Двигатель внутреннего сгорания в разрезе: Двигатель внутреннего сгорания в разрезе

  • 22.04.2019

Содержание

Двигатель в разрезе: описание, детали

Строение двигателя внутреннего сгорания известно широкой массе автолюбителей. Но, вот не все, зная какие детали установлены в моторе, знают их расположение и принцип работы. Чтобы полностью понять устройство автомобильного движка необходимо посмотреть разрез силового агрегата.

Работа двигателя в разрезе представлена в данном видеоматериале

Работа двигателя

Что понимать расположение деталей автомобильного двигателя и перед тем, как показать двигатель в разрезе необходимо понимать принцип работы мотора. Итак, рассмотрим, что приводит в движение колеса автомобиля.

Топливо, которое находиться в бензобаке при помощи топливного насоса подаётся на форсунки или карбюратор. Стоит отметить, что горючее проходит такой важный этап, как фильтрующий топливный элемент, который останавливает примеси и чужеродные элементы, что не должны попасть в камеру сгорания.

После нажатия педали акселератора электронный блок управления даёт команду подать горючее во впускной коллектор. Для карбюраторных ДВС — педаль газа привязана к карбюратору и чем больше давление идёт на педаль, тем больше топлива льётся в камеру сгорания.

Далее, со второй стороны подаётся воздух, проходя воздушный фильтр и дроссель. Чем больше открывается заслонка, тем большее количество воздуха поступит непосредственно во впускной коллектор, где образуется воздушно-топливная смесь.

В коллекторе воздушно-топливная смесь равномерно разделяется между цилиндрами и поочерёдно поступает через впускные клапана в камеры сгорания. Когда поршень движется в ВТМ, создаётся давление смеси и свеча зажигания образует искру, которая поджигает горючее. От данной детонации и взрыва поршень начинает двигаться вниз в НМТ.

Движение поршня передаётся на шатун, который прикреплён к коленчатому валу и приводит его в действие. Так, делает каждый поршень. Чем быстрее движутся поршни, тем больше обороты коленчатого вала.

После того, как воздушно-топливная смесь сгорела, открывается выпускной клапан, который выпускает отработанные газы в выпускной коллектор, а затем сквозь выхлопную систему наружу. На современных автомобилях, часть отработанных газов помогает работе двигателя, поскольку приводит в работу турбонаддув, который увеличивает мощность ДВС.

Также, стоит отметить, что на современных движках не обойтись без системы охлаждения, жидкость которой циркулирует через рубашку охлаждения и подкапотное пространство, чем обеспечивает постоянную рабочую температуру.

Двигатель в разрезе

Теперь можно рассмотреть, как выглядит ДВС в разрезе. Для большей наглядности и понятности рассмотрим двигатель ВАЗ в разрезе, с которым знакомы большинство автомобилистов.

На схеме представлен двигатель ВАЗ 2121 в продольном разрезе:

1. Коленчатый вал; 2. Вкладыш коренного подшипника коленчатого вала; 3. Звёздочка коленчатого вала; 4. Передний сальник коленчатого вала; 5. Шкив коленчатого вала; 6. Храповик; 7. Крышка привода механизма газораспределения; 8. Ремень привода насоса охлаждающей жидкости и генератора; 9. Шкив генератора; 10. Звёздочка привода масляного насоса, топливного насоса и распределителя зажигания; 11. Валик привода масляного насоса, топливного насоса и распределителя зажигания; 12. Вентилятор системы охлаждения; 13. Блок цилиндров; 14. Головка цилиндров; 15. Цепь привода механизма газораспределения; 16. Звёздочка распределительного вала; 17. Выпускной клапан; 18. Впускной клапан; 19. Корпус подшипников распределительного вала; 20. Распределительный вал; 21. Рычаг привода клапана; 22. Крышка головки цилиндров; 23. Датчик указателя температуры охлаждающей жидкости; 24. Свеча зажигания; 25. Поршень; 26. Поршневой палец; 27. Держатель заднего сальника коленчатого вала; 28. Упорное полукольцо коленчатого вала; 29. Маховик; 30. Верхнее компрессионное кольцо; 31. Нижнее компрессионное кольцо; 32. Маслосъёмное кольцо; 33. Передняя крышка картера сцепления; 34.

Масляный картер; 35. Передняя опора силового агрегата; 36. Шатун; 37. Кронштейн передней опоры; 38. Силовой агрегат; 39. Задняя опора силового агрегата.

Кроме рядного расположения цилиндров двигателя, как показано на схеме выше существуют ДВС с V- и W-образным расположением поршневого механизма. Рассмотри W-образный мотор в разрезе на примере силового агрегата Audi. Цилиндры ДВС располагаются так, что если смотреть на мотор спереди, то образуется английская буква W.

Данные движки обладают повышенной мощностью и используются на спорткарах. Данная система была предложена японским производителем Субару, но из-за высокого расхода горючего не получила широкого и массового применения.

V- и W-образные ДВС имеют повышенную мощность и крутящий момент, что делает их спортивной направленности. Единственным недостатком такой конструкции является то, что такие силовые агрегаты потребляют значительное количество топлива.

С развитием автомобилестроения компания General Motors предложила систему отключения половины цилиндров. Так, эти неработающие цилиндры приводятся в действие, только когда необходимо увеличить мощность или быстро разогнать автомобиль.

Такая система позволила значительно экономить топливо в повседневном использовании транспортного средства. Эта функция привязана к электронному блоку управления двигателем, поскольку, она регулирует, когда необходимо задействовать все цилиндры, а когда они не нужны.

Вывод

Принцип работы двигателя достаточно простой. Так, если посмотреть на разрез ДВС и понять расположение деталей можно легко разобраться с устройством движка, а также последовательности его процесса работы.

Вариантов расположения деталей мотора достаточно много и каждый автопроизводитель сам решает, как расположить цилиндры, сколько их будет, а также какую систему впрыска установить. Все это и даёт конструктивные особенности и характеристики мотора.

Устройство двигателя внутреннего сгорания — видео, схемы, картинки

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

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

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

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

Благодаря этому ДВС получили множество положительных характеристик:

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

Устройство ДВС

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство четырехтактного ДВС

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

  • своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
  • последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

  • стальная пружина;
  • устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
  • втулка, направляющая движение;
  • посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

  • минимально возможный вес;
  • антикоррозийная устойчивость;
  • безупречная теплоотдача клапана;
  • устойчивость к высоким температурам;
  • герметичность работы при контакте с седлом;
  • повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
  • отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
  • максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

  • головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
  • стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

Двигатель внутреннего сгорания — Что такое Двигатель внутреннего сгорания?

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

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

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

  • принципиально проще (нет парокотельного агрегата),

  • компактнее,

  • легче,

  • экономичнее,

  • требует газообразное и жидкое топливо лучшего качества.

Типы двигателей внутреннего сгорания


По назначению:

  • транспортные, 

  • стационарные, 

  • специальные.

По роду применяемого топлива:

  • легкие жидкие (бензин, газ), 

  • тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

По способу образования горючей смеси:

  • внешнее (карбюратор),

  • внутреннее (в цилиндре ДВС).

По способу воспламенения:

  • с принудительным зажиганием, 

  • с воспламенением от сжатия, 

  • калоризаторные.

По расположению цилиндров:

  • рядные, 

  • вертикальные, 

  • оппозитные с одним и с двумя коленвалами, 

  • V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, 

  • VR-образные и W-образные, 

  • однорядные и двухрядные звездообразные, 

  • Н-образные, 

  • двухрядные с параллельными коленвалами, 

  • «двойной веер», 

  • ромбовидные, 

  • трехлучевые и др.

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

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

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

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. 

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

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

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

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

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

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

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

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

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

 

Согласитесь, что сегодня невозможно представить себе современный мир без автомобилей, поездов, теплоходов и так далее. А ведь так было не всегда.

Еще совсем недавно каких-то двести лет назад единственным средством передвижения по земле кроме собственных ног были лошади. Лошади возили телеги, повозки, кареты, даже вагоны по рельсам.

И мысль о том, что все это можно передвигать без помощи этих несчастных животных была из области фантастики. Тогда-то, в начале 19 века, и начались первые изобретения самоходных машин на основе парового двигателя.

В таком двигателе нагревался огнем наполненный водой котел, и пар от кипящей воды совершал механическую работу по приведению двигателя в ход. Двигатели были чудовищными, малоэффективными, огромными и небезопасными. Однако, на основе этих двигателей были созданы первые автомобили, паровозы и пароходы.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания

Людям понравилась эта затея, несмотря на все минусы. Тогда это было чудом техники. И лишь в 1860 году, когда паровые двигатели применялись уже повсеместно и перестали считаться чем-то необыкновенным, был изобретен первый двигатель внутреннего сгорания.

Еще 18 лет понадобилось, чтобы изобретение доработали до нормально работающего варианта, который и по сей день является основой любого двигателя внутреннего сгорания четырехтактного двигателя.

Еще через семь лет двигатели начали работать на бензине. До этого их топливом был светильный газ. В наше время практически везде применяются двигатели внутреннего сгорания с кратным четырем количеством цилиндров. Давайте рассмотрим устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Он состоит из цилиндра с поршнем, клапанов для впуска топлива и выпуска отработанных паров и коленчатого вала, соединенного с поршнем. Разберем, как работает двигатель внутреннего сгорания на основе простейшего одноцилиндрового движка.

Во время первого такта сквозь топливный клапан впускается горючая смесь бензина и воздуха. Поршень двигается вниз.

На втором такте поршень двигается вверх, сжимая эту смесь, отчего она нагревается.

Третий такт: сжатая смесь поджигается электрической свечой, и энергия от этого небольшого взрыва толкает поршень вниз, приводя в движение коленчатый вал. Энергии толчка достаточно, чтобы коленвал, вращаясь по инерции, приводил в движение поршень при последующих тактах.

И наконец, на четвертом такте, сквозь второй клапан отработанные газы выталкиваются поршнем из цилиндра. Как видно, только один из четырех тактов рабочий.

Для равномерного вращения вала и увеличения мощности совмещают на одном валу четыре цилиндра таким образом, чтобы во время каждого такта один из цилиндров был в стадии рабочего хода. В таком случае они равномерно и последовательно вращают коленвал. Восемь, двенадцать и более цилиндров применяются уже исключительно для увеличения мощности движка.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Удельная теплота парообразования
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЭлектризация тел: два рода зарядов

Разрез двигателя внутреннего сгорания — Автомобили Premier

Содержание

  • Работа двигателя
  • Двигатель в разрезе
  • Вывод

Строение двигателя внутреннего сгорания известно широкой массе автомобилистов. Но, вот не все, зная какие конкретно подробности установлены в моторе, знают их расположение и принцип работы.

Дабы всецело осознать устройство автомобильного движка нужно взглянуть разрез силового агрегата.

Работа двигателя в разрезе представлена в данном материале

Работа двигателя

Что осознавать размещение деталей автомобильного двигателя и перед тем, как продемонстрировать двигатель в разрезе нужно понимать принцип работы мотора. Итак, разглядим, что приводит в перемещение колеса автомобиля.

Горючее, которое пребывать в бензобаке при помощи топливного насоса подаётся на форсунки либо карбюратор. Необходимо подчеркнуть, что горючее проходит таковой ответственный этап, как фильтрующий топливный элемент, что останавливает примеси и чужеродные элементы, что не должны попасть в камеру сгорания.

По окончании нажатия педали акселератора электронный блок управления даёт команду подать горючее во впускной коллектор. Для карбюраторных ДВС — педаль газа привязана к карбюратору и чем больше давление идёт на педаль, тем больше топлива льётся в камеру сгорания.

Потом, со второй стороны подаётся воздушное пространство, проходя дроссель и воздушный фильтр. Чем больше раскрывается заслонка, тем большее количество воздуха поступит конкретно во впускной коллектор, где образуется воздушно-топливная смесь.

В коллекторе воздушно-топливная смесь равномерно разделяется между цилиндрами и поочерёдно поступает через впускные клапана в камеры сгорания. В то время, когда поршень движется в ВТМ, создаётся свеча зажигания и давление смеси образует искру, которая поджигает горючее.

От данной взрыва и детонации поршень начинает двигаться вниз в НМТ.

Перемещение поршня передаётся на шатун, что прикреплён к коленчатому валу и приводит его в воздействие. Так, делает любой поршень.

Чем стремительнее движутся поршни, тем больше обороты коленчатого вала.

По окончании того, как воздушно-топливная смесь сгорела, раскрывается выпускной клапан, что производит отработанные газы в выпускной коллектор, а после этого через выхлопную совокупность наружу. На современных машинах, часть отработанных газов оказывает помощь работе двигателя, потому, что приводит в работу турбонаддув, что увеличивает мощность ДВС.

Кроме этого, необходимо подчеркнуть, что на современных движках не обойтись без совокупности охлаждения, жидкость которой циркулирует через подкапотное пространство и рубашку охлаждения, чем снабжает постоянную рабочую температуру.

Двигатель в разрезе

Сейчас возможно разглядеть, как выглядит ДВС в разрезе. Для большей наглядности и понятности разглядим двигатель ВАЗ в разрезе, с которым привычны большая часть автолюбителей.

На схеме представлен двигатель ВАЗ 2121 в продольном разрезе:

1. Коленчатый вал; 2. Вкладыш коренного подшипника коленчатого вала; 3. Звёздочка коленчатого вала; 4. Передний сальник коленчатого вала; 5. Шкив коленчатого вала; 6. Храповик; 7. Крышка привода механизма газораспределения; 8. Ремень привода насоса охлаждающей жидкости и генератора; 9. Шкив генератора; 10. Звёздочка привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса; 11.

Валик привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса; 12. Вентилятор совокупности охлаждения; 13.

Блок цилиндров; 14. Головка цилиндров; 15.

Цепь привода механизма газораспределения; 16. Звёздочка распределительного вала; 17. Выпускной клапан; 18.

Впускной клапан; 19. Корпус подшипников распределительного вала; 20. Распределительный вал; 21. Рычаг привода клапана; 22. Крышка головки цилиндров; 23.

Датчик указателя температуры охлаждающей жидкости; 24. Свеча зажигания; 25. Поршень; 26. Поршневой палец; 27.

Держатель заднего сальника коленчатого вала; 28. Упорное полукольцо коленчатого вала; 29. Маховик; 30. Верхнее компрессионное кольцо; 31. Нижнее компрессионное кольцо; 32.

Маслосъёмное кольцо; 33. Передняя крышка картера сцепления; 34. Масляный картер; 35. Передняя опора силового агрегата; 36. Шатун; 37.

Кронштейн передней опоры; 38. Силовой агрегат; 39. Задняя опора силового агрегата.

Не считая рядного размещения цилиндров двигателя, как продемонстрировано на схеме выше существуют ДВС с V- и W-образным размещением поршневого механизма. Разгляди W-образный мотор в разрезе на примере силового агрегата Audi. Цилиндры ДВС находятся так, что в случае если наблюдать на мотор спереди, то образуется британская буква W.

Эти движки владеют повышенной мощностью и употребляются на спорткарах. Эта совокупность была предложена японским производителем Субару, но из-за большого расхода горючего не взяла широкого и массового применения.

V- и W-образные ДВС имеют повышенную мощность и крутящий момент, что делает их спортивной направленности. Единственным недочётом таковой конструкции есть то, что такие силовые агрегаты потребляют большое количество горючего.

С развитием автомобилестроения компания Дженерал моторс внесла предложение совокупность отключения половины цилиндров. Так, эти неработающие цилиндры приводятся в воздействие, лишь в то время, когда нужно расширить мощность либо скоро разогнать автомобиль.

Такая совокупность разрешила существенно экономить горючее в повседневном применении транспортного средства. Эта функция привязана к электронному блоку управления двигателем, потому, что, она регулирует, в то время, когда нужно задействовать все цилиндры, а в то время, когда они не необходимы.

Вывод

Принцип работы двигателя достаточно простой. Так, в случае если взглянуть на разрез ДВС и осознать размещение подробностей возможно легко разобраться с устройством движка, а кроме этого последовательности его процесса работы.

Вариантов размещения подробностей мотора достаточно большое количество и любой автопроизводитель сам решает, как расположить цилиндры, сколько их будет, а кроме этого какую совокупность впрыска установить. Все это и даёт характеристики мотора и конструктивные особенности.

Замедленное в 150 раз воспроизведение работы двигателя внутреннего сгорания.


Похожие статьи, подобранные для Вас:

Как были устроены автомобили до изобретения бензинового двигателя

26 января 1886 года немецкий инженер Карл Бенц запатентовал автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Начиная с того момента, весь мир планомерно завоевали самодвижущиеся повозки на четырех колесах, и еще не известно, чем все это закончится. В своеобразный день рождения автомобиля «РГ» решила вспомнить, как были устроены машины до эпохи ДВС.

1. Историки предполагают, что первые автомобили могли появиться уже в ХIV веке. Ведь именно тогда итальянец Гвидо да Виджевано скрестил ветряную мельницу и тележку, получив прообраз современного транспортного средства. А немного позднее небезызвестный Леонардо да Винчи разработал подобный механизм, но с приводом на трехколесный велосипед. Гений он и есть гений…

2. А вот первым работающим паровым транспортом в мире считается изобретение Фердинанда Вербиста — иезуита из Китая, который построил свой автомобиль, как забавную игрушку, не более. Правда, игрушку для императора. Машинка была крайне мала и не могла доставить из точки «А» в точку «Б» ни царственную особу, ни простого смертного. Но факт остается фактом: в 1672 году паровой транспорт празднует свой день рождения.

3. Следующим в очереди отцов-основателей паровых машин стоит Томас Ньюкомен. Именно он в 1712 году воплотил в металле первый паровой двигатель, состоящий из цилиндра и поршня. Это уже, действительно, был прорыв! Однако, через 53 года Джеймс Уатт значительно усовершенствовал изобретение Ньюкомена. Теперь двигатель работал на основе давления, а не вакуума и стал более компактным и производительным. Его-то и начали ставить на первые паровозы.

4. В 1769 году Николас Джозеф Кагнот разработал почти полноценный авто для передвижения по узким улочкам Парижа. Копия этой машины выставлена сейчас в Музее искусств и ремесел в той же столице Франции. Правда, в те далекие времена горожане были не в восторге, когда мимо их домов проносился железный монстр весом более трех с половиной тонн! И хорошо, что в один прекрасный момент уже второй экземпляр этого «чуда» врезался в стену, разрушил ее и сам не подлежал восстановлению. Вообще, первые паровые машины были крайне тяжелыми, поэтому в следующие сто лет их ставили исключительно на рельсы… Вот как зарождалась система железнодорожных путей.

5. Вы не поверите, но электромобиль, это чудо современной техники, был изобретен еще до повсеместного применения двигателя внутреннего сгорания! Если исторические архивы не врут, то в 1828 году, изобретатель из Венгрии Аноис Джедлик собрал первую в мире модель электромобиля! А первым, кто попытался поставить данное изобретение на коммерческие рельсы, были Томас Давенпорт и Роберт Дэвидсон. Их авто с батареями увеличенной емкости начали производить в 1881-м. Но достаточно большой мощности тогда добиться так и не удалось, что дало толчок началу истории ДВС.

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

Первые разработки

Развитие транспортного биотоплива идет рука об руку с изобретением двигателя внутреннего сгорания. Считается, что его прототип был впервые концептуализирован американским изобретателем Сэмюэлем Мори (1762–1843) в начале 19 века (Коварик, 1998). Однако только в начале 1860-х годов немецкий изобретатель Николаус Август Отто (1832–1891) в сотрудничестве с механиком Майклом Джозефом Зонс разработал первую четырехтактную версию двигателя внутреннего сгорания, широко известную сегодня как искровое зажигание ( или бензиновый) двигатель, или просто двигатель Отто (Коварик, 1998).Другой вариант двигателя внутреннего сгорания, двигатель с воспламенением от сжатия, был разработан несколькими десятилетиями позже немецким изобретателем Рудольфом Дизелем (1858–1913). Этот дизельный двигатель до сих пор носит имя своего изобретателя (Коварик, 1998).

Хотя сегодня двигатели внутреннего сгорания используют продукты на нефтяной основе для питания транспортных средств, изначально они были разработаны для использования биотоплива, такого как этанол. Отто разработал свой двигатель в сотрудничестве с Ойгеном Лангеном (1833–1895 гг.), Немецким изобретателем и предпринимателем, который также владел сахарным заводом.Это заставляет многих думать, что Отто использовал этанол в качестве основного топлива. Точно так же Дизель тестировал в своем двигателе различные виды топлива, включая этанол и биодизель. Фактически, на одной из первых демонстраций Дизеля на Всемирной выставке в Париже в 1897 году дизельный двигатель работал на арахисовом масле (Biofuels, 2018). Хотя из-за высокого содержания воды и более низкого энергосодержания потребовалось несколько регулировок для работы двигателей внутреннего сгорания на этаноле в течение длительного периода времени, все испытания, проведенные Diesel, продемонстрировали возможность его использования с выходом энергии, идентичным топливо на основе нефти (Коварик, 1998). Это соответствовало большинству других исследований этанола в качестве моторного топлива, которые продемонстрировали либо удовлетворительные, либо даже превосходные характеристики этанола по сравнению с топливом на нефтяной основе (Kovarik, 1998).

Первоначальная конструкция двигателя внутреннего сгорания для биотоплива была обусловлена ​​тем, что это был самый популярный вид топлива, и в то время никто не мог подумать о маркировке биотоплива как о «новом» или «альтернативном». Например, этанол в качестве топлива для освещения уже тогда широко использовался во всем мире, в то время как нефть, впервые обнаруженная в Пенсильвании (США) в 1859 году, только появлялась в качестве источника энергии (Коварик, 1998).Коммерческое использование этанола в качестве «обычного» моторного топлива стало жертвой недальновидных политических и экономических решений в Соединенных Штатах. Чтобы собрать деньги на войну, во время Гражданской войны в США (1861–1865 гг.) На этанол был введен налог в размере 2,08 доллара за галлон. Этанол стал слишком дорогим, и его производство резко сократилось, что способствовало развитию нефтяной промышленности США, поскольку последняя извлекала выгоду из того, что не облагалась этим налогом.

Когда в 1906 году налог на этанол был отменен, в Соединенных Штатах были предприняты отдельные попытки коммерциализировать этанол и топливные смеси на основе нефти.Наиболее ярким примером этих усилий стало движение сельскохозяйственных химиков 1930-х годов, целью которого было содействие производству промышленных продуктов из сельскохозяйственного сырья (Hale, 1934). Движение поддержали некоторые промышленники. Например, оригинальный автомобиль Генри Форда (1863–1947) (так называемая Модель Т), построенный в то время, был разработан для работы на этаноле (New York Times, 1925). Однако эти усилия были встречены противодействием нефтяной промышленности, которая лоббировала возрождение этанола и его использования в топливных смесях с нефтью.Из-за сильного лоббирования отрасли законодательные предложения по продвижению этанола в качестве моторного топлива не увенчались успехом. Негативную роль сыграло и начало сухого закона в 1919 году. Хотя этанол в этот период все еще можно было использовать в транспортных средствах в смеси с нефтью (Управление энергетической информации, 2017), производство этанола в качестве моторного топлива было остановлено из-за отсутствия спроса. После отмены сухого закона в 1933 году производство этанола в США возродилось, но только для того, чтобы в значительной степени удовлетворить быстрорастущий рыночный спрос на давно запрещенные алкогольные напитки.В результате возросла национальная и глобальная зависимость от транспортного топлива на нефтяной основе.

Еще одним важным фактором, способствовавшим снижению популярности этанола в качестве транспортного топлива в Соединенных Штатах, было открытие положительного влияния свинца на характеристики двигателя внутреннего сгорания в 1920-х годах. Чтобы уменьшить детонацию двигателя, этанол можно смешивать с топливом на нефтяной основе; однако два промышленных исследователя, Томас Мидгли (1889–1944) и Чарльз Кеттеринг (1876–1958), обнаружили, как тетраэтилсвинец может быть использован для тех же целей (Коварик, 1998). Исследования воздействия на здоровье этилированного транспортного топлива не обсуждались или прекращались в то время, что в сочетании с производственными ограничениями, введенными запретом, привело к полной замене этанола тетраэтилсвинцом в моторном топливе. Только в 1980–90-х годах негативные последствия использования этилированного транспортного топлива для здоровья были клинически доказаны и поэтому получили политическое признание, а тетраэтилсвинец был запрещен в качестве топливной добавки в развитых странах (Loefgren and Hammar, 2000).

В отличие от Соединенных Штатов (известные в то время) запасы нефти в Европе были ограничены, что вызвало политическую озабоченность по поводу надежности ее поставок в качестве топлива. В результате такие страны, как Франция, Германия и Великобритания, начали продвигать использование этанола на транспорте. Двигатели были разработаны для работы на смеси этанола и топлива на основе нефти, а некоторые двигатели даже были разработаны для работы на чистом этаноле. В Европе этанол получали из картофеля и винограда в качестве основного сырья, тогда как в других странах мира сахарный тростник и патока представляли собой еще одно важное сырье в то время (Коварик, 1998).Использование этанола в качестве транспортного топлива поощрялось политически и с помощью налоговых льгот. В Германии, например, на нефть были введены специальные импортные пошлины, и специализированная организация, Centrale für Spiritus-Verwerthung, отвечала за регулирование национального рынка этанола, в том числе для производства транспортного топлива (Kovarik, 1998). Некоторые ученые считают, что политическая поддержка использования этанола на транспорте в Германии могла продлить Первую мировую войну, поскольку (сэкономленные) запасы нефти использовались в военных целях (Kovarik, 1998).Несмотря на более высокую популярность, чем в США, этанол не стал «обычным» транспортным топливом в Европе в межвоенный период. Частично это было связано с быстрым снижением затрат на производство топлива на основе нефти, но также и потому, что подготовка к Второй мировой войне перенаправила традиционное сырье этанола на производство военных материалов (Коварик, 1998).

Во время Второй мировой войны спрос на биотопливо снова увеличился, поскольку ископаемое топливо стало менее распространенным (Biofuels, 2018).Однако этот спрос длился недолго, и послевоенное восстановление мировой экономики явилось основным фактором, уменьшившим роль биотоплива на транспорте. Поскольку нефть была доступна в изобилии и дешево, промышленные и академические исследования технологии биотоплива в то время в значительной степени бездействовали. Именно топливный кризис 1970–80-х годов и более жесткие стандарты выбросов и экономии топлива, введенные в 1990-х годах, вернули общественный интерес к биотопливу (Biofuels, 2018; Lee and Mo, 2011). С тех пор соответствующая программа исследований неуклонно развивается, и регулярно публикуются исследования по различным аспектам использования технологии биотоплива на транспорте, включая экономику производства, усовершенствования конструкции двигателей и отношение потребителей (Xu and Boeing, 2013).Сегодня биотопливо представляет собой важную тему в международном политическом и исследовательском дискурсе, учитывая значительную роль, которую они, как ожидается, будут играть в удовлетворении будущего глобального спроса на энергию и в сокращении углеродного следа при производстве энергии.

Характеристики и функции поршневых двигателей — Petrotech, Inc.

Мощные и эффективные двигатели многих типов поставляют энергию, необходимую для выработки электроэнергии или привода в секторе энергоснабжения. Нефтегазовая промышленность использует двигатели внутреннего сгорания на трех основных рынках: электростанции, компрессорные и насосные.На электростанциях двигатели сжигают топливо, которое нельзя использовать в турбинах; при перекачке обеспечивают механический привод; а при сжатии они используются в газораспределительных линиях. Наиболее популярным типом двигателей внутреннего сгорания, используемых сегодня в этих областях, является поршневой двигатель.

Что такое поршневые двигатели?

Поршневой двигатель, также известный как поршневой двигатель, является одним из двух типов двигателей внутреннего сгорания, которые работают за счет сжигания топлива для получения энергии. Другой тип — это более ранняя форма, называемая роторным двигателем, и хотя поршневые двигатели все еще используются сегодня, они более распространены во многих отраслях промышленности. Роторный двигатель имеет четыре отдельных отсека, и в каждом из них выполняется определенная работа: впуск, сжатие, сгорание (или зажигание) или выпуск. С другой стороны, поршень (ы) в поршневом двигателе выполняет каждую из этих четырех задач в одном цилиндре.

Как они работают?

Мощность, создаваемая поршневыми двигателями, происходит от нагнетания топлива с помощью поршня или поршней для создания сгорания и, в свою очередь, создания кругового вращательного движения. Этот процесс называется четырехтактным циклом, поскольку, как и роторный двигатель, поршневые двигатели работают по повторяющейся схеме впуска, сжатия, сгорания и выпуска.Первый этап — это впуск, при котором топливо впрыскивается в цилиндр, толкая поршень вниз. Затем во время сжатия поршень подталкивается к верхней части цилиндра. Это оказывает давление на топливо, и свеча зажигания воспламеняет его, создавая следующий шаг: сгорание. Это зажигание толкает поршень обратно вниз, создавая энергию. Отходы выбрасываются на последнем этапе, выхлопе, и цикл начинается снова.

Каковы преимущества поршневых двигателей?

Поршневые двигатели

являются более современными из двух типов двигателей внутреннего сгорания, и во многих случаях они оказались более эффективными.Хотя на рынке все еще есть место для роторных двигателей, их применение гораздо более ограничено. Например, они встроены во многие гоночные автомобили, потому что позволяют увеличить крутящий момент, что, в свою очередь, обеспечивает максимальное ускорение. Однако роторные двигатели гораздо труднее герметизировать и часто имеют проблемы с утечкой давления и проблемами со смазкой. Поршневые двигатели бывают разных конфигураций, чтобы соответствовать конкретным машинам или задачам, и являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых в современных транспортных средствах.

Какой вид обслуживания и ремонта им требуется?

Как и двигатель транспортного средства, поршневой двигатель в энергоснабжающем предприятии необходимо надлежащим образом обслуживать и ремонтировать для обеспечения максимальной производительности и долговечности. В Petrotech мы предлагаем решения для любого типа OEM-оборудования, чтобы помочь нашим клиентам контролировать, автоматизировать и обслуживать их поршневые двигатели, помогая максимизировать эффективность и минимизировать потребность в ремонте. Поскольку мы можем проектировать и устанавливать индивидуальные системы управления вокруг существующего оборудования предприятия, мы можем помочь нашим клиентам оптимизировать функциональность без дополнительных затрат времени или затрат на переоборудование оборудования.Наши системы управления могут включать в себя контроль и мониторинг следующих требований к техническому обслуживанию:

  • Обороты двигателя
  • Скорость вращения турбокомпрессора
  • Крутящий момент
  • Соотношение воздух-топливо
  • Температура выхлопных газов
  • Давление в воздушном коллекторе
  • Температура воздуха в коллекторе вибрации
  • Опережение зажигания

Системы удобны в использовании и адаптированы к требованиям каждого клиента.

Petrotech имеет более чем 50-летний опыт работы в сфере энергоснабжения и предлагает услуги «под ключ» для единого поставщика, включая бесплатную круглосуточную техническую поддержку и устранение неисправностей.Узнайте больше о специализированных интегрированных системах управления, которые мы можем предоставить для поршневых двигателей.

Изображение Mj-bird

Патент США на двигатель внутреннего сгорания (Патент № 10,920,712, выдан 16 февраля 2021 г.)

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания.

Уровень техники

В прошлом изучались различные методы снижения шума, генерируемого во время работы двигателя внутреннего сгорания (например, PTL 1, 2).Одним из типов шума, возникающего при работе двигателя внутреннего сгорания, является большой вибрационный шум, который возникает вместе с большой вибрацией поверхности маховика, которая возникает из-за большой силы вибрации, возникающей в результате сгорания в цилиндрах, ближайших к маховику. В PTL 1 предлагается, чтобы уменьшить такой вибрационный шум, замедлить момент зажигания цилиндров, ближайших к маховику, чтобы уменьшить вибрационную силу, возникающую при сгорании, и, как результат, уменьшить вибрационный шум.

СПИСОК ЦИТАТОВ Патентная литература

[PTL 1] Публикация прошедшего экспертизу патента Японии № 7-058059

[PTL 2] Публикация нерассмотренного патента Японии № 2017-096245

РЕЗЮМЕ Техническая проблема

В этом отношении в PTL 1 моменты зажигания в цилиндрах со стороны маховика замедлены, чтобы уменьшить силу вибрации, возникающую в результате сгорания в цилиндрах со стороны маховика, и уменьшить вибрационный шум. При замедлении момента зажигания можно уменьшить вибрационную силу, возникающую в результате сгорания в цилиндрах со стороны маховика, но эффективность преобразования энергии сгорания в кинетическую энергию снижается, и, следовательно, эффективность использования топлива ухудшается.

Настоящее изобретение было создано с учетом вышеупомянутой проблемы, и его целью является создание двигателя внутреннего сгорания, способного снизить шум, генерируемый во время работы двигателя внутреннего сгорания, при сохранении эффективности использования топлива от ухудшения.

Решение проблемы

Настоящее изобретение было сделано для решения указанной выше проблемы, и его суть заключается в следующем.

(1) Двигатель внутреннего сгорания, имеющий множество цилиндров и с компонентом силовой передачи, отличным от двигателя внутреннего сгорания, расположенным рядом с ним, при этом

    • , если обозначает среднее значение высоты камеры сгорания в области внутри от виртуальной цилиндрической поверхности, проходящей через центр корпуса впускного клапана и продолжающейся в окружном направлении каждого цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке, как «центральная высота», и обозначающая среднее значение высоты камеры сгорания в области за пределами виртуальной цилиндрической поверхности, когда поршень находится в верхней мертвой точке, в качестве «периферийной высоты», камеры сгорания сформированы таким образом, чтобы центральная высота цилиндра со стороны компонента, расположенного в наибольшей степени по мощности Сторона компонента поезда среди множества цилиндров выше центральной высоты обычных цилиндров, включая по меньшей мере один цилиндр, отличный от цилиндра стороны компонента и периферийная высота цилиндра со стороны компонента меньше периферийной высоты обычных цилиндров.

(2) Двигатель внутреннего сгорания согласно пункту (1) выше, в котором обычные цилиндры включают в себя цилиндр, расположенный максимально отделенным от компонента силовой передачи.

(3) Двигатель внутреннего сгорания согласно пункту (2) выше, в котором камеры сгорания сформированы таким образом, что центральная высота цилиндра на стороне компонента силовой передачи двух смежных цилиндров равна или превышает центральную высоту. на цилиндре на стороне, противоположной стороне компонента силовой передачи, и так, чтобы периферийная высота на цилиндре стороны компонента силовой передачи двух смежных цилиндров была равна или меньше периферийной высоты у цилиндра на противоположной стороне со стороны компонентов силовой передачи.

(4) Двигатель внутреннего сгорания в соответствии с любым из пунктов (1) — (3), где

    • камера сгорания, по меньшей мере, частично определяется головкой цилиндра и поршнем, а
    • — формой части головки блока цилиндров, определяющей каждую камеру сгорания, одинакова независимо от центральной высоты и периферийной высоты, а форма поршня, определяющего каждую камеру сгорания, имеет форму, различающуюся в зависимости от центральной высоты и периферийной высоты.

(5) Двигатель внутреннего сгорания согласно пункту (4) выше, в котором поршень

    • содержит канавку в центральной части своей верхней поверхности в поперечном сечении, проходящем через центр поршня. и проходит в направлении, в котором расположены несколько цилиндров, и
    • ,
    • поршень сформирован так, что средняя глубина канавки поршня больше в цилиндре с относительно высокой высотой центра по сравнению с цилиндром с относительно высокой центральной высотой. низкая центральная высота.

(6) Двигатель внутреннего сгорания согласно пункту (5) выше, в котором паз поршня сформирован так, чтобы он был наиболее глубоким в центре поршня и постепенно становился мельче по направлению к внешней стороне поршня в радиальном направлении. направлении и сформирован так, чтобы глубина канавки в центре поршня была больше в цилиндре с относительно высокой высотой центра по сравнению с цилиндром с относительно низкой высотой центра.

(7) Двигатель внутреннего сгорания по п. (5) или (6), в котором поршень содержит наклонные части с верхними поверхностями, наклоненными к стороне коленчатого вала в направлении наружу в радиальном направлении на внешней стороне канавки.

Преимущественный эффект изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предоставляется двигатель внутреннего сгорания, способный снижать шум, генерируемый во время работы двигателя внутреннего сгорания, при сохранении эффективности использования топлива от ухудшения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид, схематически показывающий конфигурацию двигателя внутреннего сгорания.

РИС. 2 — схематический вид в разрезе корпуса двигателя внутреннего сгорания вокруг одного его цилиндра.

РИС. 3 — частичный вид сбоку в разрезе корпуса двигателя и трансмиссии, примыкающих к корпусу двигателя.

РИС. 4 — вид сбоку коробки передач.

РИС. 5 представляет собой вид, показывающий тенденции скорости тепловыделения в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

РИС. 6 — вид сверху поршня со стороны камеры сгорания.

РИС. 7A-7C — виды в разрезе верхней части цилиндра (рядом с головкой цилиндра) в обычном цилиндре.

РИС.8A-8C — виды в разрезе верхней части цилиндра (рядом с головкой цилиндра) в цилиндре со стороны трансмиссии.

РИС. 9A и 9B — виды в разрезе, схематично показывающие состояние сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания цилиндра со стороны трансмиссии.

РИС. 10 — вид, показывающий взаимосвязь между состоянием распространения пламени и площадью внешней периферийной поверхности пламени.

РИС. 11 — вид, показывающий тенденции в скорости тепловыделения в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже, со ссылкой на чертежи, варианты осуществления настоящего изобретения будут объяснены подробно. Обратите внимание, что в нижеследующем объяснении подобным компонентам присвоены одинаковые ссылочные позиции. Отметим, что в настоящем описании верхнее направление обозначает направление от коленчатого вала к головке цилиндра, а нижнее направление обозначает обратное направление. Однако направление установки двигателя внутреннего сгорания не обязательно ограничивается этим направлением.

Конструкция двигателя внутреннего сгорания

Во-первых, как показано на фиг. 1-3, будет объяснена конфигурация двигателя 1 внутреннего сгорания согласно первому варианту осуществления. ИНЖИР. 2 представляет собой схематический вид в разрезе корпуса 10 двигателя внутреннего сгорания 1 вокруг одного его цилиндра. Как показано на фиг. 1, двигатель внутреннего сгорания 1 снабжен корпусом двигателя 10 , системой подачи топлива 30 , системой впуска 40 , системой выпуска 50 , механизмом рециркуляции отработавших газов 60 , устройством продувки испаренного топлива 90 , и устройство управления 60 .

В настоящем варианте осуществления двигатель внутреннего сгорания 1 представляет собой шестицилиндровый двигатель, а корпус двигателя 10 снабжен блоком цилиндров 11 , в котором множество рядов 11 a , 11 b сформированы, а головки цилиндров 12 предусмотрены на берегах 11 a , 11 b . В каждом ряду 11 a , 11 b формируются три цилиндра 12 .В каждом цилиндре 13 поршень 14 выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре 13 . В цилиндре 13 между поршнем 14 и головкой 12 блока цилиндров образуется камера сгорания 15 , в которой сгорает топливовоздушная смесь. Следовательно, камера сгорания 15 id определяется поршнем 14 , головкой блока цилиндров 12 и цилиндром 13 . Головка блока цилиндров 12 снабжена, около центра каждого цилиндра 13 , свечой зажигания 16 для воспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания 15 .

Отметим, что, хотя двигатель внутреннего сгорания 1 согласно настоящему варианту осуществления является шестицилиндровым, он может быть рядным цилиндровым двигателем или горизонтально расположенным двигателем и может быть трехцилиндровым двигателем, четырехцилиндровым двигателем, восьмицилиндровым двигателем. цилиндровый двигатель, десятицилиндровый двигатель или двигатель с другим числом цилиндров.

Головка блока цилиндров 12 образована впускными отверстиями 17 и выпускными отверстиями 18 . Эти впускные каналы 17, и выпускные отверстия 18 сообщаются с камерами сгорания 15 цилиндров 13 .Между каждой камерой сгорания 15 и впускным отверстием 17 расположен впускной клапан 21 . Этот впускной клапан 21 открывает и закрывает впускной канал 17 . Точно так же между каждой камерой сгорания 15 и выпускным отверстием 18 расположен выпускной клапан 22 . Этот выпускной клапан 22 открывает и закрывает выпускной канал 18 . Корпуса впускных клапанов 21 и выпускных клапанов 22 определяют камеру сгорания 15 .

Система подачи топлива 30 состоит из топливных форсунок 31 , напорного патрубка 32 , топливопровода 33 , топливного насоса 34 и топливного бака 35 . Каждая топливная форсунка , 31, расположена в головке цилиндров , 12, так, чтобы непосредственно впрыскивать топливо в каждый цилиндр , 13, . Топливо, откачанное топливным насосом 34 , подается по топливопроводу 33 в нагнетательный трубопровод 32 и впрыскивается из топливных форсунок 31 в цилиндры 13 .

Система впуска 40 снабжена впускным коллектором 41 , впускным патрубком 42 , воздухоочистителем 43 и дроссельной заслонкой 44 . Впускные каналы 17 цилиндров 13 сообщаются с впускной трубой 43 через впускной коллектор 41 и впускной патрубок 42 . Дроссельная заслонка , 46, расположена во впускной трубе , 42, и приводится в действие так, чтобы открываться и закрываться приводом 45 привода дроссельной заслонки.Обратите внимание, что впускные каналы 17 , впускной коллектор 41 и впускная труба 42 образуют впускной канал.

Выхлопная система 50 снабжена выпускным коллектором 51 , выхлопной трубой 52 , катализатором очистки выхлопных газов 53 . Выхлопные отверстия 18 цилиндров 13 сообщаются с катализатором очистки выхлопных газов 53 через выпускной коллектор 51 и выхлопную трубу 52 .Катализатор 53 очистки выхлопных газов представляет собой, например, трехкомпонентный катализатор, катализатор восстановления накопления NOx и очищает компоненты выхлопного газа, такие как NOx или несгоревшие углеводороды. Выпускной канал 18 , выпускной коллектор 51 , выпускная труба 52 и катализатор очистки отработавших газов 53 образуют выпускной канал.

Система управления 60 снабжена электронным блоком управления (ЭБУ) 61 . ЭБУ 61 включает в себя ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 63 , ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 64 , ЦП (микропроцессор) 65 , порт ввода 66 и порт вывода 67 , которые являются соединены между собой через двунаправленную шину 62 .

Впускная труба 42 снабжена датчиком расхода (например, расходомером воздуха) 71 для определения расхода всасываемого газа, протекающего через впускную трубу 42 . Выходной сигнал датчика расхода 71 поступает на входной порт 66 через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 68 . Кроме того, педаль , 72, акселератора соединена с датчиком , 73, нагрузки, генерирующим выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия педали 72 акселератора.Выходное напряжение датчика нагрузки 73 подается на входной порт 66 через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 68 . Датчик угла поворота коленчатого вала , 74, генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал 23 корпуса 10 двигателя поворачивается, например, на 10 градусов. Этот выходной импульс вводится во входной порт 66 . В CPU 65 частота вращения двигателя вычисляется из этих выходных импульсов.

С другой стороны, выходной порт 67 ЭБУ 61 соединен с исполнительными механизмами, управляющими работой двигателя внутреннего сгорания 1 через соответствующие схемы привода 69 .В примере, показанном на фиг. 1 выходной порт 67 соединен с топливными форсунками 31 , топливным насосом 34 и приводом привода дроссельной заслонки 45 . ЭБУ 61 выводит управляющие сигналы для управления этими исполнительными механизмами из выходного порта 67 для управления работой двигателя внутреннего сгорания 1 .

РИС. 3 — частичный вид сбоку в разрезе корпуса 10 двигателя и трансмиссии, примыкающей к корпусу 10 двигателя.Как показано на фиг. 3 корпус двигателя 10 снабжен коленчатым валом 23 , проходящим в направлении ряда цилиндров 13 рядов 11 a , 11 b.

Коленчатый вал 23 снабжен множеством шатунных шейек 24 . Эти шейки 24 кривошипа поддерживаются с возможностью вращения подшипниками 25 кривошипа, расположенными на блоке цилиндров 11 .Далее коленчатый вал 23 снабжен шатунными шейками 26 , соединенными с поршнями 14 цилиндров через шатуны (не показаны). Коленчатый вал 23 снабжен таким же количеством шатунных шейек 26 , что и количество цилиндров 13 . Шатунная шейка 26 на одной торцевой стороне коленчатого вала 23 соединена с поршнем 14 цилиндра № 1 13 1 .С другой стороны, шейка шатуна 26 другой торцевой стороны коленчатого вала 23 соединена с поршнем 14 цилиндра № 6 13 # 6 . Скобки в ссылочных позициях, обозначающие шейки шатуна , 26, на фиг. 3 показаны номера цилиндров 13 , на которых расположены поршни 14 , с которыми соединены шейки шатуна. Кроме того, шейки шатуна , 26, сконфигурированы так, что их оси смещены относительно осей шейки кривошипа 24 (ось коленчатого вала 23 ).

В корпусе двигателя 10 двигателя внутреннего сгорания 1 трансмиссия 80 расположена смежно. Трансмиссия 80 расположена рядом с корпусом двигателя 10 на боковой поверхности со стороны цилиндра № 5 13 5 и цилиндра № 6 № 6 . Концевая часть коленчатого вала 23 на стороне цилиндра №6 соединена с трансмиссией 80 через маховик 81 .В проиллюстрированном примере трансмиссия , 80, — это автоматическая трансмиссия, снабженная преобразователем крутящего момента , 82 , но также может быть механической трансмиссией или может быть вариатором или другой автоматической трансмиссией. Коробка передач 80 прикреплена болтами и т. Д. К корпусу двигателя 10 .

Механизм генерации вибрационного шума

В силовой передаче, включающей двигатель внутреннего сгорания 1 и трансмиссию 80 , сконфигурированную, как описано выше, неприятный грохочущий шум и вибрация (ниже также называемые «вибрационным шумом») ) возникает в зависимости от рабочего состояния ДВС 1 (например, в момент разгона).Считается, что механизм, с помощью которого создается такой вибрационный шум, в основном следующий:

Из-за сгорания топливовоздушной смеси в камерах сгорания 15 двигателя внутреннего сгорания 1 прикладываются направленные вниз силы. через поршни 14 и шатуны к коленчатому валу 23 (то есть силы в направлении от камер сгорания 15 к коленчатому валу 23 ). В результате на коленчатый вал 23 прикладывается изгибающее напряжение.Если к коленчатому валу 23 приложено напряжение изгиба, к подшипникам 25 кривошипа, поддерживающим коленчатый вал 23 , прикладывается направленная вниз сила.

Если к подшипникам 25 a кривошипа прикладывается направленная вниз сила на стороне трансмиссии среди множества подшипников 25 кривошипа, блок цилиндров 11 деформируется на стороне трансмиссии. В частности, блок цилиндров 11 деформируется так, что на боковой поверхности на стороне трансмиссии 80 верхняя часть от коленчатого вала 23 (сторона головки цилиндров 12 ) и нижняя часть от нее (сторона масляного поддона) отдельно друг от друга.

РИС. 4 — вид сбоку корпуса 83 трансмиссии 80 (ниже также именуемой «коробкой трансмиссии»). Боковая поверхность, показанная на фиг. 4 среди боковых поверхностей трансмиссии 80 находится боковая поверхность на стороне, соединенной с блоком цилиндров 11 . Состояние, показанное на фиг. 4 сплошными линиями показана форма картера , 83, коробки передач, когда блок цилиндров , 11, не деформирован, например, когда двигатель внутреннего сгорания 1 остановлен.

С другой стороны, пунктирные линии на фиг. 4 показана форма картера коробки передач , 83, , когда сила вибрации, сопровождающая сгорание топливовоздушной смеси, действует на блок 11 цилиндров и деформирует его. Блок 11, цилиндров, как объяснено выше, деформируется так, что верхняя часть и нижняя часть коленчатого вала 23, отделяются друг от друга. Наряду с этим область картера 83 трансмиссии на стороне корпуса 10 двигателя, которая соединена с блоком 11 цилиндров, деформируется, расширяясь и сжимаясь в вертикальном направлении.За счет того, что картер трансмиссии , 83, вертикально расширяется и сжимается в области на стороне корпуса 10 двигателя, создается вышеупомянутый грохочущий вибрационный шум.

Меры против вибрационного шума

Как объяснено выше, вибрационный шум возникает из-за большой силы вибрации, сопровождающей сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах со стороны трансмиссии. Другими словами, если сила вибрации, сопровождающая сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах со стороны трансмиссии, мала, вибрационный шум может быть уменьшен.В настоящем варианте осуществления, например, если вибрационная сила, создаваемая при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре № 5 13 5 и цилиндре № 6 13 6 , уменьшается , вибрационный шум может быть уменьшен.

В качестве метода уменьшения вибрационной силы, сопровождающей сгорание в определенных цилиндрах 13 , можно рассмотреть замедление времени зажигания свечей зажигания 16 в этих цилиндрах по сравнению с другими цилиндрами.При замедлении времени зажигания отношение тепловой энергии, генерируемой вместе с горением, преобразованной в кинетическую энергию (энергия вращения коленчатого вала 23 ), становится ниже, и, следовательно, сила вибрации, прикладываемая к коленчатому валу 23 , становится меньше. Следовательно, уменьшив время зажигания в цилиндре № 5 13 # 5 и цилиндре № 6 13 # 6 от моментов зажигания в других цилиндрах, можно уменьшить вибрационный шум.

РИС. 5 — вид, показывающий тенденции изменения количества тепла, генерируемого на единицу угла поворота коленчатого вала (dQ / dθ, ниже, также называемого «степенью тепловыделения»), в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Линии на рисунке показывают тенденции скорости тепловыделения при различных временах зажигания. Линия MBT показывает тенденцию скорости тепловыделения в случае, когда зажигание осуществляется свечой зажигания 16 на MBT, а линия MBT-2 показывает тенденцию скорости тепловыделения в случае, когда зажигание выполняется. по срокам отставания на 2 градуса от ОБТ.Кроме того, линия MBT-4 к линии MBT-12 показывает тенденции в случае, когда зажигание выполняется с задержкой по времени на 4 градуса от MBT до момента времени с запаздыванием на 12 градусов.

Вибрационная сила, сопровождающая горение, становится больше по мере увеличения максимального значения скорости тепловыделения. Следовательно, вибрационный шум также становится больше, поскольку максимальное значение скорости тепловыделения становится больше. Как будет понятно из фиг. 5, чем больше запаздывает момент зажигания, тем меньше максимальное значение скорости тепловыделения и, соответственно, меньше вибрационный шум.

В этом отношении, однако, при замедлении момента зажигания, как объяснено выше, отношение тепловой энергии, генерируемой при сгорании, преобразуемой в кинетическую энергию, становится ниже, и, следовательно, тепловой КПД становится хуже. Следовательно, при замедлении времени зажигания в цилиндре № 5 13 # 5 и цилиндре № 6 13 # 6 вибрационный шум может быть уменьшен, но в результате снижается эффективность использования топлива. .

Формы камер сгорания

Таким образом, в двигателе внутреннего сгорания в соответствии с настоящим вариантом осуществления камеры сгорания 15 сформированы таким образом, что центральные высоты цилиндров со стороны трансмиссии, расположенных наиболее близко к трансмиссионной стороне во множестве цилиндров. 13 выше, чем центральная высота в обычных цилиндрах, включая по меньшей мере один цилиндр, отличный от цилиндров со стороны трансмиссии, а периферийная высота на цилиндрах со стороны трансмиссии ниже, чем окружная высота в обычных цилиндрах.В этом отношении «центральная высота» означает среднее значение высоты камеры сгорания 15 в области внутри от виртуальной цилиндрической поверхности VC, проходящей через центр корпуса клапана 21 a впускной клапан 21 и продолжается в окружном направлении цилиндра 13 , когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке. Кроме того, «периферийная высота» означает среднее значение высоты камеры сгорания 15 в области за пределами виртуальной цилиндрической поверхности VC, когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке.

РИС. 6 представляет собой вид сверху поршня 14 , если смотреть со стороны камеры сгорания 15 . Кроме того, фиг. 7A-7C представляют собой виды в разрезе верхних частей цилиндров 13 (рядом с головкой цилиндров) от цилиндра № 1 13 1 до цилиндра № 4 13 4 ( ниже, в настоящем варианте осуществления также именуемые «обычные цилиндры»). ИНЖИР. 7A представляет собой вид в поперечном сечении, проходящем через ось XP поршня 14 и продолжающемся в направлении группы цилиндров 13 того же ряда (ниже также называемого «массивом»). направление поперечного сечения ”) и вид поперечного сечения по линии AA на фиг.6. Фиг. 7B представляет собой вид в поперечном сечении, проходящем через ось XP поршня 14 и проходящем перпендикулярно направлению группы цилиндров 13 (ниже также называется «перпендикулярным направлением поперечного сечения»). разрез ») и вид в разрезе по линии BB на фиг. 6 и линия B-B на фиг. 7А. ИНЖИР. 7C представляет собой вид в поперечном сечении, проходящем через центр корпуса клапана 21 a одного впускного клапана 21 и проходящем перпендикулярно направлению группы цилиндров 13 и — вид в разрезе по линии CC на фиг.6 и линия C-C на фиг. 7А.

Как будет понятно из фиг. 6 и 7A-7C, на верхних поверхностях поршней 14 от цилиндра № 1 13 1 до цилиндра № 4 13 4 (ниже также называется «Обычные поршни»), плоские участки 91 , центральные канавки 92 , участки гребня 93 , наклонные участки 94 , углубления для впускного клапана 95 и углубления для выпускного клапана 96 .

Плоская часть 91 сформирована на верхней поверхности поршня 14 и проходит перпендикулярно оси XP поршня 14 . Плоская часть 91 предусмотрена рядом с внешней окружностью поршня 14 .

Центральная канавка 92 предусмотрена в центре верхней поверхности поршня 14 . Как показано на фиг. 6 и 7A-7C, центральная канавка 92 сформирована так, что ширина в направлении массива цилиндра 13 больше, чем ширина в направлении, перпендикулярном направлению массива цилиндра 13 ( ниже, также называемое «перпендикулярным направлением массива»).Кроме того, центральная канавка 92 сформирована так, чтобы быть самой глубокой в ​​центре поршня 14 и постепенно становиться мельче по мере удаления от центра поршня 14 в направлении наружу в радиальном направлении, если высота вниз от плоскости, на которой расположена плоская часть 91 , определяется как «глубина».

В частности, в настоящем варианте осуществления, как показано на фиг. 7A, центральная канавка , 92, сформирована так, что ее нижняя поверхность полностью изогнута в поперечном сечении в направлении решетки.Центральная канавка , 92, может быть сформирована так, чтобы ее нижняя поверхность была изогнута на один и тот же радиус кривизны по всей ее полноте в поперечном сечении направления массива, или может быть сформирована так, чтобы радиус кривизны постепенно изменялся (например, становился равным больше) от центра к краям в радиальном направлении. Однако центральная канавка , 92, также может быть сформирована так, чтобы ее нижняя поверхность проходила линейно от центра к двум краям в поперечном сечении направления массива, или также может быть сформирована так, чтобы она была частично изогнутой.

Кроме того, в настоящем варианте осуществления центральная канавка , 92, сформирована так, что ее нижняя поверхность проходит линейно от центра к двум краям в поперечном сечении в перпендикулярном направлении. Однако центральная канавка , 92, также может быть сформирована так, чтобы ее нижняя поверхность была полностью или частично искривлена ​​в поперечном сечении в перпендикулярном направлении.

Участки гребня 93 предусмотрены на двух сторонах центральной канавки 92 в направлении группы цилиндров 13 .Ребристые участки 93 сформированы так, чтобы выступать вверх от плоской части 91 . Следовательно, часть нижней поверхности центральной канавки 92 расположена выше плоской части 91 .

Наклонные участки 94 предусмотрены в направлении группы цилиндров 13 , снаружи от участков гребня 93 в радиальном направлении. Наклонные части , 94, выполнены с возможностью наклона вниз (сторона коленчатого вала 23, ) от гребневых частей , 93, наружу в радиальном направлении.Наклонные части , 94, сформированы так, что высота их внешних окружностей равна высоте плоской части 91 .

Выемка для впускного клапана 95 сформирована так, чтобы входить вниз от плоской части 91 . Кроме того, выемка 95 впускного клапана образована в положении, обращенном к части корпуса 21 a впускного клапана 21 , когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке.В настоящем варианте осуществления два впускных клапана 21 предусмотрены на цилиндр 13 , и поэтому каждый поршень 14 снабжен двумя углублениями для впускного клапана 95 . Выемки , 95, впускных клапанов имеют наклонные поверхности, проходящие по существу перпендикулярно по отношению к осям XI впускных клапанов , 21, . Наклонные поверхности сконфигурированы так, чтобы доходить до краев центральной канавки , 92, в перпендикулярном направлении массива.Следовательно, впускные клапаны 95 расположены на верхней поверхности поршня 14 , так что впускные клапаны 21 и поршень 14 не мешают друг другу, когда поршень 14 находится на вершине всасывания. мертвая точка.

Выемка для выпускного клапана 96 сформирована таким образом, чтобы входить в углубление вниз от плоской части 91 . Кроме того, выемка , 96, выпускного клапана образована в положении, обращенном к части корпуса клапана 22 a выпускного клапана 22 , когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке.В настоящем варианте осуществления два выпускных клапана 22 предусмотрены на цилиндр 13 , и поэтому каждый поршень 14 снабжен двумя углублениями для выпускного клапана 96 . Выемки выпускных клапанов , 96, имеют наклонные поверхности, проходящие по существу перпендикулярно осям XE выпускных клапанов , 22, . Наклонные поверхности сконфигурированы так, чтобы доходить до краев центральной канавки , 92, в перпендикулярном направлении массива.Следовательно, выемки для выпускного клапана 96 предусмотрены на верхней поверхности поршня 14 , так что выпускные клапаны 22 и поршень 14 не мешают друг другу, когда поршень 14 находится на вершине всасывания. мертвая точка.

РИС. 8A-8C представляют собой виды в разрезе верхних частей (около головки блока цилиндров) цилиндров 13 на цилиндре № 5 13 5 и цилиндре № 6 13 6 (ниже, в настоящем варианте осуществления также называются «цилиндрами на стороне трансмиссии»).ИНЖИР. 8A — вид в разрезе, аналогичный фиг. 7A, в поперечном сечении в направлении решетки. ИНЖИР. 8B — вид в разрезе, аналогичный фиг. 7B в поперечном сечении в перпендикулярном направлении и на виде в разрезе по линии B-B на фиг. 8А. ИНЖИР. 8C — вид в разрезе, аналогичный фиг. 7C, в поперечном сечении, проходящем через центр корпуса клапана одного впускного клапана 21 и проходящем перпендикулярно в направлении группы цилиндров 13 , а также на виде в разрезе по линии CC на фиг. .8А.

Как будет понятно из фиг. 8A-8C, поршни 14 ‘цилиндров со стороны трансмиссии (далее также называемые «поршнями со стороны трансмиссии») также в основном сформированы таким же образом, как и поршни (обычные поршни) 14 из № 1 цилиндр 13 1 к цилиндру № 4 13 4 , показанному на фиг. 6 и 7A-7C. Следовательно, на верхних поверхностях поршней 14 ‘со стороны трансмиссии, плоских участках 91 , центральных канавках 92 , участках гребня 93 , наклонных участках 94 , углублениях впускных клапанов 95 и выпускных клапанов. предусмотрены выемки 96 .

Как показано на фиг. 8A-8C, также на поршнях 14 ‘со стороны трансмиссии центральные канавки 92 сформированы так, чтобы они были наиболее глубокими в центрах поршней 14 и постепенно становились мельче по мере удаления от центры поршней 14 наружу в радиальном направлении. Однако, как будет понятно при сравнении фиг. 7A-7C и 8A-8C центральные канавки 92 поршней 14 ‘передающей стороны сформированы таким образом, что глубины от плоскостей, в которых расположены плоские части 91 , больше в центрах поршни 14 по сравнению с центральными канавками 92 из обычных поршней 14 .Кроме того, центральные канавки 92 поршней 14 ‘со стороны трансмиссии сформированы так, что средняя глубина больше по сравнению с центральными канавками 92 обычных поршней 14 .

Кроме того, на поршнях 14 ‘со стороны трансмиссии также сформированы центральные канавки 92 , которые полностью искривлены в поперечном сечении направления массива. Центральные канавки , 92, могут быть изогнуты с одинаковыми радиусами кривизны по всей их полноте в поперечном сечении направления массива или могут быть сформированы так, чтобы радиусы кривизны постепенно изменялись (например, становились больше) от центрируется наружу в радиальном направлении.

Кроме того, на поршнях 14 ‘со стороны трансмиссии также предусмотрены участки гребня 93 на двух сторонах центральных канавок 92 в направлении группы цилиндров 13 . Гребневые части 93 поршней 14 ‘передающей стороны сформированы так, что величина выступа вверх от плоских частей 91 больше по сравнению с гребневыми частями 93 обычных поршней 14 .Кроме того, в настоящем варианте осуществления гребневые части 93 поршней 14 ‘передающей стороны сформированы таким образом, чтобы они располагались внутри в радиальном направлении по сравнению с гребневыми частями 93 обычных поршней 14 . Следовательно, радиусы кривизны центральных канавок 92 поршней 14 ‘со стороны трансмиссии в среднем меньше радиусов кривизны центральных канавок 92 обычных поршней 14 .В частности, в настоящем варианте осуществления радиусы кривизны некоторых участков центральных канавок 92 поршней 14 ‘передающей стороны меньше по сравнению с радиусами кривизны соответствующих участков центральных канавок 92 поршней обычные 14 .

Обратите внимание, что в поршнях 14 ‘со стороны трансмиссии центральные канавки 92 также могут быть сформированы так, что их нижние поверхности проходят линейно от центров к двум краям в поперечном сечении в направлении массива, или могут быть сформированным так, чтобы быть частично изогнутым.В этом случае углы наклонных поверхностей центральных канавок 92 к плоскостям плоских частей 91 в поршнях 14 ‘со стороны трансмиссии больше, чем углы наклонных поверхностей центральных канавок 92 к плоскостям плоских участков 91 в обычных поршнях 14 .

Наклонные части 94 поршней 14 ‘передающей стороны также выполнены с возможностью наклона вниз от гребневых частей 93, наружу в радиальном направлении.В настоящем варианте осуществления углы наклона гребневых частей 93 поршней 14 ‘передающей стороны к плоскостям, в которых расположены плоские части 91 , больше, чем углы наклона гребневых частей 93 поршней обычных 14 .

С другой стороны, в настоящем варианте осуществления головка 12 блока цилиндров сформирована так, что части, расположенные так, чтобы закрывать цилиндры 13 , имели одинаковые формы среди цилиндров 13 .Следовательно, как в цилиндрах со стороны трансмиссии, так и в обычных цилиндрах формы частей головки 12 цилиндров, определяющих камеры сгорания 15 , одинаковы. По этой причине в настоящем варианте осуществления только формы верхних поверхностей поршней 14 , определяющих камеры сгорания 15 , различаются между цилиндрами со стороны трансмиссии и обычными цилиндрами.

В этом отношении, как объяснено выше, виртуальная цилиндрическая поверхность, проходящая через центр CI корпуса клапана 21 a впускного клапана 21 и проходящая в окружном направлении каждого цилиндра, когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке и определяется как «виртуальная цилиндрическая поверхность VC».Кроме того, среднее значение высоты (длины в направлении сверху вниз) камеры сгорания 15 внутри от виртуальной цилиндрической поверхности VC в радиальном направлении, когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке в области , называется «центральной высотой» и средней высотой камеры сгорания 15 в области за пределами виртуальной цилиндрической поверхности VC в радиальном направлении, когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке. , называется «периферийной высотой».Кроме того, объем в камере сгорания 15 в области внутри от виртуальной цилиндрической поверхности VC в радиальном направлении, когда поршень 14 находится в верхней мертвой точке, называется «центральным объемом» и объем в камере сгорания 15 в области снаружи от виртуальной цилиндрической поверхности VC в радиальном направлении, когда поршень 14, находится в верхней мертвой точке, называется «периферийным объемом».

В настоящем варианте осуществления, поскольку верхние поверхности поршней 14 имеют конфигурацию, описанную выше, центральные высоты камер сгорания 15 , когда поршни 14 находятся в верхней мертвой точке, выше в трансмиссии. боковые цилиндры, по сравнению с обычными цилиндрами. Кроме того, периферийная высота камер сгорания , 15, , когда поршни , 14, находятся в верхней мертвой точке, ниже у цилиндров со стороны трансмиссии по сравнению с обычными цилиндрами.

Кроме того, объемы камер сгорания 15 , когда поршни 14 находятся в верхней мертвой точке, по существу одинаковы для всех цилиндров. Однако из-за того, что верхние поверхности поршней , 14, имеют конфигурацию, описанную выше, центральные объемы цилиндров со стороны трансмиссии больше, чем центральные объемы обычных цилиндров. Кроме того, периферийные объемы цилиндров со стороны трансмиссии меньше периферийных объемов обычных цилиндров.

Действие и эффект

Далее со ссылкой на фиг. 9A-11 будет объяснено действие и эффект в двигателе 1 внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления. Фиг. 9A и 9B представляют собой виды в разрезе, схематически показывающие состояние сгорания топливовоздушной смеси в камерах сгорания 15, цилиндров со стороны трансмиссии. Кроме того, фиг. 10 — вид, показывающий взаимосвязь между состоянием распространения пламени и площадью внешней периферийной поверхности пламени.Кроме того, фиг. 11 — вид, показывающий тенденции скорости тепловыделения в зависимости от угла поворота коленчатого вала. На фиг. 10 и 11 сплошные линии показывают взаимосвязи и тенденции в цилиндрах со стороны трансмиссии, а пунктирные линии показывают взаимосвязи и тенденции в обычных цилиндрах.

РИС. 9A показано состояние в камерах сгорания , 15, сразу после воспламенения топливовоздушной смеси свечами 16 зажигания. Как показано на фиг. 9A, сразу после воспламенения топливовоздушной смеси пламя F, создаваемое воспламенением, распространяется концентрически.В частности, на цилиндрах со стороны трансмиссии центральные канавки 92 поршней 14 являются глубокими, а высота камер сгорания 15 на виртуальной цилиндрической поверхности VC велика, и, следовательно, лист FS пламени F (распространение внешней периферийной поверхности пламени) может задерживаться от контакта с поверхностями стенок поршней , 14, . По этой причине, как показано на фиг. 10, в области отношения радиуса пламени к размеру канала ствола, равного 0.2–0,5, площадь пламенного листа FS больше на цилиндрах со стороны трансмиссии по сравнению с обычными цилиндрами. В результате, как показано на фиг. 11, максимальная скорость увеличения скорости тепловыделения (dQ / dθ) в области угла поворота кривошипа от 0 до 5 градусов или около того, где скорость тепловыделения увеличивается, в цилиндрах со стороны трансмиссии выше, чем в обычных цилиндрах. .

РИС. 9В показано состояние в камерах сгорания 15, после того, как сгорание топливовоздушной смеси в камерах сгорания 15 прогрессирует в определенной степени.Нижняя поверхность пламени контактирует с верхними поверхностями поршней 14 (верхние поверхности центральных канавок 92 ), и поэтому лист пламени FS, как показано стрелкой на рисунке, продвигается в радиальных направлениях. камер сгорания 15 . В этом отношении, как объяснено выше, на цилиндрах стороны трансмиссии высота камер 15, сгорания низкая в области за пределами виртуальной цилиндрической поверхности VC. По этой причине, как будет понятно из фиг.9B, если сгорание топливовоздушной смеси происходит в определенной степени, по сравнению с обычными цилиндрами, цилиндры со стороны трансмиссии имеют меньшую площадь пламенной пластины FS. Это будет понятно из того факта, что на фиг. 10, в области, где отношение радиуса пламени к размеру канала равно или больше 0,6, по сравнению с обычными цилиндрами, цилиндры на передающей стороне меньше по площади пламегасителя FS.

В частности, пламегаситель FS в то время, когда скорость тепловыделения достигает пика, обычно достигает наружной стороны от виртуальной цилиндрической поверхности VC.Следовательно, в цилиндрах передающей стороны примерно в то время, когда интенсивность тепловыделения достигает пика, камеры сгорания 15, имеют низкую высоту и, соответственно, площадь пламегасителя FS мала. В результате, как показано на фиг. 11, вблизи области максимума тепловыделения на цилиндрах со стороны трансмиссии показатели тепловыделения не сильно возрастают, и в результате максимальное значение показателей тепловыделения на цилиндрах со стороны трансмиссии ниже максимального значения. значение мощности тепловыделения в обычных цилиндрах.

Как объяснено выше, вибрационная сила, сопровождающая горение, больше, чем больше максимальное значение скорости тепловыделения. В настоящем варианте осуществления можно снизить максимальное значение скорости тепловыделения в цилиндрах стороны трансмиссии, и, следовательно, можно уменьшить силу вибрации, сопровождающую сгорание в цилиндрах стороны трансмиссии, и, как результат, возможно уменьшить вибрацию шум.

Кроме того, как будет понятно из фиг.11, на цилиндрах стороны трансмиссии максимальное значение скоростей тепловыделения ниже по сравнению с обычными цилиндрами, но периоды времени, в течение которых скорости тепловыделения велики, аналогичны между цилиндрами стороны трансмиссии и обычными цилиндрами. По этой причине периоды времени, в течение которых скорость тепловыделения велика, не смещаются в целом в сторону запаздывания, в отличие от времени задержки зажигания, и, соответственно, тепловая эффективность не сильно меняется между цилиндрами стороны трансмиссии и обычными цилиндрами.Следовательно, в настоящем варианте осуществления предотвращается ухудшение топливной эффективности, как при замедлении моментов зажигания. Благодаря вышеизложенному, согласно настоящему варианту осуществления, можно предотвратить ухудшение топливной эффективности и уменьшить вибрационный шум, генерируемый во время работы двигателя внутреннего сгорания.

Модификации

В приведенном выше варианте камеры сгорания 15 двух цилиндров 13 цилиндра № 5 13 5 и №6 цилиндр 13 # 6 имеют ту же форму с относительно высокой центральной высотой и относительно низкой периферийной высотой, в то время как камеры сгорания 15 других цилиндров имеют те же формы с относительно низкой центральной высотой и с относительно высокими периферийными высотами.

Однако только камера сгорания 15 цилиндра № 6 13 # 6 , как цилиндр на стороне трансмиссии, может быть сформирована с относительно высокой центральной высотой и относительно низкой периферийной высотой, и камеры 15, других цилиндров, как и обычные цилиндры, могут иметь такую ​​же форму с относительно низкой центральной высотой и относительно высокой периферийной высотой.В качестве альтернативы могут быть выполнены камеры сгорания 15 трех цилиндров 13 цилиндра № 4 13 4 до цилиндра № 6 13 6 , как цилиндры со стороны трансмиссии. имеют одинаковые формы с относительно высокой центральной высотой и относительно низкой периферийной высотой, а камеры сгорания 15, других цилиндров могут иметь те же формы с относительно низкой центральной высотой и относительно высокой периферийной высотой.

Кроме того, в вышеприведенном варианте осуществления двигатель внутреннего сгорания 1 является шестицилиндровым V-образным двигателем, но, как объяснено выше, двигатель внутреннего сгорания 1 также может быть рядным или горизонтально расположенным двигателем внутреннего сгорания. , или может быть двигателем внутреннего сгорания с числом цилиндров, отличным от шести, например, с тремя, четырьмя, восемью и десятью цилиндрами. Например, в рядном четырехцилиндровом двигателе внутреннего сгорания камера сгорания 15 модели No.4 цилиндр 13 # 4 , который расположен в наибольшей степени на стороне трансмиссии, как цилиндр на стороне трансмиссии, имеет относительно высокую центральную высоту и относительно низкую периферийную высоту, в то время как камеры сгорания 15 других цилиндров , как и обычные цилиндры, имеют ту же форму с относительно низкой центральной высотой и относительно большой периферийной высотой. В качестве альтернативы камеры сгорания 15 со стороны трансмиссии № 3 цилиндра 13 3 и №4 цилиндр № 4 , как и цилиндры на стороне трансмиссии, могут иметь такую ​​же форму с относительно высокой центральной высотой и относительно низкой периферийной высотой, в то время как камеры сгорания 15 других цилиндров, как и обычные цилиндры, могут быть сформированы так, чтобы такой же формы с относительно низкой центральной высотой и относительно высокой периферийной высотой.

В любом случае двигатель внутреннего сгорания 1 может быть сформирован любым способом при условии, что камера сгорания 15, цилиндра со стороны трансмиссии, расположенная наиболее близко к стороне трансмиссии во множестве цилиндров, образована с относительно высокой центральная высота и относительно небольшая периферийная высота, и до тех пор, пока камеры сгорания , 15, обычных цилиндров, включая цилиндр, расположенный дальше всего от трансмиссионной стороны во множестве цилиндров, имеют относительно низкие центральные высоты и относительно высокие периферийные высоты.

Кроме того, в вышеприведенном варианте осуществления центральная и периферийная высоты изменяются в два этапа (две ступени цилиндра № 1 13 1 до цилиндра № 4 13 4 и № 5 цилиндр 13 # 5 до 6 цилиндра 13 # 6 ). Однако высота центра и высота периферии также могут быть сформированы с возможностью изменения в несколько этапов. Например, камеры сгорания 15 третьего цилиндра 13 # 3 и No.4 цилиндра 13 # 4 могут иметь меньшую центральную высоту и большую периферийную высоту по сравнению с камерами сгорания 15 цилиндра № 5 13 5 и цилиндра № 6 13 6 и камеры сгорания 15 цилиндра № 1 13 1 и цилиндра № 2 13 2 могут быть выполнены с меньшей высотой центра и выше по периферийной высоте по сравнению с камерами сгорания 15 третьего цилиндра 13 # 3 и No.4 цилиндра 13 # 4 .

В качестве альтернативы, центральные высоты и периферийные высоты также могут быть выполнены так, чтобы отличаться друг от друга в камерах сгорания 15, всех цилиндров 13 . В этом случае камеры сгорания 15 сформированы таким образом, что центральная высота камеры сгорания 15 у цилиндра со стороны трансмиссии двух смежных цилиндров больше, чем центральная высота камеры сгорания 15 цилиндра . 13 на стороне, противоположной стороне трансмиссии, и так, чтобы периферийная высота камеры сгорания 15 у цилиндра на стороне трансмиссии двух смежных цилиндров была меньше периферийной высоты камеры сгорания 15 цилиндра 13 на стороне, противоположной стороне трансмиссии.

В любом случае камеры сгорания 15 могут быть сформированы любым способом при условии, что центральная высота камеры сгорания 15 у цилиндра со стороны трансмиссии двух соседних цилиндров равна или больше центральной высоты камера сгорания 15 цилиндра 13 на стороне, противоположной стороне трансмиссии, и так, чтобы периферийная высота камеры сгорания 15 на стороне цилиндра трансмиссии двух смежных цилиндров была равна или меньше периферийная высота камеры сгорания 15 цилиндра 13 на стороне, противоположной от трансмиссионной стороны.

Кроме того, в вышеупомянутом варианте осуществления головка 12 блока цилиндров сформирована так, что детали, расположенные так, чтобы закрывать цилиндры 13 , имели по существу одинаковые формы среди цилиндров 13 . Однако, если камеры сгорания 15 цилиндров со стороны трансмиссии, расположенные наиболее близко к трансмиссионной стороне среди множества цилиндров, сформированы с относительно высокой центральной высотой и относительно низкой периферийной высотой, и камеры сгорания 15 обычных цилиндров, включая цилиндры, расположенные на наибольшем расстоянии от трансмиссии во множестве цилиндров, имеют относительно низкую центральную высоту и относительно высокую периферийную высоту, головка 12, цилиндров может быть сформирована так, чтобы иметь различную форму для цилиндров 13 .

Кроме того, в вышеприведенном варианте осуществления трансмиссия 80, расположена рядом с корпусом двигателя 10 двигателя внутреннего сгорания 1 . Однако вместо трансмиссии , 80, , компонент силовой передачи, отличный от трансмиссии 80, , образующий часть силовой передачи транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания 1 , также может быть расположен рядом с корпусом двигателя . 10 . В этом случае компонент силовой передачи предпочтительно помещается в корпус, подобный картеру трансмиссии.Кроме того, такой компонент силовой передачи включает в себя, например, двигатель, генератор, двигатель-генератор, механизм разделения мощности гибридного транспортного средства, редуктор скорости и т. Д. Если суммировать их, можно сказать, что двигатель внутреннего сгорания 1 двигатель внутреннего сгорания, в котором компоненты силовой передачи, отличные от двигателя внутреннего сгорания 1 , расположены рядом с ним.

Поршни двигателя внутреннего сгорания — x-engineer.org

Поршень является составной частью двигателя внутреннего сгорания.Основная функция поршня — преобразовывать давление, создаваемое горящей топливовоздушной смесью, в силу, действующую на коленчатый вал. Легковые автомобили имеют поршни из алюминиевого сплава, в то время как грузовые автомобили также могут иметь поршни из стали и чугуна.

Поршень является частью коленчатого вала (также называемого кривошипно-шатунным механизмом ), который состоит из следующих компонентов:

  • поршень
  • поршневые кольца
  • шатун
  • коленчатый вал

Изображение: Привод коленчатого вала двигателя (кривошипно-шатунный механизм) Предоставлено: Rheinmetall

Поршень также выполняет второстепенные функции двигателя :

  • способствует отводу тепла , образующемуся при сгорании
  • обеспечивает герметичность камеры сгорания , предотвращает утечки газа из него и проникновение масла в камеру сгорания
  • направляет движение шатуна
  • обеспечивает к непрерывную смену газов в камере сгорания
  • создает переменного объема в камере сгорания

Изображение: поршни Kolbenschmidt
Кредит: Kolbenschmidt

Форма поршня в основном зависит от типа двигателя внутреннего сгорания.Поршни бензиновых двигателей обычно легче и короче по сравнению с поршнями дизельных двигателей. Геометрия поршня имеет множество тонкостей из-за сложности его рабочей среды, но основными частями поршня являются:

  • поршень головка , также называемая верхняя часть или корона : это верхняя часть поршня. который вступает в контакт с давлением газа в камере сгорания
  • кольцевой ремень : верхняя средняя часть поршня, когда поршневые кольца расположены
  • выступ штифта : нижняя средняя часть поршня который содержит поршневой палец
  • юбка поршня : область под кольцевым ремнем

Изображение: оси поршневого пальца и юбки

Изображение: Основные детали поршня
Кредит: [3]

где:

  1. верх поршня
  2. верхняя фаска
  3. кольцевой ремень
  4. распорки
  5. стопорный зажим штифта
  6. выступ штифта
  7. pis штифт
  8. поршневые кольца
  9. юбка поршня

Поршень соединен с шатуном через поршневой палец (7).Штифт позволяет поршню вращаться вокруг оси штифта. Штифт удерживается в поршне с помощью фиксатора пальца (5).

За головкой поршня подходит кольцевой ремень (также называемый кольцевой зоной) (3). Большинство поршней имеют три кольцевых канавки, в которые устанавливаются поршневые кольца. Верхнее кольцо называется компрессионным кольцом , среднее на нем — это скребковое кольцо , а нижнее кольцо — маслоуправляющее кольцо . Компрессионное кольцо должно герметизировать камеру сгорания, чтобы предотвратить утечку внутренних газов в блок двигателя.Маслоуправляющее кольцо соскабливает масло со стенок цилиндра, когда поршень находится на рабочем или выпускном такте. Среднее кольцо выполняет комбинированную функцию обеспечения сжатия в цилиндре и удаления излишков масла со стенок цилиндра.

Юбка поршня (8) удерживает поршень в равновесии внутри цилиндра. Обычно он покрывается материалом с низким коэффициентом трения, чтобы уменьшить потери на трение. В отверстии или бобышке (6) поршня находится поршневой палец (7), который соединяет поршень с шатуном.

Геометрические характеристики поршня

Поршни должны правильно работать в широком диапазоне температур, от -30 ° C до 300-400 ° C. В то же время он должен быть достаточно легким, чтобы иметь низкую инерцию и обеспечивать высокие обороты двигателя. Ниже представлена ​​пара геометрических характеристик поршня.

Овальность поршня

Из-за процесса сгорания температура внутри цилиндров двигателя достигает сотен градусов Цельсия.Поршень является одним из основных компонентов, который поглощает часть выделяемого тепла и отводит его в моторное масло. Поскольку ось поршневого пальца содержит больше материала, чем ось юбки, тепловое расширение вдоль оси пальца немного выше, чем тепловое расширение вдоль оси юбки. По этой причине поршень имеет овальную форму, диаметр по оси пальца на 0,3-0,8% меньше диаметра по оси юбки [6].

Изображение: Овальность поршня

Коническая форма поршня

Форма поршня не идеальна для цилиндра.При низкой температуре зазор между поршнем и цилиндром двигателя больше по сравнению с высокими температурами. Кроме того, зазор не является постоянным по длине поршня, он меньше вокруг верхней части поршня по сравнению с областью юбки поршня. Это необходимо для большего теплового расширения головки поршня, поскольку она содержит больший объем металла.

Изображение: Зазор поршня (коническая форма)

Изображение: Тепловое расширение поршня (если цилиндрическая форма)

Смещение поршневого пальца

Движение поршня внутри цилиндра свободы, 1 первичный и 2 вторичных:

  • по вертикальной оси цилиндра, между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ) (основная, ось Y)
  • вокруг Ось пальца (вторичная, α — угол)
  • вдоль оси юбки (вторичная, ось x)

Первичное движение создает крутящий момент на коленчатом валу, это желательно с механической точки зрения.Вторичные движения происходят из-за комбинации нескольких факторов: двунаправленного движения шатуна и зазора между поршнем и цилиндром. Оба вторичных движения вызывают трение о стенки цилиндра, а также шум, вибрацию (удар поршня).

Изображение: Осевое усилие поршня и смещение пальца

Когда коленчатый вал вращается по часовой стрелке, левая сторона цилиндра называется осевой стороной (TS) , а противоположная сторона известна как противодействующая осевая сторона (ATS). .Удары поршня могут происходить с обеих сторон цилиндра. Удар поршня возбуждает блок двигателя и проявляется в виде поверхностных вибраций, которые в конечном итоге излучаются в виде шума вблизи двигателя [9]. Еще одно неудобство заключается в том, что при движении поршня через ВМТ и ВТК на коленчатый вал создается повышенная нагрузка, поскольку поршень совмещен с центром вращения коленчатого вала.

Смещение поршневого пальца — это несоосность между центром отверстия поршневого пальца и центром коленчатого вала.За счет этого в конструкции улучшаются шумовые характеристики двигателя из-за ударов поршня в ВМТ. Это основная проблема NVH (шумовая вибрация и резкость) для инженеров-технологов, которые хотят устранить тревожные шумы везде, где они могут. Вторая причина — повышение мощности двигателя за счет уменьшения внутреннего трения в TS и ATS.

Смещение пальца снижает механическое напряжение, возникающее в соединительной штанге, когда она достигает ВМТ или НМТ, потому что шатун не должен толкать поршень в противоположном направлении в конце хода.Это смещение заставляет стержень перемещаться по дуге в ВМТ и НМТ.

Механические нагрузки на поршень

Поршень является составной частью двигателя внутреннего сгорания (ДВС) , который должен выдерживать наибольшие механические и термические нагрузки. Из-за поршня мощность ДВС ограничена. В случае очень высокой термической или механической нагрузки поршень выходит из строя в первую очередь (по сравнению с блоком цилиндров, клапанами, головкой блока цилиндров). Это связано с тем, что поршень должен быть компромиссом между массой и устойчивостью к механическим и термическим нагрузкам.

Циклическое нагружение поршня из-за [6]:

  • сила газа от давления в цилиндре
  • сила инерции от колебательного движения поршня и
  • поперечная сила от опоры силы газа наклонным шатуном, а сила инерции колеблющегося шатуна
  • ,
,

определяет механическую нагрузку .

Вертикальные силы, действующие на поршень, состоят из: сил давления, , создаваемых расширяющимися газами, и сил инерции, , создаваемых собственной массой поршня [10].

\ [F_ {p} = F_ {gas} + F_ {ineria} \]

Силы инерции намного меньше сил давления и имеют наибольшую интенсивность, когда поршень меняет направление, в ВМТ и НМТ.

Изображение: Напряжение поршня по Мизесу и механическая деформация
Кредит: [7]

Изображение: Вертикальные силы поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала
Кредиты: [7]

Силы поршня, указанные выше рассчитываются с использованием передовых методов анализа методом конечных элементов для алюминиевого поршня, используемого в легковых автомобилях с дизельным двигателем [7].

Процесс сгорания имеет разные характеристики для дизельного и бензинового ДВС. В дизельном двигателе пиковое давление газа при сгорании может достигать 150 — 160 бар. В бензиновом двигателе максимальное давление ниже 100 бар. Из-за более высокого давления поршни дизельного двигателя должны выдерживать более высокие механические нагрузки.

Чтобы работать без сбоев в таких суровых условиях, поршни дизельных двигателей конструируются более тяжелыми, прочными и имеют большую массу.Недостатком является более высокая инерция, более высокие динамические силы, поэтому максимальная частота вращения двигателя ниже. Одна из причин, по которой дизельные двигатели имеют более низкую максимальную скорость (около 4500 об / мин) по сравнению с бензиновыми двигателями (около 6500 об / мин), — это более тяжелые механические компоненты (поршни, шатуны, коленчатый вал и т. Д.).

Термические нагрузки на поршень

Головка поршня находится в прямом контакте с горящими газами внутри камеры сгорания, поэтому подвергается высоким термическим и механическим нагрузкам .В зависимости от типа двигателя (дизельный или бензиновый) и типа впрыска топлива (прямой или непрямой) головка поршня может быть плоской или содержать чашу .

Тепловая нагрузка от температуры газа в процессе сгорания также является циклической нагрузкой на поршень. Он действует в основном во время такта расширения на поршне со стороны камеры сгорания. В других тактах, в зависимости от принципа работы, тепловая нагрузка на поршень снижается, прерывается или даже оказывает охлаждающий эффект во время газообмена.Как правило, передача тепла от горячих дымовых газов к поршню происходит в основном за счет конвекции, и лишь небольшая часть является результатом излучения.

Изображение: Рабочие температуры поршня
Кредиты: [3]

Тепло, выделяемое при сгорании, частично поглощается поршнем. Большая часть тепла передается через площадь кольца поршня (около 70%). Юбка поршня отводит 25% тепла, а остальное передается на поршневой палец, шатун и масло.Более высокая частота вращения двигателя означает более высокую температуру поршня . Это происходит потому, что накопленное тепло не успевает рассеяться между двумя последовательными циклами сгорания. В то же время более высокая нагрузка на двигатель означает более высокую температуру поршня, потому что при этом сгорает больше воздушно-топливной смеси, которая выделяет больше тепла.

Изображение: Распределение температуры в поршне бензинового двигателя
Кредит: [6]

Изображение: Распределение температуры в поршне дизельного двигателя с каналом охлаждения
Кредит: [6]

Изображение: Тепловая нагрузка поршня
Кредит: [7]

Что касается хода расширения, продолжительность действия тепловой нагрузки от сгорания очень мала.Следовательно, только очень небольшая часть составляющей массы поршня, вблизи поверхности на стороне сгорания, следует за циклическими колебаниями температуры. Таким образом, почти вся масса поршня достигает квазистатической температуры, которая, однако, может иметь значительные локальные изменения.

Охлаждение поршня

По мере увеличения удельной мощности в современных двигателях внутреннего сгорания поршни подвергаются возрастающим тепловым нагрузкам. Поэтому эффективное охлаждение поршня требуется чаще, чтобы обеспечить безопасность эксплуатации.

Изображение: 2009 Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) Головка поршня и масляная форсунка
Кредит: GM

Температуру поршня можно снизить с помощью циркуляции масла в средней части поршня. Это может быть достигнуто с помощью маслоструйных устройств, установленных на блоке цилиндров, которые впрыскивают моторное масло через отверстие, когда поршень находится близко к нижней мертвой точке (НМТ).

Компания Tenneco Powertrain разработала новый стальной поршень для дизельных двигателей, который она спроектировала с «герметичной на весь срок службы» охлаждающей камерой в головке, что позволяет поршням безопасно работать при температурах головки более чем на 100 ° C выше действующих ограничений.

Изображение: технология охлаждения поршня EnviroKool
Кредит: Tenneco

Для формирования коронки EnviroKool внутри поршня с помощью сварки трением создается встроенный охлаждающий канал, который затем заполняется высокотемпературным маслом и инертным газом. Эта камера постоянно закрыта приварной заглушкой. Согласно Tenneco Powertrain, технология EnviroKool позволяет преодолеть температурные ограничения обычных открытых галерей, в которых в качестве теплоносителя используется смазочное масло.

Типы поршней

Геометрия поршня ограничена из-за кубатуры ДВС. Поэтому основной способ повышения механического и термического сопротивления поршня — увеличение его массы. Это не рекомендуется, потому что поршень с большой массой имеет большую инерцию, которая преобразуется в высокие динамические силы, особенно при высоких оборотах двигателя. Сопротивление поршня можно улучшить за счет оптимизации геометрии, но всегда будет компромисс между массой, механическим и термическим сопротивлением.

На первый взгляд поршень кажется простым компонентом, но его геометрия довольно сложна:

Изображение: Техническое описание дизельного поршня
Кредит: Kolbenschmidt

Изображение: Техническое описание бензинового поршня
Кредит: Kolbenschmidt

Условные обозначения:

  1. Диаметр чаши
  2. днище поршня
  3. камера сгорания (чаша)
  4. кромка днища поршня
  5. верхняя поверхность поршня
  6. канавка под компрессионное кольцо
  7. посадочная площадка кольца
  8. основание канавки
  9. углубление под кольцо
  10. стороны канавки
  11. канавка маслосъемного кольца
  12. отверстие возврата масла
  13. выступ поршневого пальца
  14. расстояние до канавки
  15. канавка для стопорного кольца
  16. расстояние до ступицы поршня
  17. расстояние до ступицы поршня
  18. ступенчатая кромка
  19. Диаметр поршня 90 ° C относительно отверстия под поршневой палец 90 040
  20. отверстие поршневого пальца
  21. глубина чаши
  22. юбка
  23. зона кольца
  24. высота сжатия поршня
  25. длина поршня
  26. канал маслоохладителя
  27. держатель кольца
  28. втулка болта
  29. окно измерения диаметра
  30. выпуклость короны

Как видите, между дизельными и бензиновыми поршнями есть существенные различия.

Поршни дизельного двигателя должны выдерживать более высокие давления и температуры, поэтому они больше, крупнее и тяжелее. Они могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов, стали или их комбинации. Поршень дизеля содержит часть камеры сгорания в головке поршня. Из-за формы поперечного сечения головки поршня поршень дизельного двигателя также называют поршнем с головкой омега.

Поршни бензиновых двигателей легче, предназначены для более высоких оборотов двигателя.Они изготавливаются из алюминиевых сплавов и обычно имеют плоскую головку. Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (DI) имеют специальные головки, позволяющие направлять поток топлива качающимся движением.

Ниже вы можете увидеть несколько изображений дизельных и бензиновых (бензиновых) двигателей в высоком разрешении.

Изображение: LS9 6.2L V-8 SC поршень (алюминий, бензин / бензиновый двигатель с непрямым впрыском)
Кредит: GM

Изображение: Ecotec 2.0L I-4 VVT DI Turbo (LNF) поршень (алюминиевый, бензиновый / бензиновый двигатель с прямым впрыском)
Кредит: GM

Изображение: Поршень дизельного двигателя автомобиля с кольцами (алюминий, дизель)
Кредит: Kolbenschmidt

Изображение: Поршень из моностали (сталь, дизель) )
Кредит: Tenneco

Материалы поршней

Большинство поршней для автомобильной промышленности изготавливаются из алюминиевых сплавов .Это потому, что алюминий легкий, обладает достаточной механической прочностью и хорошей теплопроводностью. Существуют приложения для тяжелых условий эксплуатации, коммерческие автомобили, в которых используются поршни из стали , которые более устойчивы к более высоким давлениям и температурам в камере сгорания.

Алюминиевые поршни изготавливаются из литых или кованых жаропрочных алюминиево-кремниевых сплавов. Есть три основных типа алюминиевых поршневых сплавов. Стандартный поршневой сплав представляет собой эвтектический сплав Al-12% Si, содержащий дополнительно ок.По 1% каждого из Cu, Ni и Mg [3].

Основными алюминиевыми сплавами для поршней являются [3]:

  • эвтектический сплав (AlSi12CuMgNi): литой или кованый
  • заэвтектический сплав (AlSi18CuMgNi): литой или кованый
  • специальный эвтектический сплав (AlSi12Cu4Ni4 только
  • , потому что только

    0 cast2Mg) алюминиевый сплав имеет более низкую прочность, чем чугун, поэтому необходимо использовать более толстые секции, поэтому не все преимущества легкого веса этого материала реализуются. Кроме того, из-за более высокого коэффициента теплового расширения алюминиевые поршни должны иметь больший рабочий зазор.С другой стороны, теплопроводность алюминия примерно в три раза выше, чем у железа. Это, вместе с большей толщиной используемых секций, позволяет алюминиевым поршням работать при температурах примерно на 200 ° C ниже, чем чугунные [8].

    В некоторых случаях прочность и износостойкость поршней из алюминиевого сплава недостаточны для удовлетворения требований по нагрузке, поэтому используются черные материалы (например, чугун, сталь). Существует несколько методов использования черных металлов в производстве поршней:

    • в качестве местного армирования, вставки из черного металла (e.g., держатели колец)
    • в виде удлиненных частей композитных поршней (например, днища поршня, болтов)
    • поршни, полностью изготовленные из чугуна или кованой стали

    Изображение: композитный поршень для тяжелого двигателя — поперечное сечение
    Кредит: [8]

    Изображение: Поршень композитной конструкции для судовых дизельных двигателей
    Кредит: Warstila

    В поршнях и поршнях используются два типа черных металлов компоненты [6]:

    • чугун :
      • аустенитный чугун для держателей колец
      • чугун с шаровидным графитом для поршней и юбок поршней
    • сталь
      • хромомолибденовый сплав (42CrMo4)
      • Хром-молибден-никелевый сплав (34CrNiMo6)
      • Молибден-ванадиевый сплав (38MnVS6)

    Чугун обычно имеют содержание углерода> 2%.Поршни высоконагруженных дизельных двигателей и другие высоконагруженные компоненты двигателей и конструкции машин преимущественно изготавливаются из сферолитического чугуна M-S70. Этот материал используется, например, для изготовления цельных поршней и юбок поршней в композитных поршнях [6].

    Сплавы железа, обозначенные как стали, обычно имеют содержание углерода менее 2%. При нагревании они полностью превращаются в ковкий (пригодный для ковки) аустенит. Поэтому сплавы железа отлично подходят для горячей штамповки, такой как прокатка или ковка.

    Поршневые технологии

    Существует несколько передовых поршневых технологий, каждая из которых имеет целью увеличить механическое и / или термическое сопротивление, снизить коэффициент трения или общую массу (сохраняя в то же время механические и термические свойства).

    Ниже вы можете найти примеры современных поршней, производимых на заводе Kolbenschmidt , каждый с уникальными технологиями.

    3 5 Изображение: Поршень бензинового двигателя в облегченной конструкции LiteKS® с держателем кольца
    Кредит: Kolbenschmidt

    Изображение: Поршень дизеля с охлаждающим каналом, втулкой болта и держателем кольца
    Кредит: Kolbenschmidt

    Изображение: Шарнирно-сочлененный поршень дизеля с кованой верхней стальной секцией и алюминиевой юбкой
    Кредит: Kolbenschmidt

    95

    Изображение: Литые держатели колец из чугуна многократно увеличивают долговечность первой кольцевой канавки дизельных поршней.Kolbenschmidt является лидером в разработке соединения Alfin с держателем кольца
    Кредит: Kolbenschmidt

    Изображение: Канавки под кольцо с твердым анодированием предотвращают износ и микросварку поршней для бензиновых двигателей
    Кредит: Kolbenschmidt

  • 3 Изображение 915 Поршни KS Kolbenschmidt имеют специальное покрытие LofriKS®, NanofriKS® или графит на юбке поршня. Они уменьшают трение внутри двигателя и обеспечивают хорошие характеристики при аварийной работе. Покрытия LofriKS® также используются по акустическим причинам.Их использование сводит к минимуму шумы от хлопка поршня. NanofriKS® является дальнейшим развитием испытанного и испытанного покрытия LofriKS® и дополнительно содержит наночастицы оксида титана для повышения износостойкости и долговечности покрытия.
    Кредит: Kolbenschmidt

  • Изображение: Юбки поршней с железным покрытием (Ferrocoat ®) гарантируют надежную работу при использовании в алюминиевых силиконовых поверхностях цилиндров (Alusil®). долговечность поршня
    Кредит: Kolbenschmidt

    Ниже вы можете найти примеры современных поршней, производимых компанией Tenneco Powertrain (ранее Federal Mogul) , каждый из которых основан на уникальных технологиях.

    Изображение: Поршень Elastothermic® (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких транспортных средств)

    Характеристики:
    — поршень с охлаждающим каналом улучшает мощность и расход топлива уменьшенных бензиновых двигателей
    — галерея эластотермического охлаждения снижает температуру днища поршня на около 30 ° C.
    — снижение температуры первой кольцевой канавки примерно на 50 ° C, что приводит к уменьшению отложений нагара и износа канавок и колец для увеличения срока службы; низкого расхода масла и продувки.
    — снижение риска неконтролируемого возгорания, например, при низкой скорости предварительного нагрева. зажигание

    Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

    Изображение: Алюминиевые дизельные поршни

    Характеристики:
    — оптимизированное расположение каналов для максимального охлаждения может привести к снижению температуры обода барабана до 10%
    — усовершенствованная боковая заливка методы значительно улучшают конструктивную устойчивость (даже при тонкостенных конструкциях)
    — реструктуризация обода камеры сгорания и дно стакана могут увеличить усталостный ресурс до 100%.

    Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

    Изображение: Поршни для дизельных двигателей из моностали (стальные поршни для дизельных автомобилей большой грузоподъемности или промышленного применения)

    Поршень Monosteel® обеспечивает прочность и охлаждение, чтобы удовлетворить самые жесткие требования к двигателям на рынках тяжелых и промышленных двигателей, включая новое поколение давлений срабатывания двигателя, необходимых для дорожных правил Евро VI и выше.

    Прочная конструкция, состоящая из сварных с помощью инерционной сварки кованых стальных секций, образующих большие охлаждающие галереи, позволяет поршням Monosteel выдерживать возрастающие механические нагрузки. Эволюция Monosteel включает в себя последние разработки для промышленных двигателей с большим диаметром цилиндра, а также использование тонкостенных легких поковок и отливок для дизельных двигателей легковых автомобилей.

    Основные характеристики продукта:
    — большая закрытая структурная галерея с превосходным охлаждением обода чаши и кольцевой канавки, уменьшающим деформацию канавки и улучшающим контроль масла и газового уплотнения
    — профилированное отверстие под палец без втулки
    — юбка по всей длине для устойчивого поршня динамика, снижение риска кавитации гильзы и улучшение кольцевого уплотнения.
    — процесс обеспечивает гибкость материала с возможностью выбора материала коронки для уменьшения коррозии или окисления и / или выбора материала юбки для повышения технологичности.

    Предоставлено: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

    Изображение: Поршни с покрытием EcoTough® (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких или тяжелых автомобилей)

    Поршни с покрытием EcoTough® обеспечивают важные преимущества, которые помогают удовлетворить потребности клиентов в более эффективные конструкции двигателей, в том числе сниженный расход топлива и выбросы CO 2 . Он сочетает в себе низкий износ и низкое трение в одном применении и снижает расход топлива на 0,8% по сравнению с обычными покрытиями поршней.

    Ключевые преимущества:
    — совместим с существующей и усовершенствованной отделкой отверстий цилиндров и может быть беспрепятственно введен в серийное производство двигателей в качестве эксплуатационных изменений
    — состав обеспечивает большую толщину, чем поршни с обычными покрытиями, обеспечивая дополнительную защиту
    — соответствует строгим экологическим стандартам ; не содержит токсичных растворителей
    — запатентованное усовершенствованное покрытие юбки поршня с твердыми смазочными материалами и армированием углеродными волокнами, специально разработанное для тяжелых бензиновых условий.
    — Снижение трения на 10% в блоке силового цилиндра (поршень + кольца) по сравнению сстандартные покрытия, повышение экономии топлива до 0,4% / CO 2 сокращение в европейских испытаниях ездового цикла
    — снижение износа на 40% по сравнению со стандартными бензиновыми покрытиями, повышенная надежность современных бензиновых двигателей с наддувом DI запатентованное покрытие FM

    Предоставлено: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

    Изображение: Поршень DuraBowl® (алюминиевый поршень для дизельных легких или тяжелых автомобилей)

    Усиление поршня DuraBowl® Частичное переплавление кромки чаши :
    — предельное улучшение структуры алюминиевого материала, созданное локализованным переплавлением с использованием технологии TIG.
    — до 4 раз улучшенная долговечность в двигателях с высокой удельной мощностью по сравнению с поршнями без переплавки барабана.Позволяет получить форму камеры сгорания, подвергающуюся высоким нагрузкам.
    — Процесс FM DuraBowl® расширяет пределы алюминиевых поршней в наиболее сложных условиях за счет увеличения усталостной прочности (циклов) поршня

    Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

    Изображение: Elastoval II сверхлегкие поршни (алюминиевый поршень для бензиновых / бензиновых легких транспортных средств)

    Технология бензиновых поршней Avanced Elastoval® II основана на:
    — глубоких карманах под коронкой
    — наклонных боковых панелях
    — облегченной конструкции опоры пальца
    — тонких стенках 2.5 мм
    — оптимизированная площадь юбки и гибкость
    — Высокоэффективный сплав FM S2N

    Особенности и преимущества:
    — снижение веса на 15% по сравнению с бензиновыми поршнями предыдущего поколения
    — обеспечивает удельную мощность до 100 кВт / л
    — оптимизировано характеристики шума и трения
    Совместимость с опцией держателя кольца альфина для повышения пикового давления в цилиндре и устойчивости к детонации

    Кредит: Tenneco Powertrain (Federal Mogul)

    Часто задаваемые вопросы о поршнях

    Для чего используются поршни?

    Поршни используются в двигателях внутреннего сгорания для передачи усилия на шатун и коленчатый вал, создавая крутящий момент двигателя.Поршни преобразуют давление газа из камеры сгорания в механическую силу.

    Что такое поршень и как он работает?

    Поршень — это компонент двигателя внутреннего сгорания, сделанный из алюминия или стали, используемый для преобразования давления газа из камеры сгорания в механическую силу, передаваемую на шатун и коленчатый вал.

    Из чего сделан поршень?

    Поршень может быть изготовлен из цветных металлов, алюминия (Al) или черных металлов, например, из чугуна или стали .

    Какие бывают два типа поршневых колец?

    Два типа поршневых колец: компрессионные, кольца и масляные кольца .

    Какие два основных типа поршневых двигателей?

    Двумя основными типами поршневых двигателей являются: дизельный поршневой двигатель и бензиновый двигатель поршень . Функция материала, два основных типа поршня: поршень из алюминия и поршень из стали .

    Каков срок службы поршней?

    Поршень должен служить в течение всего срока службы автомобиля, если условия эксплуатации являются номинальными (нормальная смазка, регулярное обслуживание двигателя, отсутствие чрезмерной нагрузки, отсутствие чрезмерной температуры). В нормальных условиях эксплуатации поршень должен прослужить не менее 300000 км до 500000 км и более.

    Что вызывает отверстия в поршнях?

    Обычно из-за аномально высоких температур поршни плавятся, а детонация двигателя может вызвать трещины в поршнях.Неисправные форсунки могут подавать чрезмерное количество топлива в цилиндры, что может вызвать аномально высокую температуру сгорания и частичное оплавление поршней.

    Как узнать, повреждены ли поршни?

    Если поршень поврежден, наиболее вероятными симптомами являются: потеря мощности из-за потери сжатия, чрезмерный дым в выхлопе или необычный шум двигателя.

    Можно ли починить сломанный поршень?

    Сломанный поршень не подлежит ремонту, его необходимо заменить.Поршень имеет очень жесткие геометрические допуски, которые, скорее всего, не будут соблюдены после ремонта. Кроме того, их механические и термические свойства будут изменены после ремонта, что приведет к дальнейшим повреждениям. Сломанный поршень может вызвать серьезные повреждения блока цилиндров, шатуна, клапанов и т. Д. И должен быть немедленно заменен.

    Можно ли водить машину с неисправным поршнем?

    Вы можете ездить с плохим поршнем, но это не рекомендуется. Повреждение поршня может привести к значительному выходу из строя блока цилиндров, коленчатого вала, шатунов, клапанов и т. Д.Если не заменить поврежденный поршень, это может привести к полному отказу двигателя.

    Повредит ли мой двигатель удар поршня?

    Удар поршня повредит двигатель. Оставить без присмотра. Удар поршня в течение длительного времени приведет к повреждению гильзы цилиндра и самого поршня.

    Уходит ли поршень при нагревании?

    Поршень частично уходит, когда двигатель прогрет. Удар поршня вызван чрезмерным износом гильзы цилиндра или самого поршня.Когда двигатель нагревается, поршень имеет тепловое расширение, и зазор между поршнем и цилиндром уменьшается, что приводит к уменьшению ударов поршня.

    Могу ли я ехать с хлопком поршня?

    Можно ездить с хлопком поршня, но долго водить не рекомендуется. Удар поршня вызовет износ самого поршня и гильзы цилиндра. Удар поршня также может вызвать трещины в поршне, что может привести к полному отказу двигателя, если его оставить без присмотра.

    Что вызывает износ юбки поршня?

    Износ юбки поршня вызван недостаточной смазкой гильзы цилиндра маслом.В нормальном рабочем состоянии система смазки разбрызгивает масло на цилиндры, чтобы избежать прямого контакта между юбкой поршня и цилиндром. При неисправности системы смазки или недостаточном уровне масла на стенках цилиндра будет недостаточно масла, и юбка поршня будет значительно изнашиваться.

    Ссылки

    [1] Клаус Молленхауэр, Хельмут Чоеке, Справочник по дизельным двигателям, Springer, 2010 г.
    [2] Хироши Ямагата, Наука и технология материалов в автомобильных двигателях, Woodhead Publishing in Materials, Кембридж, Англия, 2005 г. .
    [3] The Aluminium Automotive Manual, European Aluminium Association, 2011.
    [4] Heisler, Heinz, Vehicle and Engine Technology, Society of Automotive Engineers, 1999.
    [5] QinZhaoju et al., Поршневая термомеханическая муфта дизельного двигателя моделирование и многопрофильная оптимизация проектирования, Примеры в теплотехнике, Том 15, ноябрь 2019 г.
    [6] Испытания поршней и двигателей, Mahle GmbH, Штутгарт, 2012 г.
    [7] Скотт Кеннингли и Роман Моргенштерн, Тепловые и механические нагрузки в Область чаши сгорания легковых дизельных поршней из AlSiCuNiMg; Пересмотрено с акцентом на расширенный анализ методом конечных элементов и инструментальные методы тестирования двигателей, Federal Mogul Corporation, SAE Paper 2012-01-1330.
    [8] T.K. Гарретт и др., Автомобиль, 13-е издание, Баттерворт-Хайнеманн, 2001.
    [9] Н. Долатабади и др., Об идентификации событий удара поршня в двигателях внутреннего сгорания с использованием трибодинамического анализа, Механические системы и обработка сигналов, Том 58 –59, июнь 2015, страницы 308-324, Elsevier, 2014.
    [10] Клаус Молленхауэр и Гельмут Чоеке, Справочник по дизельным двигателям, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010.

    По любым вопросам, наблюдениям и запросам по этой статье , используйте форму комментария ниже.

    Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

    № 2969: Октановое число

    Сегодня обычный или премиум? Инженерный колледж Хьюстонского университета представляет серию статей о машинах, которые заставляют нашу цивилизацию работать, и людях, чья изобретательность создала их.

    Каждый раз, когда вы останавливаетесь, чтобы купить бензин для своей машины, вы сталкиваетесь с вопросом: какой сорт бензина покупать? Обычный или один из премиальных? Если вы похожи на меня, вы, вероятно, полагаетесь на обычные, потому что это дешевле.В конце концов, в наши дни газ — это значительная статья расходов. Так в чем же выгода от покупки премиум-класса?

    Для ответа нам нужно немного понять, как работают газ и двигатели. В двигателе автомобиля мощность создается путем воспламенения газа, смешанного с воздухом, для создания управляемого взрыва. Физика говорит нам, что мы можем получить более мощный взрыв, сначала сжав газ. Фактически, если мы сжимаем газ достаточно сильно, он взрывается, не зажигая его. На этом принципе построены дизельные двигатели. Двигатели газовые нет.Им нужна свеча зажигания, чтобы начать взрыв.


    Поршни двигателя внутреннего сгорания, частичный разрез (Mj-bird / Wikipedia)

    Пока все в порядке. Но вот в чем поворот. Слишком сильно выжимайте газ в двигателе автомобиля, и, как и в дизельном топливе, газ может взорваться, не зажигая его. Это не годится для двигателя, работающего на газе. Вы хотите, чтобы свеча зажигания произвела красивый плавный взрыв. При возникновении нежелательных взрывов сжатия можно услышать стук. Автомобиль плохо работает, и двигатель может быть поврежден.Как остановить эти нежелательные взрывы сжатия? Подбирая подходящий газ для конкретной машины. Число на каждой кнопке бензонасоса — 87, 89, 91 или что-то подобное — указывает на то, насколько газ подвержен этим нежелательным взрывам. Число называется октановым числом. Чем выше октановое число, тем сильнее можно сжать газ без взрыва.


    АЗС насос с пятью октановыми числами (изображение из Википедии)

    Теперь мы смогли ответить на наш первоначальный вопрос: в чем выгода от покупки газа высшего сорта? Для большинства людей ничего.Нет никакой пользы, если смотреть только на октановое число.

    Автомобильные двигатели предназначены только для сжатия газа. Роскошные и высокопроизводительные автомобили сильно сжимают газ, чтобы добиться таких вещей, как более быстрое ускорение. Однако большинство автомобилей сконструированы таким образом, чтобы сжимать газ гораздо меньше. Они прекрасно справляются с обычным газом. Премиум, обладающий повышенной устойчивостью к нежелательным взрывам сжатия, не помогает. Это решает проблему, которой нет у большинства автомобилей.


    BMW 650i кабриолет (изображение из Википедии)


    Ford Fusion сзади (изображение из Википедии)

    Конечно, октановое число — это только один показатель газа.Разные бензины содержат разные присадки, обеспечивающие чистоту и бесперебойную работу двигателей. Что на самом деле находится в газе, зависит от компании, которая его производит, и значительные исследования были направлены на создание еще более совершенных присадок. Компании гордятся своими достижениями. Но, в отличие от прошлого, весь газ содержит присадки для очистки двигателя, соответствующие стандартам EPA. Независимо от того, что вы используете, ваши двигатели получают определенный уровень защиты.

    Так какой газ покупать? Прочтите руководство по эксплуатации и убедитесь, что у вас правильное октановое число.Просто помните, что более высокое октановое число само по себе не помогает.

    Я Энди Бойд из Хьюстонского университета, где интересовался тем, как работают изобретательные умы.

    (Музыкальная тема)

    Argonne проводит крупнейшее в истории моделирование потока внутри двигателя внутреннего сгорания.

    Представьте себе более эффективные двигатели внутреннего сгорания с меньшими выбросами, созданными с помощью компьютерного моделирования. Ученые Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США недавно объединили свои усилия для проведения крупнейшего в истории моделирования потока внутри двигателя внутреннего сгорания.Новые идеи могут быть использованы автопроизводителями для разработки более экологичных двигателей.

    «Это одна из ключевых вех, и в Аргонне будет больше таких вех», — сказал Сибенду Сом, менеджер группы вычислительной мультифизики Аргоннского подразделения энергетических систем (ES) новаторского моделирования.

    Около полутора лет назад Сом и Мухсин Амин, научный сотрудник Центра транспортных исследований в ЕС, придумали идею проведения прямого численного моделирования (DNS), предназначенного для точного решения всех проблем. турбулентный поток масштабируется внутри двигателя внутреннего сгорания.Однако, прежде чем это моделирование могло быть выполнено, необходимо было моделирование меньшего размера, чтобы гарантировать, что самый большой из когда-либо пойдет по плану, сказал Амин.

    «Это одна из ключевых вех, и от Аргонны таких вех будет еще больше». — Сибенду Сом, руководитель отдела вычислительной мультифизики Аргоннской группы энергетических систем

    Поскольку моделирование может предоставить более подробное представление о турбулентном потоке, производители автомобилей полагаются на них при оценке нескольких потенциальных конструкций двигателей и определении лучших из них, но их ресурсы ограничены.

    Выполнение моделирования в таком большом масштабе требует больших и лучших ресурсов, таких как суперкомпьютер Theta в Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), пользовательском центре Министерства энергетики США.

    Это снимок небольшого подготовительного моделирования. Он показывает распределение значений скорости на двух плоскостях зажима через цилиндр. (Изображение предоставлено Аргоннской национальной лабораторией.)

    Амин и Сом сотрудничали с Саумилом Пателем, младшим научным сотрудником отдела вычислительной науки Аргонны, который помогал с предварительной и последующей обработкой, а также в разработке алгоритмов.

    Летом 2019 года с помощью Пателя Амин получила вычислительное время на Theta в рамках конкурса Leadership Computing Challenge Министерства энергетики США (Advanced Scientific Computing Research, ASCR).

    Расчеты Theta были выполнены с помощью кода моделирования теплового флюида Argonne Nek5000, который был отмечен премией Гордона Белла за выдающуюся масштабируемость на высокопроизводительных параллельных компьютерах в 1999 году.

    Современный Nek5000, масштабируемый до миллионов процессоров, был разработан в основном в Аргонне.Новая версия, NekRS, находится в стадии разработки для компьютеров на базе ускорителей и поддерживается Центром эффективной экзафлопсной дискретизации, который является частью проекта министерства энергетики по эксафлопсным вычислениям.

    С главным архитектором Nek5000 Полом Фишером консультировались на ранних этапах разработки настоящих расчетов. Фишер — старший научный сотрудник отдела математики и информатики Аргонны и профессор кафедры информатики и механики и инженерии Иллинойского университета в Урбана-Шампейн.

    После многих лет работы по адаптации Nek5000 для улучшенного моделирования сгорания, этой весной ученые выполнили DNS потока внутри двигателя внутреннего сгорания.

    «Текущее моделирование является первым в истории прямым численным моделированием потока и теплопередачи внутри двигателя внутреннего сгорания для реальной геометрии двигателя и условий эксплуатации», — сказал Амин.

    Это моделирование потребовало решения 2 миллиардов степеней свободы, которые отслеживают такие параметры, как скорость, давление и температура, на 51 328 ядрах суперкомпьютера Theta.

    «Это одно из самых подробных имитаций потока в двигателе внутреннего сгорания», — сказал Амин.

    Набор данных DNS, созданный в результате текущей работы, будет полезен производителям автомобилей по-разному. Подробная информация о распределении скорости, давления и температуры в двигателе осветит процессы в цилиндре, которые недоступны для экспериментов или моделирования с низкой точностью. Кроме того, набор данных будет служить эталоном моделирования, который разработчики двигателей могут использовать для оценки и повышения точности инженерных подмоделей.

    Это исследование может также принести пользу компаниям, производящим тяжелые двигатели.

    Этот проект финансировался Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, Управлением транспортных технологий под эгидой консорциума «Партнерство по усовершенствованным двигателям внутреннего сгорания».

    Двигатели внутреннего сгорания | IFPEN

    Двигатель внутреннего сгорания автомобиля обычно включает несколько камер сгорания . Каждый из них ограничен головкой блока цилиндров, цилиндром и поршнем.

    Архитектура двигателя также шарнирно закреплена вокруг системы коленчатого вала , что позволяет преобразовывать возвратно-поступательное движение (движение поршня) во вращательное движение (вращение коленчатого вала).


    Во время каждого цикла сжигание топливной смеси (топливовоздушной смеси) в камере приводит к увеличению давления газа, который приводит в движение поршень и систему коленчатого вала. Поскольку коленчатый вал соединен с механическими компонентами трансмиссии (коробки передач, приводные валы и т. Д.)), его движение приводит в движение колеса автомобиля.

    Коробка передач позволяет адаптировать скорость вращения колеса к скорости вращения двигателя.

    Мощность двигателя зависит, прежде всего, от количества энергии, генерируемой при сгорании, а следовательно, от количества топливной смеси, присутствующей в камере сгорания. Таким образом, он напрямую связан с объемом камеры (единичный рабочий объем), количеством камер или цилиндров в двигателе (общий объем) и количеством впрыскиваемого топлива.

    Почему «4-х тактный»?

    Термин относится к тому факту, что для преобразования химической энергии, содержащейся в топливе, в механическую энергию требуется 4 отдельных хода. . Каждый ход соответствует половине оборота коленчатого вала (одно движение поршня вверх или вниз). Такты 1 и 4 предназначены для перекачки газа (забора свежего газа и удаленных выхлопных газов), а такты 2 и 3 необходимы для подготовки к сгоранию с последующим сгоранием и его преобразованием в механическую энергию.

    Для двигателя с искровым зажиганием и непрямым впрыском используются следующие 4 такта:

    • 1 st ход : Впуск (наполнение цилиндра)
      Поршень опускается и втягивает топливовоздушную смесь.
    • 2 nd ход : Сжатие
      Поршень снова поднимается, сжимая топливовоздушную смесь. Для воспламенения смеси образуется искра.
    • 3 rd ход : Сгорание — расширение
      Этот ход соответствует развитию сгорания и расширению сгоревших газов: поршень сжимается, и химическая энергия преобразуется в механическую энергию.
    • 4 ход : Выхлоп (Отработанные газы выходят из цилиндра)
      Поршень снова поднимается и удаляет сгоревшие газы.

    Для дизельного двигателя с воспламенением от сжатия и прямым впрыском 4 такта работают одинаково, с двумя отличиями:

    • Чистый воздух всасывается и сжимается во время тактов 1 и 2 , затем топливо вводится непосредственно в цилиндр (путем впрыска) в конце сжатия.
    • Смесь воспламеняется самопроизвольно , без искры, из-за высокой температуры воздуха в результате его сжатия.

    Цетановое число / октановое число

    Цетановое число указывает на способность дизельного топлива самовоспламеняться.

    Октановое число указывает на способность бензина противостоять самовоспламенению и предотвращать неконтролируемое возгорание из-за электрической искры (ненормальное горение, детонация).

    Что такое горение?

    Теоретически для полного сгорания 1 г обычного топлива (бензина или дизельного топлива) требуется около 14,6 г воздуха. Эта идеальная смесь называется стехиометрической.

    Бензиновые двигатели с косвенным впрыском топлива в основном работают на стехиометрической смеси . После введения в двигатель гомогенной смеси воздуха и бензина сгорание (воспламенение смеси) инициируется искрой (искровое зажигание).Горение вызывает распространение фронта пламени, который проходит через камеру.

    Современные бензиновые двигатели с прямым впрыском : воздух поступает через впускное отверстие, а топливо, как в дизельном двигателе, поступает непосредственно в камеру сгорания, что позволяет более точно управлять впрыском. Вместо топливовоздушной смеси двигатель работает на так называемом стратифицированном заряде. Горение по-прежнему инициируется искрой (искровое зажигание).

    Дизельные двигатели работают с избытком воздуха .Дизель впрыскивается под давлением в предварительно сжатую воздушную массу. Возгорание инициируется самовоспламенением (воспламенение от сжатия). Сгорание называют расслоенным или неоднородным, поскольку оно происходит как в богатой топливом (расположенной рядом с соплом форсунки), так и в бедной (рядом со стенкой цилиндра) зонах.

    Топливо

    В Европе используются бензиновые или дизельные двигатели с искровым зажиганием. Бензин и дизельное топливо являются двумя основными конечными продуктами, получаемыми в результате переработки сырой нефти, и их состав меняется в зависимости от требований к двигателям и, что более важно, экологических норм, связанных с качеством воздуха и сокращением выбросов парниковых газов.

    Биотопливо можно смешивать непосредственно с бензином и дизельным топливом в различных пропорциях без необходимости адаптации двигателей, тем самым извлекая выгоду из существующих распределительных сетей. Во Франции дизельное топливо B7, продаваемое на заправке, обычно содержит до 7% (по объему) биотоплива и бензина E10 до 10%.

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*