Развитие двигателя


Перспективы развития двигателей внутреннего сгорания

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката — такого мнения придерживается достаточно большое количество и специалистов, и простых автолюбителей. И для такого утверждения у них есть все основания. По большому счету, существует только две серьезных претензии к ДВС — прожорливость и вредный выхлоп. Запасы нефти не безграничны, а автомобили являются одними из основных ее потребителей. Выхлопные газы отравляют природу и людей и, накапливаясь в атмосфере, создают парниковый эффект. Парниковый эффект приводит к изменению климата и далее к другим экологическим бедам. Но не будем отвлекаться.С обоими недостатками конструкторы и инженеры за последние десятилетия научились весьма эффективно бороться, доказав, что у ДВС есть еще неиспользованные резервы для развития и совершенствования.

Снижение расхода топлива

Существенное снижения расхода топлива было достигнуто благодаря внедрению в конструкцию ряда технических новшеств. Первым шагом стал переход от карбюраторных двигателей к впрысковым. Современные системы впрыска обеспечивают подачу топлива в цилиндры под высоким давлением, в результате чего происходит его тонкое распыление и хорошее смешивание с воздухом. В ходе такта сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания точно дозированными порциями до 5-7 раз. Использование наддува, увеличение числа клапанов, повышение степени сжатия также позволили более полно сжигать рабочую смесь. Оптимизация формы камеры сгорания, днища поршней, применение систем с регулируемыми фазами газораспределения способствовали улучшению процессов смесеобразования. В результате двигатель может работать на более бедных смесях, экономя топливо и снижая выброс вредных веществ.

Широко применяется в современных автомобилях система старт-стоп, дающая заметную экономию топлива в городском режиме движения. Эта система автоматически выключает двигатель при остановке автомобиля. Запуск производится при нажатии на педаль сцепления (в автомобилях с механической коробкой передач) или при отпускании педали тормоза (в автомобилях с автоматической коробкой).

Система рекуперации энергии торможения, впервые появившаяся на гибридных автомобилях, постепенно перекочевала и на обычные. Кинетическая энергия замедляющегося автомобиля, которая раньше растрачивалась на нагрев деталей тормозной системы, сейчас преобразуется в электрическую и используется для подзарядки аккумулятора. Расход топлива снижается до 3%.

Важным обстоятельством является то, что улучшение технических характеристик двигателей происходит при неуклонном снижении их объема. Например, фольксвагеновский мотор 1,4 TSI, признанный лучшим двигателем 2010 года, при объеме 1390 куб.см развивает мощность до 178 л.с. То есть, с каждого литра снимается 127 л.с.! Удельный расход топлива за прошедшие 20-30 лет был снижен почти в два раза. А раз снижается потребление топлива, соответственно снижается и выброс вредных веществ, да и запасы нефти можно растянуть на больший срок.

Очистка выхлопных газов

Все вышеперечисленные меры снижают вредные выбросы, так сказать косвенно, за счет улучшения технических характеристик. Но есть ряд систем, назначение которых — непосредственно уменьшать количество вредных веществ в выхлопных газах.

Прежде всего это, конечно же, каталитический нейтрализатор и система рециркуляции выхлопных газов EGR. В нейтрализаторе вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, вступают в химическую реакцию с веществами, нанесенными на его соты. В результате реакции вредные вещества разлагаются на безвредные составляющие.

Система EGR (Exhaust Gas Recirculation) имеет более «узкую» направленность. Она предназначена для снижения содержания оксидов азота в выхлопных газах на режимах прогрева и резкого ускорения, когда двигатель работает на обогащенной смеси. Принцип работы системы состоит в перенаправлении части выхлопных газов обратно в цилиндры. Это вызывает снижение температуры горения и, соответственно, концентрации оксидов азота.

При работе двигателя не все выхлопные газы попадают в выпускную систему. Часть их прорывается в картер. Для предотвращения попадания в атмосферу используется система вентиляции картера. Пары бензина так же, как и выхлопные газы, содержат вредные для человека вещества. Поэтому на автомобилях устанавливается система поглощения паров бензина.

Все вышеперечисленные системы универсальны, то есть используются как на бензиновых моторах, так и на дизельных. Однако выхлопные газы дизеля отличаются повышенной концентрацией оксидов азота и сажи. Поэтому в выпускной системе дизелей дополнительно устанавливается сажевый фильтр. В некоторых конструкциях может использоваться система SCR (Selective catalytic reduction) или, в вольном русском переводе, впрыск мочевины. Принцип работы: водный раствор мочевины впрыскивается в выхлопную систему перед катализатором. В результате химической реакции почти половина высокотоксичных оксидов азота превращается в обычный безвредный азот.

К слову говоря, успехи в совершенствовании дизельных моторов впечатляют. Не будем далеко ходить за примерами. Взгляните на таблицу: в ней представлены победители двух самых престижных мировых наград World Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года в мире) и Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года).

Год World Green Car of the Year Green Car of the Year
2006 Honda Civic Hybrid (гибрид) Mercury Mariner Hybrid (гибрид)
2007 Mercedes-Benz E320 Bluetec (дизель) Toyota Camry Hybrid (гибрид)
2008 BMW 118d with Efficient Dynamics (дизель) Chevrolet Tahoe Hybrid (гибрид)
2009 Honda FCX (топливные элементы) Volkswagen Jetta TDI Clean Diese (дизель)
2010 Volkswagen Polo BlueMotion (дизель) Audi A3 TDI Clean Diesel (дизель)
2011 Chevrolet Volt (гибрид) Chevrolet Volt (гибрид)
2012 Mercedes S250 CDI BlueEfficiency (дизель) Honda Civic Natural Gas (газ)
2013 Tesla Model S (электромобиль) Ford Fusion (бензин EcoBoost)
2014 BMW i3 (электромобиль) Honda Accord (бензин, гибрид)

Видите? В одном конкурсе четыре раза побеждали дизели, в другом – дважды.

Перспективы ДВС

Суммируя сказанное можно утверждать, что в ближайшие десятилетия мы будем сосуществовать с двигателями внутреннего сгорания. Для этого есть весомые технические и экономические причины. Отлаженность технологии производства ДВС обеспечивает их сравнительно низкую стоимость. Совершенствование рабочего процесса позволило получить высокие характеристики и снизить вредные выбросы.

Рост продаж «зеленых» автомобилей во многом стимулирован правительственной поддержкой. Как только государство свертывает программу скидок на экологичные автомобили, спрос на них стремительно падает.

Многочисленные попытки создать достойную альтернативу ДВС пока не увенчались успехом. Если же даже принципиально новый двигатель вскоре появится, то для его внедрения в серийное производство понадобятся громадные капиталовложения и длительный промежуток времени.

Что выбрать: бензин или дизель?

Этот вопрос вызывает нескончаемые споры в среде автомобилистов. В помощь им специалисты Bosch разработали наглядную схему, демонстрирующую преимущества обеих типов ДВС и условия, при которых тот или иной из них предпочтительнее.

Дизельный автомобиль потребляет до 25% меньше топлива и меньше загрязняет окружающую среду, зато бензиновый имеет меньшую стоимость, его страхование и эксплуатация обходятся дешевле. Однако если годовой пробег превышает 15000 километров, покупать дизель выгоднее.

Выбор подходящего типа двигателя зависит также от класса автомобиля. Современные бензиновые силовые агрегаты весьма эффективны в компактных автомобилях, а нынешние дизеля позволяют достигать низкого расхода топлива и дают удовольствие от вождения в больших универсалах. Бензиновые моторы обеспечивают завидную приемистость и динамику «горячим» спортивным автомобилям, а высокий крутящий момент дизелей как нельзя кстати подходит большим внедорожникам.

avtonov.info

Развитие - двигатель - внутреннее сгорание

Развитие - двигатель - внутреннее сгорание

Cтраница 1

Развитие двигателей внутреннего сгорания связано с исключительно бурным развитием тех отраслей техники, в которых эти двигатели в основном применяются - в первую очередь с автомобильной техникой и особенно с авиацией.  [1]

Развитие двигателей внутреннего сгорания характеризуется как новыми направлениями, при которых накопление и постепенное изменение количественных отношений приводит к образованию качественно новых типов двигателей, так и совершенствованием существующих их типоз.  [2]

Развитие двигателей внутреннего сгорания непосредственно связано с автомобильной техникой.  [3]

С развитием двигателей внутреннего сгорания самым важным продуктом нефтеперегонки стал бензин, и развитие нефтехимии ( например, крекинга) было направлено на максимальный выход легких фракций. Сфера же применения керосина резко сузилась вследствие развития электрического освещения.  [4]

С развитием двигателей внутреннего сгорания картина изменилась: самым важным продуктом нефтеперегонки стал бензин, и развитие нефтехимии ( например, крекинга) было нацелено на максимальный выход легких фракций. Сфера же применения керосина резко сузилась из-за развития электрического освещения.  [5]

В развитии двигателей внутреннего сгорания наблюдается та же тенденция повышения мощности и снижения их массы.  [6]

Современные тенденции развития двигателей внутреннего сгорания обусловлены ужесточением условий их работы. Существенно увеличивается как давление в узлах трения, так и температура деталей двигателя. Вследствие этого возрастает скорость окисления масла и изменяется уровень вязкости, на деталях двигателя появляются лаки и нагары. При эксплуатации машины на пониженных тепловых режимах ухудшается процесс сгорания топлива, и его продукты, попадая в картер загрязняют масло и способствуют образованию низкотемпературного шлама. Повышаются требования к вязкостно-темпера турным свойствам масел.  [7]

Последние годы развития двигателей внутреннего сгорания характеризуются неуклонным стремлением к повышению степени сжатия в моторах. Это в свою очередь приводит к необходимости использования в моторе топлив, более высокосортных в отношении детонации.  [8]

С начала развития двигателей внутреннего сгорания так называемая индикаторная диаграмма - кривая изменения давления в цилиндре поршневого двигателя на протяжении рабочего цикла - используется как одно из средств описания и анализа рабочего процесса.  [9]

Второе направление в развитии двигателя внутреннего сгорания связано с изобретением двигателя, работавшего на тяжелом топливе.  [10]

История трактора неразрывно связана с развитием двигателя внутреннего сгорания, а также гусеничного хода.  [11]

Достигнутые за последние годы успехи в развитии двигателей внутреннего сгорания и компрессоров были бы совершенно невозможны без применения электроизмерительных приборов при изучении рабочих процессов и различных напряжений в деталях агрегатов.  [12]

Двигатели эти сыграли огромную положительную роль в истории развития двигателей внутреннего сгорания и в истории моторизации сельского хозяйства и мелкой промышленности, а теперь, как требует логика развития двигателей, должны постепенно сойти со сцены и быть замененными, по крайней мере, двигателями с воспламенением от сжатия с кривошипно-камерной продувкой.  [13]

В поисках простых и надежно работающих конструкций за период развития двигателей внутреннего сгорания создано много разнообразных типов и схем механизмов газораспределения. В настоящее время применяется газораспределение следующих типов: клапанное, золотниковое и комбинированное.  [14]

Увеличение надежности и длительности работы всех указанных деталей является в настоящее время одной из главнейших проблем развития двигателей внутреннего сгорания всех типов и размеров.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Развитие автомобильных моторов

03.1428

Обновлены наличие цены на контрактные агрегаты

Обновлены наличие цены на контрактные агрегаты

06.1324

На сайте выложено уникальное видео падения метеорита в озеро Чебаркуль.

Премьерный показ уникального видео падения метеорита в озеро Чебаркуль.

04.1309

Устройство АКПП

На сайте выложены схемы внутреннего устройства АКПП Toyota

03.1309

Выложен новый прайс на двигатели автомобилей европейского производства

03.1303

Обновлен лист цен

Обновлен прайс-лист 04.03.2013

В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала во всю, двигатель рабочим объемом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмеркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестерка» объемом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана…

Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости все расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далеком прошлом. Средний объем цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трехсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 л.с./л для безнаддувного дизеля до 100 л.с./л для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.

Сегодня двигатель мощностью 100 л.с. в большинстве случаев окажется четырехцилиндровым, у 200-сильного будет четыре, пять или шесть цилиндров, у 300-сильного — восемь… Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чем болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании. Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объем.

Двух- и трехцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на 85-сильной двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четверка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятерками» — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные «шестерки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче в мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмерку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создает массу неудобств, при компоновке. Например, втиснуть поперек моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестерку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.

Как укоротить рядный мотор? Его можно «распилить» пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60° и 90°. А V-образный мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели еще и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей «боксеров» можно пересчитать по пальцам.

А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит еще одна проблема — вибрации.

О силах и моментах

Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями…

Отчего возникают вибрации? Во-первых, в некоторых схемах двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Таких схем конструкторы по возможности избегают или стараются делать массивней маховик — это помогает сгладить пульсации крутящего момента. Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они то разгоняются, то замедляются, из-за чего возникают силы инерции — сродни тем силам, что заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливают их в спинки сидений при разгоне. В-третьих, шатун в двигателе движется вовсе не вверх-вниз, а совершает сложное движение. Да и возвратно-поступательное перемещение поршня от верхней мёртвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверенной частотой вращения коленвала… Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс к этому, пары сил, приложенные на определённом расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.

Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.

Уравновешенные и не очень

Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (такой, например, стоял на отечественной «Оке»). Этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе «Оки» слева и справа от коленвала применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это еще ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата… Но мотор зато получался простым и дешевым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нем всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Автомобиль с двухцилиндровым V-образным мотором припоминается только один — отечественный НАМИ-1. А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их V-образными «двойками» во всей хромированной красе. Такой мотор можно уравновесить практически полностью с помощью противовесов на коленчатом валу, но достичь равномерного чередования вспышек невозможно. Хорошо, что байкеры особого внимания на вибрации не обращают…

Трехцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четверка», и поэтому производители трехцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В свое время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трехцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трехцилиндровая Corsa после дебюта в 1996-м была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».

В самой популярной среди двигателистов рядной «четверке» остается свободной сила инерции второго порядка. Ее можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. А для компенсации момента от балансирного вала придется ставить еще один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.

Кстати, оппозитная «четверка» уравновешена лучше, чем рядная, — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и «оппозитник» воздушного охлаждения легендарного «Жука», и знаменитые «боксеры»

У рядных «пятерок» с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил… Во время работы двигателя по блоку постоянно «пробегает» волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жестким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятерки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.

Кстати, практически все «пятерки» образованы путем прибавления еще одного цилиндра к четырехцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от «четверки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестерки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трешки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трехлитровой «шестерки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счет усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещенного расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

Добавим сюда еще одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счет утяжеленного маховика, но лишь отчасти. Вот вам и еще один источник вибраций…

Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров. Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть V-образных моторов? Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят…

Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах V4. Таких было немного — европейский Ford образца 60-х годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного «Запорожца». Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.

А что насчет V-образных «десяток»? Степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.

Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмерка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четверки», работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».

VR6, VR5, W12…

Помните, мы упоминали о V-образных моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так…

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь — пожалуйста! Все началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, «V-образно-рядный» мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на еще меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещенно-рядным». Гениальное решение — «шестерка» 2.8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.

Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Почему же таких моторов не было раньше? Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей обойтись очень сложно.

Теория и практика

При выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности. Потом, двигатели сейчас все чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощенно, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трехцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит все больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.

А вибрации… Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную «шестерку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов под нагрузкой. Так что вибрации «прорываются» из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора…

 

===============================

===============================

 

 

 

 

===============================

 

Наши посетители:

неактивные точки - прошлые визиты.

активные точки - сейчас на сайте.

=============================

 

Наши цены

 

 

 

=============================

=============================

avto74.com

Создаем новую конструкцию ДВС. Развитие двухтактного двигателя.

Создаем новую конструкцию ДВС. Развитие двухтактного двигателя. Начало

Отвлеченные рассуждения по поводу развития конструкции двигателя.По всей видимости новый двигатель удалось придумать.

   Рассмотрим обычный 4х тактный двигатель внутреннего сгорания. Конструкция обычная, широко распространенная.  Основные недостатки: сложная конструкция, большие внутренние потери, несовершенный термодинамический цикл. С целью упрощения конструкции и снижения внутренних потерь почти в два раза преобразуем его в 2х тактный. Что бы сохранить достоинства 4х тактного ДВС, не изменяем конструкцию картера, и почти пока не изменяем впускную систему, т.е. оставляя 1 или 2 впускных клапана. Какой двигатель получается в данном случае? Да необходимо добавить нужный в данном случае нагнетатель воздуха, т.е. турбокомпрессор (для улучшения продувки). Теперь мы получаем несколько усложненный 2х тактный двигатель со всеми достоинствами 4х тактного и с пониженными почти в 2 раза внутренними потерями. Осталось доработать систему топливоподачи, добавить управление впускными клапанами, вклеить в конструкцию нагнетатель и более менее приличный двигатель готов. Попробуем анализировать конструкцию подробнее.  Систему управления топливоподачей необходимо рассматривать совместно с управлением впускными клапанами. Желательно наличие, как минимум 2 впускных клапанов с различным законом открытия и возможно разного диаметра. При этом первый впускной клапан (№1) преимущественно подает сжатый воздух, расположен ближе к внешней образующей цилиндра и канал его расположен под острым углом к торцу цилиндра и почти перпендикулярен радиусу цилиндра. Поток клапана №1 образует спиральное движение вдоль стенки цилиндра. Открытие клапана №1 происходит раньше клапана №2 на регулируемую величину (К). Клапан №2 может быть меньшего диаметра, расположен ближе к оси цилиндра и управляет преимущественно потоком топливовоздушной смеси, по закону отличному от клапана №1. Подобная конструкция впускной системы может обеспечить близкое к оптимальному объемное распределение состава топливовоздушной смеси на средних и максимальных режимах. Необходимо учитывать, что впускной канал клапана №2 должен иметь высокую температуру с целью увеличения энергии активации паров топлива.  Проанализируем данную впускную систему. Она может создать оптимальное распределение качественного состава топливовоздушной смеси на момент подачи искры. Это даст некоторую экономию топлива, снизит токсичность выхлопных газов. По всей привлекательности подобной схемы, ей присущи и недостатки: сложность, небольшой ресурс клапанов и форсунок, достаточная мощность на привод этих вспомогательных систем и т.д. Но самое главное, что она не глубоко изменяет основные характеристики термодинамического цикла и также общие условия горения топливного заряда. Что имеется в виду? Топливный заряд горит следующим образом: вначале в процессе своего сжатия, и затем расширения; а заключительный этап пристеночного догорания обычно не может дойти до конца, по причине снижения температуры и резкого снижения скорости горения перед началом открытия выпускных клапанов. Дополнительно в процессе расширения происходит, не только снижение температуры заряда, но и уменьшение плотности – все это не дает возможности полностью завершиться процессам горения. Это одна из причин, что выхлопные газы имеют повышенную токсичность, и возникает необходимость в их очистке, которая достаточно дорога и не всегда эффективна. Где же выход?  А выход существует, и он достаточно простой и эффективный. Главный принцип предлагаемого процесса: горение топливного заряда должно происходить в условиях постоянного объема, т.е. в сжатом виде, в замкнутом пространстве и достаточное время. В данном случае изохорные условия создают почти идеальные условия горения заряда и накапливания внутренней энергии газа, процессы идут до конца, состав смеси может быть предельно обедненный, а степень сжатия достаточно большой, т.к. камера сгорания имеет простую сферическую (или цилиндрическую) форму и температура в ней почти равномерна. Степень сжатия допустима большая; т.к. камера сгорания имеет простую сферическую форму и температура в ней относительно равномерна и условия возникновения детонации крайне малы. После открытия канала выпуска, т.е. соединения камеры сгорания с полостью цилиндра, произойдет перемешивание с остаточными газами и окончательное формирование состава выхлопа. Возможно, в тонкостях химических процессов я оказался не точен, но суть процессов такова. Дополнительные возможности раскрывает применение в данном случае и дизельного режима воспламенения. Камера сгорания может иметь специальное керамическое покрытие, исключающее значительные потери тепла и облегчающая условия смазки. Это общие черты и еще не все достоинства данного варианта исполнения ДВС. Ниже в общих чертах описана подобная впускная система, совмещенная с камерами сгорания.  Поскольку быстродействие обычных клапанов оставляет желать лучшего, да и ресурс их не велик; а при двухтактном исполнении инерционные нагрузки увеличиваются (частота увеличивается в два раза), следовательно, попробуем подобрать другой регулятор. Поскольку максимальные обороты желательно иметь очень большие, по всей видимости, придется дорабатывать и систему топливоподачи. Форсунки на больших частотах работать не смогут, да и условия работы для них крайне неблагоприятные. Изменяем впускную систему. Очень заманчиво использовать в данном случае измененный золотниковый клапан. По всей видимости, оптимальная форма его будет близка к шару. Да, именно шар с внутренней полостью и выходными отверстиями. Шаровой клапан может совершать как круговые движения, так и более сложные. Герметичность обеспечивается качеством изготовления, динамические и ударные нагрузки отсутствуют. Шар просто вращается, отверстия периодически совмещаются, впуская и выпуская рабочие газы. Попутно возникает идея использовать внутреннюю полость, как камеру сгорания.Т.е. свободного объема при положении поршня в ВМТ, кроме внешних камер сгорания в цилиндре нет. И это открывает новые перспективы: постоянство объема, исключается детонация, оптимальные условия горения отсутствие токсичности, и самое главное возможность достижения высокого КПД и резкого снижения нагрузок на КШМ. Интересно получается, тактность двигателя получается комбинированной, т.е. давления одной дозы сгоревшей топливной смеси (на малых нагрузках) может хватать на несколько рабочих ходов поршня. Конечно, возникнут проблемы с топливоподачей, инициализацией горения и управлением шаровым клапаном, но их, наверное, можно решить при современном уровне техники. Зато, какая получится экономичность. Кстати и смазка поршня значительно улучшается. Работа двигателя отдаленно напоминает соревнование Шелл по экономичности, когда ДВС работает на дистанции всего несколько секунд, а дальше транспортное средство движется по инерции. На этих соревнования на 1 литре проходят фантастические дистанции. Идеальный, не единственный вариант использовать две подобные камеры сгорания на один цилиндр. Тогда время изохорного горения близко к полному циклу ДВС, при двухтактной работе поршня. Следует отметить, что ДВС работает равномерно, без ударов и шума; не имеет клапанов, их привода; который довольно капризен и требует либо регулировки, либо при наличии гидрокомпенсаторов обладает повышенной инерцией; и не менее важно, что практически отпадает надобность в настройке и управлении таким параметром как опережение зажигания или угол подачи топлива.. Оптимальные настройки закладываются при изготовлении и не изменяются, как в процессе эксплуатации, так и в зависимости от нагрузки и оборотов. Главная особенность конструкции: выделенные из внутри цилиндрического объема, вращающиеся камеры сгорания, играющие попутную роль золотниковых клапанов. Термодинамический цикл нового ДВС резко изменился в сторону оптимального. Максимальное давление газов всегда образуется при оптимальном угле КШМ, при этом в положении ВМТ давление мало, т.е. отсутствует холостая нагрузка, что снижает внутренние потери и динамические усилия на детали КШМ. С некоторой осторожностью можно сказать, что это действительно новое исполнение ДВС. Если я ошибаюсь, пусть меня поправят специалисты.

  Схематический рисунок нового ДВС. (Показана одна камера сгорания.)   Один из перспективных вариантов использования.  Особенно хочется отметить идеальные возможности двигателя с подобными вращающимися камерами сгорания при использовании его в виде химического реактора. В данном варианте дизель - реактора можно как уничтожать любые вредные и ядовитые вещества, так и превращать природный газ в жидкое топливо. Причем для подобного использования данный вариант двигателя подходит несравнимо лучше, чем используемые после доработки обычные дизельные агрегаты.Продолжение главы . . .   Сделаем попытку увеличить ресурс ДДВС путем изменения смазки ЦПГ. С этой целью изменим расположение и форму поршневых колец на цилиндре. Верхнее кольцо обычное компрессионное; следующие кольцо с промежуточной функцией между маслосъемным и компрессионным, т.е. стабилизирующее. Затем на поршне следует небольшой промежуток и нижнее стабилизирующее кольцо. По периметру данного промежутка и происходит дозированная подача масла через шатун и поршневой палец (один из вариантов). Необходимо еще исключить утрату масла через выхлопные окна.  Примечание. Текст ниже не относится к бесклапанному исполнению ДВС с двумя камерами сгорания.  Выпускные окна располагаются в нижней части цилиндра; их два и расположены они по обе стороны цилиндра с выпускными каналами, отводящими газы по касательной к образующей цилиндра на обе стороны блока. Два собирательных выпускных коллектора соединяются вместе через резонатор с целью уменьшения звука выхлопа. Направление выпускных каналов как бы продолжает спиральное движение поступающего потока.  Устойчивую работу на ХХ и малых нагрузках должны обеспечить следующие мероприятия: подача богатой топливной смеси (предпочтительно газовой) через клапан №2 меньшего диаметра и воздуха через клапан №1 большего диаметра; различные законы открытия и закрытия клапанов; постоянно включенный привод нагнетателя; правильным выбором места расположения свечи зажигания; максимально допустимой степенью сжатия (для газового топлива). Возможно применение конструкции ДДВС с дополнительным непосредственным впрыском небольшой запальной порции жидкого топлива. Доза непосредственного впрыска должна быть почти фиксированной для простоты конструкции и управления.  Редакция текста продолжается.

Сайт управляется системой uCoz

innovatory.narod.ru


Смотрите также