 — объем после сжатия. C p представляет собой удельную теплоемкость при постоянном давлении, тогда как C v представляет собой удельную теплоемкость при постоянном объеме.

    Соответствующие значения давления: ##EQU2##

    Затем топливо впрыскивается в цилиндр. Процент аэрации обычно устанавливается таким образом, чтобы при максимальной производительности или скорости впрыска топлива поддерживалось 200% теоретического количества воздуха, необходимого для полного окисления топлива. Топливо № 2, имеющее API 36, является широко используемым дизельным топливом.Он имеет низкую теплоту сгорания 18410 БТЕ/фунт (4,28×10 7 Дж/кг) и требует 14,86 фунта (6,68 кг) воздуха в качестве теоретического окислителя. При аэрации 218% температура газов после сгорания повысится до 2101°С. F. (1149°С) = .DELTA.T сгорания.

    Топливо в «дизельном» цикле впрыскивается таким образом, что в цилиндре приблизительно поддерживается постоянное давление, когда цилиндр начинает свой рабочий такт. Объем после прекращения горения выражается как: ##EQU3##

    В цикле Отто сгорание происходит мгновенно, и давление может повышаться.Цикл Отто дает гораздо более высокую теоретическую эффективность. Однако повышение давления происходит слишком быстро и приводит к повреждению двигателя. На практике используется цикл между циклом Отто и дизельным циклом. В больших дизельных двигателях давление может повышаться соизмеримо быстро, без детонации, для достижения максимальной эффективности. Повышение давления обычно поддерживается на уровне около 1,3, т.е. ##EQU4## По мере продолжения рабочего такта газы будут охлаждаться за счет адиабатического расширения. В конце рабочего такта: ##EQU5## и давление будет: ##EQU6## В этот момент откроется выпускной клапан, и это давление вызовет дальнейшее расширение газа и потерю температуры, поэтому: ##EQU7 ## Поскольку тепловые потери со стенок не учитывались, приведенный выше расчет дает температуры и давления адиабатического дизельного цилиндра.

    В обычных малоблочных двигателях с водяным охлаждением потери тепла составляют около 25% от подводимого тепла, в то время как в более крупных двигателях потери тепла составляют 14%. Однако, если двигатель оснащен турбонагнетателем с промежуточным охлаждением, в зависимости от степени наддува возникают дополнительные потери тепла на 7–12 %.

    Большая часть теплопотерь блока происходит при самых высоких температурах при горении. Таким образом, простейшее предположение, которое можно сделать для расчетов реального большого двигателя, — это вычесть 14% подводимого тепла во время цикла сгорания.Таким образом, повышение температуры .DELTA.T составит 0,86×2101°. F. (1149°С)=1806°С. F. (986°С) при 218% аэрации.

    В таблице 2 показан КПД больших дизельных двигателей с адиабатическим и обычным охлаждением при 218% аэрации (полная мощность) с турбонаддувом и без него, а также с турбокомпаундированием и без него. Используется повышение давления в 1,3 раза в смешанном цикле Отто и дизельном топливе. Те же данные показаны графически на фиг. 3. Обратите внимание, что теоретические расчеты дают тот же ответ, что и реальные двигатели.

     ТАБЛИЦА 2
         _____________________________________________________________
         ЭФФЕКТИВНОСТЬ 4-ТАКТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
         218% АЭРАЦИЯ, 14,5% КОЭФФИЦИЕНТ СЖАТИЯ
         СМЕШАННЫЙ ОТТО И ДИЗЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ С ПОДЪЕМОМ ДАВЛЕНИЯ 1,30
         % Нагреть до
                                выхлоп
                                     выхлоп
                                          Эфф.Родственник
         Описание
                    Промежуточное охлаждение
                           Охлаждение
                                Энтальпия
                                     Давление
                                          %  Власть
         _____________________________________________________________
         Обычно без наддува
                    0 14 29.9
                                     17,3 38,8
                                              49
         С водяным охлаждением
         Обычно без наддува
                    0 0 35 21 44 56
         адиабатический
         с турбонаддувом (2.0)
                    5 14 39,4
                                             100
         С промежуточным охлаждением, вода
         Охлажденный
         с турбонаддувом
                    5 0 44.2
                                             112
         охлаждаемый адиабатический
         Турбированный и
                    5 14 46,5
                                             118
         Составной (2,0)
         С промежуточным охлаждением, вода
         Охлажденный
         Турбированный и
                    5 0 55.3
                                             140
         комбинированный, интер-
         охлаждаемый адиабатический
         Кроссовер Адиабатический
                    0 0 27 15 58 98
         Кроссовер Вода
                    0 14 23 12.3 50,6
                                              85
         Охлажденный
         _____________________________________________________________
     

    Как показано в Таблице 2, разработка двигателя без охлаждения (адиабатического) сама по себе повысит тепловой КПД двигателя только на 5% при полной мощности. Энергетический инженерный совет Национального исследовательского совета США подтверждает этот вывод.Из таблицы 2, когда цилиндр изолирован и избегают потерь на охлаждение, повышенное тепло передается выхлопным газам как в виде повышенного явного тепла, так и повышенного давления.

    Когда двигатель оснащен турбонаддувом, номинальная мощность двигателя увеличивается, поскольку через двигатель проходит больше воздуха, но тепловой КПД увеличивается на незначительную величину.

    Двигатели с турбонаддувом и турбокомпаундом производились в прошлом. Недостатком турбокомпаундного двигателя является то, что если силовая турбина имеет разумные размеры, скорость вращения должна быть более 30 000 об / мин, и ее необходимо уменьшить и соединить с трансмиссией, работающей на скорости около 1500 об / мин.Другая проблема с этим решением заключается в том, что на силовой турбине происходит накопление углерода или сажи, что в конечном итоге приводит к воспламенению и выгоранию турбины. Дополнительной проблемой является низкий КПД турбокомпрессора и компаундера. Эти конструкции повышают эффективность адиабатического двигателя примерно до 58% в зависимости от эффективности силовой турбины. При нормальном охлаждении КПД двигателей с турбокомпрессором составляет около 47%.

    Мгновенная концепция кроссовера также может быть использована на обычном двигателе с водяным охлаждением.Для большого двигателя с потерями тепла 13% КПД составит 51%. Таким образом, поскольку двигатель кроссовера делается адиабатическим, КПД увеличивается с 51 до 58%, тогда как у обычного двигателя с турбонаддувом этот показатель увеличивается с 39 до 44%, поскольку он становится более адиабатическим.

    Как показано на фиг. 3, тепловой КПД двигателя с турбонаддувом и турбокомпаундом примерно такой же, как у кроссоверного двигателя с избыточным наддувом. Ожидается, что они будут иметь одинаковую эффективность, потому что мгновенный перегруженный кроссоверный двигатель восстанавливает около 1/2 энергии давления и перезаряжает двигатель в 2 раза, в то время как турботурбина, турбина воздушного компрессора и силовая турбина работают при температуре ниже 80. % эффективности или при 0.8×0,8×0,9=0,51 общий КПД. Таким образом, настоящий кроссоверный двигатель с избыточным наддувом является поршневым эквивалентом двигателя с турбонаддувом и турбокомпрессором. Кроссоверный двигатель с избыточным наддувом всегда будет более экономичным в производстве и эксплуатации (по крайней мере, в размерах, используемых в транспортных средствах), чем двигатели с турбонаддувом и турбокомпаундом по всем тем же причинам, по которым дизели дешевле и экономичнее в эксплуатации, чем турбины. Экспериментальные конструкции Cummins также показаны на фиг. 3.

    Наиболее выгодной конфигурацией изобретения является полностью адиабатическая версия. Температуры в двигателе, как показано на фиг. 4 не тяжелые. Фактически простейший адиабатический двигатель может иметь головку, днище поршня, клапаны и гильзы цилиндров внутреннего сгорания, изготовленные из обычных жаропрочных сплавов (т.е. сплав INCOLOY® 718) с разумным использованием суперсплавов с регулируемым расширением (т.е. сплав INCOLOY®). 909) для равномерного расширения двигателя. С помощью этих материалов двигатель можно было полностью изолировать.Обратите внимание, что отнимающие энергию водяной насос охлаждающей жидкости, термостат, вентилятор и радиатор больше не потребуются.

    Тепловой КПД настоящего кроссоверного двигателя с избыточным наддувом составляет 50,6% по сравнению с 39,4% для дизельного двигателя с турбонаддувом и охлаждением, в то время как мощность составляет 2/3×50,6/39,4=85% от мощности двигателя с турбонаддувом и охлаждением.

    Настоящий двигатель, если он адиабатический, имеет тепловой КПД 57,7% и коэффициент мощности 98% по сравнению со стандартным двигателем с турбонаддувом и промежуточным охлаждением.Другими словами, в своей наиболее выгодной комплектации новый кроссовер имеет такую ​​же мощность и расход топлива всего 68%, как у обычного турбированного двигателя. По сравнению со стандартным бензиновым двигателем улучшение экономии топлива еще больше.

    Хотя на фиг. 1, могут использоваться дополнительные цилиндры сгорания и вспомогательные цилиндры. Например, если используются шесть силовых цилиндров, два вспомогательных цилиндра все еще могут использоваться, но они работают, по крайней мере, в три раза быстрее, чем скорость силового коленчатого вала.При использовании восьми цилиндров сгорания два вспомогательных цилиндра вращаются как минимум в четыре раза быстрее. Фактически можно использовать различные кратные цилиндры сгорания и вспомогательные цилиндры.

    Хотя в соответствии с положениями устава здесь проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что в форму изобретения, охватываемую формулой изобретения, могут быть внесены изменения, и что определенные признаки изобретение иногда можно использовать с пользой без соответствующего использования других признаков.

    Двигатель внутреннего сгорания — Oxford Reference

    Тепловая машина, в которой топливо сжигается в камерах сгорания внутри двигателя, а не в отдельной топке (как в паровой машине). Первым рабочим двигателем был четырехтактный двигатель Отто , произведенный в 1876 году Николаусом Отто (1832–91). В этом типе двигателя поршень опускается в цилиндр, всасывая топливо и воздух через впускной клапан; после достижения нижней точки своего хода поршень поднимается в цилиндре при закрытых клапанах и сжимает заряд; в верхней части своего хода заряд воспламеняется искрой, и возникающее в результате увеличение давления от взрыва заставляет поршень снова опускаться; при последующем ходе вверх выпускной клапан открывается, и продукты сгорания выталкиваются из камеры сгорания.Затем цикл повторяется. Двигатель Отто использовал газ в качестве топлива; однако изобретение карбюратора и развитие нефтяной промышленности в конце 19 века позволили двигателю Отто стать источником энергии для появляющегося автомобиля. Разновидностью четырехтактного двигателя Отто является двухтактный двигатель, который не имеет сложной системы клапанов, заряд взрывчатого вещества входит в цилиндр и выходит из него через отверстия в цилиндре, которые закрываются и открываются движущимся поршнем.

    Альтернативой двигателю Отто, особенно для тяжелых транспортных средств, где вес не является проблемой, является дизельный двигатель с воспламенением от сжатия , изобретенный Рудольфом Дизелем (1858–1913) примерно в 1896 году. свечи зажигания; вместо этого в цилиндре сжимается воздух, в результате чего его температура повышается примерно до 550°C. Затем масло распыляется в камеру сгорания и воспламеняется при контакте с горячим воздухом. В то время как бензиновый двигатель с искровым зажиганием обычно работает при степени сжатия 8 или 9 к 1, дизельный двигатель должен иметь степень сжатия от 15 до 25 к 1.Для этого требуется гораздо более тяжелый и, следовательно, более дорогой двигатель. См. также газовую турбину.

    Двигатели внутреннего сгорания .

    Четырехтактный двигатель — Двигатель внутреннего сгорания

    Четыре такта четырехтактного двигателя относятся к впуску, сжатию, сгоранию и выпуску. Впервые он был предложен Николаусом Отто в 1876 году и также известен как цикл Отто.

    Четырехтактный технический термин означает четырехтактный цикл. Четырехтактные двигатели широко используются в современных двигателях внутреннего сгорания из-за их высокой эффективности вентиляции.Большинство двигателей легковых и грузовых автомобилей используют 4-тактные двигатели.

    Четырехтактный двигатель

    Четыре цикла соответствуют полному циклу двигателя внутреннего сгорания. Стоит отметить, что двигатель внутреннего сгорания отдает энергию наружу только в третьем такте (ход поршня, движущегося к нижней мертвой точке во время сгорания), а энергия в остальных тактах обеспечивается за счет энергии вращения маховика.

    Четыре такта четырехтактного двигателя внутреннего сгорания следующие:

    В четырех тактах направление движения поршня изменяется в двух соседних тактах.Двигатель внутреннего сгорания совершает полный цикл (4 такта) и коленчатый вал поворачивается на 720°.

    Такт впуска

    Когда впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт, поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку.

    Впускной ход

    Объем цилиндра над поршнем увеличивается, и создается вакуум. Давление в цилиндре падает ниже давления на впуске, и вакуум всасывания пропускается.

    Бензин, испаряемый карбюратором или устройством впрыска бензина, смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая всасывается в цилиндр через впускной канал и впускной клапан.

    Процесс впуска продолжается до тех пор, пока поршень не пройдет нижнюю мертвую точку и впускной клапан не закроется. Затем восходящий поршень начинает сжимать газ.

    Такт сжатия

    4-тактные бензиновые двигатели такта сжатия

    Такт сжатия бензинового двигателя

    Для 4-тактных бензиновых двигателей все впускные и выпускные клапаны закрыты. Поршень движется вверх к верхней мертвой точке, и горючая смесь в цилиндре сжимается.

    Повышается температура смеси и повышается давление.

    Перед подходом поршня к верхней мертвой точке давление горючей смеси повышается примерно до 0,6-1,2 МПа.

    В конце такта сжатия температура может достигать от 330°С до 430°С.

    4-тактный дизельный двигатель такта сжатия

    Такт сжатия дизельного двигателя

    Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя такой же, как у четырехтактного бензинового двигателя.

    Он также состоит из четырех компонентов: впускной, компрессионный, рабочий и выпускной.

    Отличие в том, что такт впуска дизеля — чистый воздух. Когда такт сжатия приближается к верхней мертвой точке, дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания форсункой.

    Поскольку температура в цилиндре в это время намного превысила температуру самовоспламенения дизеля, впрыскиваемое дизельное топливо сгорает само по себе после небольшой задержки воспламенения, а работа выполняется извне.

    Такт сгорания

    Рабочий ход

    При приближении такта сжатия к верхней мертвой точке установленная над головкой блока цилиндров свеча зажигания выдает электрическую искру для воспламенения сжатой горючей смеси.

    Горючая смесь после сгорания выделяет большое количество тепла, а давление газа и температура в цилиндре быстро повышаются. Максимальное давление горения может достигать 3-6 МПа, а максимальная температура горения может достигать от 2 200 °С до 2 500 °С.

    Газ высокой температуры и высокого давления подталкивает поршень к быстрому перемещению в нижнюю мертвую точку и действует снаружи через кривошипно-шатунный механизм.

    В начале рабочего такта впускной и выпускной клапаны закрыты.

    Такт выпуска

    Когда рабочий такт подходит к концу, выпускной клапан открывается. Поскольку давление в цилиндре выше атмосферного, высокотемпературный отработавший газ быстро выбрасывается из цилиндра.

    Такт выхлопа

    Эта ступень относится к ступени свободного выхлопа, и высокотемпературный выхлопной газ выпускается через выпускной клапан с местной скоростью звука.

    По мере того, как процесс выхлопа переходит в фазу принудительного выпуска, поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, принудительно выпуская выхлопные газы из цилиндра, и процесс выпуска заканчивается, когда поршень достигает окрестности верхней мертвой точки центр.

    В конце выпуска давление газа в цилиндре немного выше атмосферного, около 0.105 до 0,115 МПа, а температура отработавших газов около 600°С до 900°С.

    Поскольку камера сгорания занимает определенный объем, полностью удалить отработавшие газы в конце выпуска невозможно, а оставшаяся часть отработавших газов называется остаточными отработавшими газами.

    Резюме

    Впуск и выпуск четырехтактного двигателя вместе составляют 360° угла поворота коленчатого вала.

    Когда поршень выдохнется, поршень поднимается в верхнюю мертвую точку, и отработавшие газы принудительно выбрасываются.

    Когда всасываемый воздух опускается до нижней мертвой точки, его преимуществом является «свежая поступающая смесь.

    Почти весь газ участвует в сгорании, а свежий газ практически не теряется, поэтому расход топлива низкий, и он подходит для использования на дальних расстояниях».

    Существенным недостатком четырехтактных двигателей внутреннего сгорания по сравнению с двухтактными двигателями является их меньшая выходная мощность.

    Современный двигатель внутреннего сгорания

    Современный двигатель внутреннего сгорания

    Джоаб Камарена


    7 декабря 2015 г.

    Представлено в качестве курсовой работы для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2015 г.

    Введение

    Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это то, что питает большинство автомобилей сегодня и существует уже много лет.У ICE есть подвергался многочисленным переделкам исключительно с целью улучшения выходная мощность и минимизация потерь энергии. Как работает процесс что есть впуск через портовые отверстия, который толкает поршень вниз начиная свой цикл сжатия и декомпрессии, с энергией от этого передается на коленчатый вал, позволяя движение автомобиль. Более распространенный двигатель внутреннего сгорания полагается на четыре ход поршня, чтобы завершить свой цикл и высвободить энергию для перемещения транспортное средство.[1-3]

    Как это работает

    В этом цикле четыре этапа: 1) всасывание, 2) сжатие, 3) сгорание и рабочий ход, и, наконец, 4) выхлоп (Рисунок 1). Процесс того, как это работает, приведен в списке:

    1. Впуск: Топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр при смещении поршня вниз и впускном открывается.

    2. Сжатие: При закрытии на входе давление топливно-воздушной смеси увеличивается и температуры, когда поршень сжимает газ, двигаясь вверх.

    3. Горение и рабочий ход: Энергия высвобождается в результате реакции горения, вызванной зажигание свечи зажигания, которая сжигает топливно-воздушную смесь и доводит до высокой температуры. По мере увеличения смеси при температуре и давлении он давит на поршень, следовательно, вызывая рабочий ход, который вращает коленчатый вал.

    4. Выхлоп: Побочные продукты, образующиеся при реакция горения затем высвобождается через выхлоп труба, и цикл повторяется, как только впускное отверстие открывается, а выпускное клапан закрывается.[2,3]

    Энергетический анализ

    Хотя это обычно используемый двигатель в транспортных средствах сегодня это не значит, что он самый эффективный. Горение Неэффективность измеряет долю энергии, которая не используется из топливо. Установлено, что тепловые потери охлаждающей жидкости и тепловые потери энергии выхлопных газов являются самыми большими источниками тепловых потерь, что способствует отсутствию энергетического оборота. Постоянно утверждается, что второй закон Термодинамика ограничивает все двигатели от достижения максимального теплового эффективность, но это не значит, что мы не можем улучшить конверсию энергии.Постоянные инновации и модернизация внутреннего сгорания двигатель позволил улучшить преобразование энергии топлива. [4]

    Заключение

    Знание того, как работает двигатель внутреннего сгорания и где кроется его неэффективность, правильная технология и конструкция двигатель внутреннего сгорания позволит нам лучше использовать энергию внутри топлива. Хотя цены на газ постоянно колеблются, наиболее вероятной тенденцией в будущем будет повышение цен на газ, что только сделает движение за разработку высокоэффективных автомобилей сильнее.Это возможно даже при продолжающемся диалоге о отказ от ископаемого топлива и последствия изменения климата, что, наряду с нашим нынешним технологическим бумом, мы больше не будем полагаться или использовать двигатель внутреннего сгорания для автомобилей будущего.

    © Джоаб Камарена. Автор дает разрешение копировать, распространять и демонстрировать это произведение в неизмененном виде, с ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

    Ссылки

    [1] Дж. Р. Кларк и др. , «Двигатель индукционный Система и способ», патент США 4860709, 29 авг 89.

    [2] D.C. Giancoli, Physics: Principles with Приложения, 7-е изд. (Аддисон-Уэсли, 2013 г.), с. 421.

    [3] Б. Кроу, «Внутренний Двигатель внутреннего сгорания», Physics 240, Стэнфордский университет, осень 2012 г.

    [4] М. Баглионе, М.Дьюти и Г. Панноне, «Автомобиль Методология анализа энергии системы и инструмент для определения транспортного средства Подсистема энергоснабжения и спроса», Технический документ SAE 2007-01-0398, 16 апр 07.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.