Основные механизмы и системы двигателей
Основные механизмы и системы двигателей
Механизмы двигателей
Поршневой двигатель имеет следующие механизмы, системы и базовые детали.
Кривошипно-шатунный механизм включает в себя поршневые комплекты, шатуны (в случае крупных судовых двигателей также крейцкопфный механизм), коленчатый вал и маховик. Поршень воспринимает силу давления газов, кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное коленчатого вала. На рис. 19 показаны схемы механизмов, применяемых в двигателях, на рис. 1, а — тронковый кривошипно-шатунный механизм, наиболее часто применяемый в двигателях простого действия с рядным, V-образным и более сложным расположением цилиндров.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно с поршнем и кривошипом коленчатого вала.
На рис. 1, б показан крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм, в котором поршень с целью разгружения от боковых усилий соединяется с шатуном при помощи штока и крейцкопфа. В этом случае боковое усилие в механизме воспринимается крейцкопфом, шарнирно соединенным с шатуном.
Применение крейцкопфа в двигателях дает также возможность создать в цилиндре под поршнем вторую рабочую полость, через которую проходит лишь шток. В двигателе двойного действия цилиндр закрыт снизу дополнительной крышкой с сальником с целью уплотнения проходящего через нее штока.
На рис. 1, в приведен кривошипно-шатунный механизм с двумя шатунами, соединенными с одним кривошипом. В таком механизме два шатуна выполнены одинаковыми и соединены непосредственно с кривошипом или шарнирно один (называемый прицепным) с другим (соединенным с кривошипом и называемым главным).
Рис. 1. Схемы кривошипно-шатунных механизмов: 1 — поршень; 2 — шатун; 3 — кривошип коленчатого вала; 4 — крейцкопф; 5 — шток; 6 — траверса; 7 — коромысло
На рис. 1, г показаны кривошипно-ша-тунные механизмы с промежуточными звеньями двигателей, с противоположно движущимися поршнями при наличии одного коленчатого вала. Возможны и другие схемы преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное коленчатого вала (например, схема с вращающейся косой шайбой).
На рис. 2 показаны детали тронкового кривошипно-шатунного механизма V-образного шестицилиндрового тракторного двигателя, включающего шатуны, поршни, коленчатый вал, противовесы.
Рис. 2. Кривошипно-шатунный механизм тракторного дизеля: 1 — передний конец коленчатого вала; 2 и 7 — зубчатые колеса; 3 — коренные шейки; 4 — шатуны; 5 — поршни; 6 — щеки с противовесами; 8—шатунные шейки; 9 – вкладыши; 10 — масляная полость шатунной шейки с грязеуловителем; 11 — противовес; 12 — шкив
Механизм газораспределения имеет впускные и выпускные органы (в частности, клапаны) и детали, обеспечивающие их своевременное открытие и закрытие. В состав наиболее распространенного клапанного механизма входят также распределительный вал, толкатели, штанги, рычаги, пружины. Механизм газораспределения обеспечивает строго определенную последовательность и заданную продолжительность протекания процессов впуска и выпуска в рабочем цикле двигателя.
Помимо названных двух основных механизмов, в конструкции двигателя можно выделить механизм передач, используемый для связи между собой подвижных деталей и узлов двигателя. Обычно в состав этого механизма входят шестеренчатые, ременные, цепные и гидравлические передачи. В случае комбинированного двигателя указанный механизм используется также для связи его поршневой и лопаточной частей и, в частности, для передачи мощности силовой турбины на коленчатый (выходной) вал двигателя.
Перечисленные механизмы объединены базовыми корпусными деталями, составляющими остов двигателя и включающими картер (блок-картер), цилиндры (блок цилиндров), головку (крышку) цилиндров, фундаментную раму или, при ее отсутствии, подвески коренных подшипников коленчатого вала, а также поддон.
Системы двигателей
Основными системами современных поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания являются следующие.
Впускная и выпускная системы служат для подвода свежего заряда (воздуха или горючей смеси) в цилиндры двигателя и отвода из них выпускных газов. В двигателях с наддувом указанные системы соединяют поршневую часть двигателя с агрегатами наддува.
Топливная система дизелей включает агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие подготовку и подачу топлива в соответствующем количестве в определенный период рабочего цикла в цилиндры двигателя. В двигателях с принудительным зажиганием система, предназначенная для приготовления горючей смеси определенного состава и подачи ее в цилиндры в необходимом количестве, называется системой питания. При этом своевременное воспламенение рабочей смеси в цилиндре обеспечивается системой зажигания.
Смазочная система включает агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие подготовку и надежный подвод масла ко всем трущимся, а также охлаждаемым маслом деталям на всех режимах работы двигателя.
Система охлаждения объединяет агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие отвод теплоты от теплонапряженных деталей двигателя, нагревающихся от соприкосновения с горячими газами или вследствие трения, и поддержание их рационального температурного состояния на всех режимах работы двигателя.
Система пуска включает агрегаты и отдельные детали, создающие необходимую для начала работы двигателя частоту вращения коленчатого вала во всех предусмотренных эксплуатационных условиях.
Из других систем, применяющихся на современных двигателях, следует отметить систему регулирования и автоматизации, нейтрализации выпускных газов, а также технической диагностики.
Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как стационарный двигатель для дизель-электрической станции и как энергетическая установка для судна. Технический результат заключается в возможности нейтрализации вибрации двигателя, вызванной силами инерции II порядка. Указанная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов. При этом верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных параллельно по обе стороны блока цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу. Согласно изобретению станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами — кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками. На станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза больше, чем обороты коленчатого вала. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как стационарный двигатель для дизель-электрической станции и как энергетическая установка для судна.
В качестве энергетической установки на судах в последние годы стали широко применяться дизельные двигатели внутреннего сгорания, что вызвано тем, что дизельные двигатели имеют высокий КПД и поэтому расходуют меньше топлива при перевозке груза.
Широко применяются V-образные четырехтактные дизели с наддувом, однако самыми экономичными и обладающие большим моторесурсом являются двухтактные, крейцкопфные, рядные с наддувом дизели. Информация о судовых дизелях имеется в книге Ю.Я.Фомин, А. И.Горбань и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л. Судостроение, 1988 г., стр.38., стр.128., 131., 124., таблица 4.4. Как видно из таблицы 4.4, недостатком крейцкопфного двигателя является его размер по высоте и высокий уровень вибрации, передающийся на корпус судна, что создает дискомфорт для экипажа судна.
Известен двигатель внутреннего сгорания по заявке №2003109116. Этот двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов, а верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных с возможностью вращения навстречу друг другу параллельно, установлены оба коленчатых вала на уровне поршня, находящегося в нижней мертвой точке по обе стороны блока цилиндров, станина двигателя выполнена в виде решетки из поперечных и двух продольных балок, при этом число поперечных балок равно числу коренных подшипников коленчатого вала.
Недостатком этого двигателя является то, что блок цилиндров установлен на станине двигателя, из-за чего коленчатые валы лежат не на оптимальной высоте. Кроме того, в двигателе не предусмотрено уравновешивание сил инерции II порядка.
Задачей настоящего изобретения является изменение конструкции остова двигателя и блока цилиндров с тем, чтобы оси коленчатых валов двигателя разместились на середине между верхней и нижней мертвой точкой поршня, нейтрализовать вибрацию двигателя которую вызывают силы инерции II порядка, получить силовую схему дизельного двигателя одноцилиндрового исполнения, уравновешенного и для широкого ряда мощностей.
Указанная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов. При этом верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных параллельно по обе стороны блока цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу. Согласно изобретению станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами-кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками. На станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза больше, чем обороты коленчатого вала.
Блок цилиндров изготавливают с приливами-кронштейнами по обе стороны блока цилиндров с тем, чтобы на кронштейнах сверху разместились опоры коренных подшипников двух коленчатых валов и оси коленчатых валов были при этом на середине хода поршня, а рядом и выше установлены два дополнительных вала с противовесами для нейтрализации сил инерции II порядка кривошинно-шатунного механизма.
В редукторе для синхронизации вращения обоих коленчатых валов и обеспечения их встречного вращения установлены две шестерни привода дополнительных валов с противовесами, с возможностью вращаться встречно и с удвоенной угловой скоростью по отношению к коленчатым валам.
На фиг.1 изображена силовая схема двигателя внутреннего сгорания с двумя коленчатыми валами.
Двигатель имеет блок цилиндров 1, заодно с блоком отлиты кронштейны 2, число кронштейнов равно числу коренных подшипников, концы кронштейнов 2 связаны двумя продольными балками 3. Таким образом остов двигателя образован монолитной конструкцией из блока цилиндров 1, кронштейнов 2 и продольных балок 3. Ниже блока цилиндров 1 лежит плита 4, на которой по центру установлен сальник 5. По сальнику 5 перемещается шток 6, на верхнем конце штока 6 закреплен поршень 7, на нижнем конце штока 6 закреплена траверса 8. На обоих концах траверсы 8 установлены пальцы 9, которые подвижно соединены с нижними головками шатунов 10, верхние головки шатунов 10 подвижно соединены с шатунными шейками коленчатых валов 11. Два коленчатых вала 11 установлены по обе стороны блока цилиндров параллельно друг другу на кронштейнах 2. Поршень 6 перемещается в цилиндре 12, установленном в блоке цилиндров 1. На кронштейнах 2 рядом с коренными подшипниками коленчатых валов 11 устанавливаются два дополнительных вала 13 с противовесами, которые приводятся во вращение от шестерен в редукторе двигателя.
На фиг.2 изображена схема редуктора двигателя.
Редуктор имеет шестерни 14 и 15, соединенные с выходными концами коленчатых валов 11, две шестерни 16 и 17 являются паразитными и нужны для обеспечения встречного вращения коленчатых валов 11 и для снижения диаметров колес 14 и 15. Шестерни 18 и 19 служат для привода дополнительных валов 13 с противовесами.
Двигатель работает следующим образом.
Когда поршень 7 находится в нижней мертвой точке в цилиндре 12 идет продувка цилиндра, через выхлопной клапан уходит отработанные газы, через продувочные окна в нижней части цилиндра поступает от нагнетателя свежий воздух, при движении поршня вверх перекрываются продувочные окна и закрывается выхлопной клапан. Воздух в цилиндре сжимается и при этом растут давление и температура воздуха, которая обеспечивает надежное воспламенение дизельного топлива впрыскиваемого в цилиндр 12 форсункой за 5-10° до верхней мертвой точки. Сгорающее топливо поднимает температуру и давление газов в камере сгорания, и поршень 7 двигается вниз с ускорением, при этом траверса 8 тянет вниз шатуны 10, которые с ускорением проворачивают кривошипы коленчатых валов 11. По приходу поршня 7 в нижнюю мертвую точку открывается выхлопной клапан в головке цилиндра и продувочные окна в нижней части цилиндра 12, в этот момент идет продувка цилиндра свежим зарядом воздуха и выброс отработанных газов. Накопившие за время рабочего хода кинетическую энергию коленчатые валы 11 продолжают свое вращение и тянут вверх шатуны 10, те, в свою очередь, поднимают вверх траверсу 8, шток 6 и поршень 7, который сжимает воздух в цилиндре, подготавливая следующий рабочий ход. В этом двигателе шатуны 10 никогда не работают на сжатие, они подвергаются только растяжению, что позволяет изготавливать их упрощенными.
Из силовой схемы видно, что двигатель стал короче по высоте на длину шатуна. Для судового двигателя эта силовая схема удобна еще и тем, что при совмещенных осях коленчатого вала двигателя и вала винта судна, часть двигателя оказывается ниже оси вала винта (в трюме), что благоприятно скажется на снижении центра тяжести судна и улучшит остойчивость судна.
В этом двигателе нет нормальной силы, действующей на крейцкопф и на направляющие крейцкопфа, нормальные силы от головок шатунов 10 действуют на траверсу 8 и гасят друг друга. Таким образом двигатель освобожден от одного очага вибрации. При этой силовой схеме уравновешивание сил инерции I порядка происходит противовесами на щеках шатунных шеек на каждом цилиндре, уравновешивание можно сделать на 100%.
Таким образом двигатель освобожден от второго очага вибрации. Для того чтобы уравновесить силы инерции II порядка на двигателе установлены два дополнительных вала 13 с противовесами, которые вращаются встречно и имеют угловую скорость в два раза больше, чем скорость коленчатого вала, при этом можно уравновесить силы инерции II порядка на 100%. Таким образом двигатель освобожден от третьего очага вибрации.
В этот двигатель идеально вписывается система уравновешивания Ланчестера для одноцилиндрового двигателя, описанная в книге О.Н.Лебедев, В.А.Сомов, С.А.Калашников. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.263-266, рис. 4.12.
Таким образом предложенный 2-х вальный одноцилиндровый уравновешенный двигатель может строиться от мощности 1 кВт и до мощности 4000 кВт.
Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов, а верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных с возможностью вращения навстречу друг другу параллельно по обе стороны блока цилиндров, отличающийся тем, что станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами-кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками, на станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза больше, чем обороты коленчатого вала.
Говорят, что двухкомпонентные шатуны увеличивают крутящий момент двигателя на 30% в нижнем диапазоне скоростей
Mason Regan14 ноября 2022 г.
Transcend Energy Group из Юты утверждает, что у них есть относительно простой и недорогой способ резко увеличить выходной крутящий момент двигателей внутреннего сгорания путем простой замены стандартных шатунов на новые, состоящие из двух частей, с использованием вторичного шарнира.
Когда поршни движутся вверх и вниз в двигателе, приводимом в действие расширяющимися газами при сгорании воздуха и топлива, шатуны или шатуны преобразуют линейную силу поршней во вращательное движение коленчатого вала. Маленький конец соединяется с поршневым пальцем на задней части поршня с подшипником, который позволяет ему изменять угол при вращении кривошипа, а большой конец наматывается на шатунный палец, поэтому он может вращаться на 360 градусов, когда поршни толкают поршень. провернуть вокруг.
«Громовые стержни» Transcend вызвали настоящий ажиотаж на выставке SEMA в начале этого месяца. Они добавляют вторичное соединение к типичной конструкции шатуна, которое расположено значительно ниже поршневого пальца и снаружи юбок поршня. Компания утверждает, что такая компоновка позволяет поршням опускаться дальше и быстрее, когда кривошип находится под углом 90 градусов, обеспечивая лучшее воздействие на коленчатый вал и увеличивая «динамическое сжатие» на 25-30%.
Компания Transcend заявляет, что ее шатуны Thunder Rods обеспечивают значительное увеличение крутящего момента двигателя за счет добавления дополнительной точки поворота к шатунам
Transcend Energy Group
рассказал о превосходстве автомобильный и железнодорожный транспорт Это фактически означает, что поршень движется быстрее, когда это наиболее важно — когда вы втягиваете воздух через клапаны, когда вы его сжимаете, и когда он выходит из верхней мертвой точки центр в ответ на расширение газа. И компания говорит, что более низкое крепление штифта дает поршню больше рычага на кривошип. Дополнительная скорость и рычаг создают дополнительный крутящий момент, особенно на низких оборотах.
Transcend также утверждает, что его шатуны, состоящие из двух частей, исключают раскачивание поршня — это боковой наклон поршня в ответ на боковые силы от шатунов; Поршень и кривошип лучше всего взаимодействуют, когда кривошип находится в положении 9.угол 0 градусов, с максимально возможным смещением между шатунной шейкой и головкой шатуна, и результирующие боковые силы толкают поршень в боковом направлении к стенкам цилиндра. Это проблема, так как это может изнашивать цилиндры до овальной формы и разгружать поршневые кольца, вызывая потерю компрессии.
В дополнение к штифту, Громовые стержни активно взаимодействуют с боковыми стенками поршня с помощью пары седел, которые могут слегка вращаться. рассказал о превосходстве автомобильных и железных дорог Они предотвращают опрокидывание поршня и уравновешивают давление на стенки цилиндра.
Седла по бокам верхней части Thunder Rods активно взаимодействуют со сторонами юбки поршня при установке 6,2-литровые двигатели LS V8. В своих собственных тестах Transcend утверждает, что смог сопоставить крутящий момент двигателя 5.3 и стандартного двигателя 6.2 в диапазоне от 1500 до 3500 об/мин — скачок примерно на 30%. Статическая компрессия в двигателе 6,2 л была увеличена со 155 фунтов на квадратный дюйм до 19 фунтов на квадратный дюйм.8 фунтов на квадратный дюйм, а модифицированный двигатель Thunder Rod достиг пика при 32 градусах, тогда как стандартный агрегат в лучшем случае составляет около 26 градусов.
Transcend говорит, что, хотя LS является популярным двигателем для тюнеров, он не оптимизирован для максимального использования конструкции Thunder Rod, и компания в конечном итоге надеется увидеть, что он может сделать со специально разработанными кривошипами, головками цилиндров и поршнями. делать .
В то время как Transcend уверен, многие не убеждены, особенно с учетом текущего отсутствия стороннего тестирования и небольшого количества результатов, предоставленных компанией.
Двухсоставные шатуны тяжелее стандартных деталей и создают дополнительные силы инерции, которые значительно возрастают при более высоких оборотах двигателя, поэтому есть большая вероятность, что они потеряют мощность даже при низких оборотах за счет высоких.Эти шатуны в настоящее время разрабатываются только для двигателей GM LS V8. шатун и отверстие цилиндра. Не только это, но и расстояние между основным поршневым пальцем и новым нижним шарниром теперь, по-видимому, эффективно становится моментным рычагом, усиливая силы, заставляющие поршень наклоняться.
Таким образом, Transcend определенно нужно доказать, что ее шатуны будут делать то, что написано на банке, и что они могут делать это без увеличения износа двигателя. В любом случае, это интересная технология двигателя, которая никогда раньше не использовалась в бензиновых двигателях, хотя она чем-то похожа на крейцкопфные шатуны, иногда используемые в судовых дизельных и паровых двигателях.
Посмотрите (короткое, немое, визуализированное) видео ниже.
«Громовые стержни» Transcend заявляют о повышении крутящего момента двигателя на 30%
Источник: Transcend Energy Group через автомобильный и железнодорожный транспорт
Источник: newatlas.com
Показать больше
Читать Далее
Кнопка «Вернуться к началу»
единственный изготовленный двигатель с овальным поршнем и двойным шатуном, двигатель гоночного мотоцикла Honda NR 500, 1979-83 (Спасибо, Стив!)
Правила гонки ограничивали Honda не более чем четырьмя цилиндрами. Но инженеры Honda рассчитали рабочий объем идеального двигателя с восемью цилиндрами и 32 клапанами.
Когда в 1968 году FIM объявила, что класс двигателей объемом 500 куб. см ограничен четырьмя цилиндрами, это дало значительное преимущество командам, использующим двухтактные двигатели. Сочиро Хонда ясно дал понять, что он стремится к более чистому горению четырехтактных двигателей.
Думая нестандартно, инженеры разработали четырехцилиндровый двигатель с овальными поршнями, в котором было 16 впускных и 16 выпускных клапанов. У него было два шатуна и восемь клапанов на цилиндр. Он был четырехтактным и был разработан для преодоления монополии двухтактных двигателей в мотогонках.
Это позволило двигателю разогнаться до 19 500 об/мин, что вдвое превышает скорость двухтактного двигателя, и произвести мощность, сравнимую с двухтактным двигателем 500GP.
Они быстро столкнулись с проблемами. С двумя шатунами, соединенными друг с другом через поршень, при частоте вращения двигателя более 10 000 об / мин они будут деформироваться, что приведет к выходу из строя поршневого пальца.
Чтобы четырехтактный двигатель был таким же мощным, как двухтактный агрегат с тем же числом поршней, он в основном должен удвоить свои обычные обороты в минуту. Чтобы достичь этого, команде пришлось значительно улучшить эффективность впуска и разработать систему клапанов с более высоким сопротивлением трению и накоплению тепла при высоких оборотах.
Самой большой проблемой были овальные поршневые кольца. Они стали не только многократным упражнением по проектированию, но и испытанием производственных возможностей. Чтобы достичь своей цели, им требовались допуски выше, чем могло дать оборудование того времени.
Таким образом, в апреле 1978 года, после почти 12-летнего перерыва, Honda публично объявила, что вернется к мотогонкам Гран-при, в частности, используя четырехтактный
Honda экспериментировала с передовыми технологиями, выходящими за рамки обычного мышления. Не только дизайн двигателя, но и кузов.
В дополнение к очень экзотическому двигателю, NR 500 также использовал алюминиевый кузов-монокок и перевернутую вилку — стандартная практика для большинства современных спортивных мотоциклов.