Где используется двс: Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

Применение — двигатель — внутреннее сгорание

Применение — двигатель — внутреннее сгорание

Cтраница 1

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.  [1]

Применение двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе, однако, ограничивается транспортными и судовыми установками вследствие меньших ресурсов жидкого топлива сравнительно с каменным углем. Двигатели внутреннего сгорания на стационарных установках применяются также в районах, где жидкое и газообразное топливо используется в качестве основного, о районах безводных и для специальных установок.  [2]

Эффективность применения двигателей внутреннего сгорания в значительной степени определяется их долговечностью и надежностью в эксплуатации.

Одним из важных факторов при этом является износостойкость пар трения, зависящая не только от металлофизических характеристик поверхностей трения, но и от свойств смазочного масла, способов подачи к узлам трения, а также от конструкции системы смазки. Для обеспечения надежной работы современных двигателей внутреннего сгорания большое значение имеет предотвращение образования в них лаков, нагаров, низкотемпературных осадков, коррозии поверхностей некоторых деталей, а также очистка масла в двигателях ( фильтрация, центрифугирование) от образующихся в нем механических примесей. Все перечисленные вопросы отражены в книге.  [3]

При применении двигателя внутреннего сгорания муфта сцепления позволяет включить барабан яобедкк, ротор при работающих двигателях, зя.  [4]

Не допускается применение двигателей внутреннего сгорания ( ДВС) и газотурбинных установок на МНГС без выполнения специальных требований к помещениям этих установок, исключающих доступ в них взрывоопасных смесей при загазованности МНГС.  [5]

При необходимости применения двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей в нормальном исполнении их необходимо устанавливать за глухой несгораемой стеной в отдельном помещении, а валы, соединяющие двигатель с насосом, в местах прохода через стену следует пропускать через герметические сальники.  [6]

С расширением применения двигателей внутреннего сгорания noi eo — ность в бензине непрерывно увеличивалась.  [7]

Единственным преимуществом применения двигателей внутреннего сгорания является значительно меньший расход топлива, чем во всех остальных типах двигателей. В среднем небольшой одноцилиндровый двухтактный дизель потребляет топлива 0 25 кг на 1 л. с. — час. Двухцилиндровый двухтактный двигатель с ка-лильной головкой расходует около 0 4 кг топлива на 1 л. с. — час. Расход топлива у двигателя внутреннего сгорания, как мы видим, почти в 4 — 10 раз меньше, чем у промысловой паровой машины. Таким образом, с точки зрения экономии жидкого топлива двигатель внутреннего сгорания имеет значительные преимущества перед паровой машиной.  [8]

Повышение экономичности применения двигателей внутреннего сгорания, снижение трудоемкости технического ухода за ними имеет важное народнохозяйственное значение. Большую роль при этом играет установление обоснованных сроков замены масла. Малые сроки замены масла приводят к значительному его перерасходу; особенно это заметно в связи с тем, что ряд удачных конструктивных и технологических решений способствовал снижению проникновения масла в камеры сгорания и его расхода на угар в современных двигателях.  [9]

С расширением применения двигателей внутреннего сгорания поа ьб-ность в бензине непрерывно увеличивалась.  [11]

В настоящее время применение двигателей внутреннего сгорания на промыслах весьма ограничено.  [12]

Исключительное разнообразие областей применения двигателей внутреннего сгорания обусловливает соответственно и многообразие конструктивных форм этих двигателей, а также значительные трудности их классификации.  [13]

В виду чрезвычайного разнообразия областей применения двигателей внутреннего сгорания и соответственно многочисленности конструкций и типов двигателей, различающихся как по условиям работы, так и по видам применяемого топлива, не представляется возможным дать единые нормы испытаний для всех двигателей внутреннего сгорания. Вместе с тем по условиям работы двигатели внутреннего сгорания могут быть разделены на три основные группы: 1) двигатели, работающие при постоянном числе оборотов под воздействием скоростного регулятора, — стационарные и с ручной регулировкой — судовые; 2) двигатели, работающие при переменных числах оборотов, обычно быстроходные — автотракторные и 3) двигатели, хотя и работающие при постоянном высоком числе оборотов, но в специфич.  [14]

Как видно из предыдущего, при применении двигателей внутреннего сгорания, в особенности паровых, силовые установки расходуют значительное количество воды.  [15]

Страницы:      1    2    3

типы, нюансы, характеристики :: Autonews

BMW i3 отметилась опцией под названием range extender, то есть увеличитель запаса хода — ДВС в большинстве случаев бездействует, но готов прийти на помощь, если у вас закончилось электричество. (Фото: BMW)

Но в реальности этот метод приводит к двойным потерям энергии: сначала на преобразование топлива в электричество, а потом на передачу его к колесам.

Поэтому в чистом виде такая схема не используется, зато отдельные модели вроде BMW i3 или Chevrolet Volt отметились опциями под названием range extender, то есть увеличитель запаса хода — ДВС в большинстве случаев бездействует, но готов прийти на помощь, если у вас закончилось электричество. Считайте, просто генератор, который всегда с собой.

Последовательно-параллельные гибриды (parallel-series-hybrid)

Особая категория, представленная, по сути, только запатентованными изобретениями компании Toyota и отдельными силовыми установками, сделанными по лицензии. Здесь ДВС и электричество работают как единое целое, постоянно и бесшовно распределяя энергию туда, где она нужна. Самое массовое применение технология нашла на Toyota Prius, где без особых изменений используется уже почти 15 лет.

Называется этот уникальный привод Hybrid Synergy Drive, а примечателен он в первую очередь тем, что лишен обычной трансмиссии — в то время как в большинстве гибридов используются вариаторы, «роботы» или классические «автоматы».

Здесь же два электромотора объединены с ДВС через хитрую планетарную передачу, которая вообще стирает границу между двумя мирами для конечного пользователя. Самый яркий пример — бензиновый двигатель здесь может одновременно работать на разгон и заряжать батареи, если вы не требуете от машины максимальной динамики.

Подключаемые гибриды (plug-in hybrid, PHEV)

Главный принцип здесь один: наличие отдельного разъема для зарядки аккумуляторов. При этом сам гибрид может быть как последовательным (тот же BMW i3 или Fisker Karma), так и параллельным (Porsche Cayenne e-Hybrid или Volvo XC60 Recharge). И если с первым случаем все понятно (по сути это электромобили с бензиновыми генераторами), то параллельные подключаемые гибриды интереснее. Идея заключается в том, что емкость батарей у таких автомобилей уже действительно солидная — например, у современного «Кайена» это 18 кВтч, то есть примерно треть от того, что можно найти в среднем электромобиле. Да и электромотор вполне самостоятелен: на многих подключаемых гибридах его мощность превышает 100 лошадиных сил.

Иными словами, при определенных сценариях вы можете ездить на такой машине, как на настоящем электрокаре: запас хода составляет несколько десятков километров, разгоняться можно до сотни с лишним километров в час — но делать надо все плавно. Прикатили по пробкам в центр на работу, вечером вернулись домой, подзарядились от розетки — и никаких выбросов. При этом в вашем распоряжении остается и настоящий бензиновый двигатель — со всей своей мощностью, универсальностью и возможностью заправляться когда угодно и сколько угодно. Нажимаете акселератор посильнее, и он включается в работу.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

В современных автомобилях чаще всего используется двигатель внутреннего сгорания. Сокращено его обозначают ДВС. С научной точки зрения, ДВС представляет собой тепловую машину, которая в процессе своей работы преобразует химическую энергию при сгорании топлива, в механическую работу.

Существует несколько основных типов ДВС: газотурбинный, поршневой, роторно-поршневой. Самое большое распространение нашел двигатель поршневой. Мы подробно расскажем Вам о принципе работы этого устройства, рассмотрев устройство и принцип работы поршневого двигателя.

Основными достоинствами поршневого ДВС является его универсальность, автономность, достаточно низкая цена, компактность и небольшой вес, потребление различных видов горючего.

У данного типа есть и ряд недостатков, к коим относится, большая частота вращения коленвала, вред для окружающей среды, малый ресурс, низкий уровень КПД и высокий уровень шума во время работы.

Существуют бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания. В качестве альтернативных вариантов топлива, ими может выступать метанол, водород, этанол и природный газ.

Из всех вышеописанных вариантов, наиболее экологичным является двигатель, работающий на водороде. Он не образует вредных соединений и абсолютно безопасен для окружающей среды.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания поршневого типа состоит из собственно корпус, газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов, а также нескольких систем: системы управления, выпускная и впускная, зажигания и смазки.

Корпус ДВС включает в себя блок цилиндров и головку блока. Функция кривошипно-шатунного механизма, заключается в преобразовании обратно-поступательных движений поршня во вращение коленвала. Механизм газораспределение при этом обеспечивает поступление в цилиндры воздуха и горючей смеси, а также отвечает за своевременное выведение из них выхлопных газов.

В задачу системы зажигания входит принудительное воспламенение смеси горючего и кислорода. Такой принцип реализован только в бензиновых моторах. В двигателях, работающих на солярке, происходит самовоспламенение горючей смеси.

Система смазки предназначена для понижения трения, между элементами двигателя. Поддержание оптимальной температуры работы двигателя производится системой охлаждение. За правильное отведение отработавших газов и понижение их вредоносного воздействия на окружающую среду, отвечает выпускная система.

Все управление работой двигателя осуществляется системой электронного управления двигателя.

Принцип работы ДВС

Работа двигателя внутреннего сгорания заключается в превращении тепловой энергии расширения газов в крутящий момент. Это возможно благодаря тому, что в камерах цилиндров горючая смесь воспламеняется, заставляя поршни перемещаться.

ДВС работает циклически. Рабочий цикл включает в себя два оборота коленвала, т.е. двигатель четырехтактный. Первый — впуск, второй — сжатие, третий — рабочий ход и заключительный четвертый — выпуск.

Впуск и рабочий ход происходит во время движения поршня вниз, а во время сжатия и выпуска — вверх. Равномерность работы ДВС обеспечивается тем, что фазы каждого из цилиндров не совпадают.

На такте впуска, топливная система образует горючую смесь. Она создается во впускном коллекторе, или непосредственно в цилиндре. С началом фазы сжатия, впускные клапаны закрываются, топливная смесь увеличивает свое давление за счет сжатия.

После этого происходит воспламенение топливной смеси. Оно может быть принудительным или же с самовоспламенением (дизельные двигатели). Далее, образующиеся газы с силой выталкивают поршень, вращая кривошипно-шатунный механизм. Он в свою очередь обеспечивает движение колес автомобиля.

Такты выпуска открывает выпускные клапана, после чего отработанные газы покидают камеру сгорания и устремляются в выхлопную систему, а затем в окружающую среду.

Вышеописанный порядок работы ДВС дает ответ на то, почему КПД двигателя данного типа не превышает 40%. Все дело в том, что в каждый момент времени, реальную работу выполняет только один цилиндр, в то время как в остальных происходит впуск, сжатие и выпуск. 

области применения ДВС. Классификация ДВС

Типы автомобильных двигателей

Среди двигателей, применяющихся в настоящее время, а также перспективных для использования на автомобильном транспорте, следует отметить следующие типы:

1. Двигатели внутреннего сгорания, которые подразделяют на поршневые и роторно-поршневые.

2. Газотурбинные двигатели (ГТД).

3. Двигатели внешнего сгорания (паровые, двигатели Стирлинга).

4. Электрические двигатели.

5. Криогенные двигатели.

6. Инерционные двигатели.

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в настоящее время являются наиболее распространенными автомобильными двигателями. В этих двигателях топливо сгорает непосредственно внутри рабочего органа — цилиндра (в поршневых двигателях) или в полости, образованной ротором и корпусом (в роторных двигателях). Основным преимуществом ДВС является непосредственное воздействие продуктов сгорания топлива на поршень. Это дает возможность добиться сравнительно высоких значений термического коэффициента полезного действия (ТКПД).

Высокая (по сравнению с другими типами тепловых двигателей) экономичность ДВС, возможность построения их в большом диапазоне мощностей, достаточно быстрый пуск, небольшие масса и размеры, сравнительно невысокая стоимость, большой ресурс обусловили их широчайшее распространение в различных сферах деятельности. ДВС в настоящее время являются практически единственным типом двигателей в силовых агрегатах не только автомобилей, но и тракторов, сельскохозяйственной техники, дорожных, строительных машин. Судовые, локомотивные и авиационные силовые установки малой мощности обычно также представлены двигателями внутреннего сгорания различных типов.

Области применения ДВС

Поршневые и комбинированные двигатели в зависимости от их назначения изготовляются с мощностью от нескольких сот ватт до 40000кВт. Основные области их применения:

1. Автомобильный транспорт, тракторы, сельхозмашины и др.

2. Железнодорожный транспорт, в т.ч. энергопоезда.

3. Морской и речной флот, катера.

4. Легкомоторная авиация.

5. Строительная, дорожная техника (экскаваторы, бульдозеры, скреперы, грейдеры, самоходные краны, компрессоры, передвижные электростанции и др.).

6. Стационарная электроэнергетика.

7. Привод компрессоров, насосов на трубопроводах, в бурильных установках.

8. Модели и модельные установки.

9. Военная и специальная техника.

Классификация ДВС.

Признаки классификации ДВС могут быть различными и определяются как назначением, особенностями практического применения, так и принципами построения, элементами конструкции и др. Поэтому при некоторой условности все же следует отметить следующие общепринятые принципы и признаки классификации поршневых двигателей.

1. По назначению: стационарные, переносные, транспортные (автомобильные, тракторные, судовые, авиационные и др.).

2. По роду применяемого топлива: двигатели легкого топлива, тяжелого, газообразного, многотопливные.

3. По способу осуществления зарядки цилиндров: четырехтактные и двухтактные двигатели.

4. По способу смесеобразования: двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.

5. По способу воспламенения смеси: двигатели с искровым зажиганием и двигатели с воспламенением от сжатия.

6. По конструктивному расположению цилиндров и схеме: рядные и звездообразные, вертикальные и горизонтальные схемы. Кроме того, рядные двигатели подразделяют на V-, W-, H-, Y- и X-образные и др. Некоторые варианты компоновки представлены на рис.1.1.

7. По способу охлаждения двигатели разделяют на двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

Помимо перечисленных признаков иногда двигатели классифицируют по способам регулирования, скорости вращения, признакам цикла, наличию систем наддува и т.д.

В современных автомобилях применяются преимущественно четырехтактные поршневые двигатели с рядным, V-образным и оппозитным расположением цилиндров.

Виды Двигателей Внутреннего Сгорания (ДВС)

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания — это один из самых популярных на сегодняшний день видов двигателей. Принцип его работы построен на воспламенении смеси в камере сгорания и преобразовании её в энергию. Основной элемент в таком устройстве — поршень. Он опускается в нижнюю точку, в цилиндр впрыскивается топливо с воздухом, затем он поднимает их вверх до момента детонации.

Такие агрегаты используются в воздушных, морских и наземных транспортных средствах. До недавнего времени все автомобили выходили с конвейера только с ДВС. Пока компания Тесла не совершила прорыв в автомобилестроении и не запустила потоковое производство электромобилей.

Какие бывают виды двигателей?

Сложно создать новые виды двигателей внутреннего сгорания. В своём современном состоянии они существуют давно и уже прошли проверку временем. По принципу действия они относительно одинаковые, но каждый производитель вносит «изюминку» в агрегаты, которые выпускает. Это может быть уникальная форма поршней, система впрыска или количество клапанов.

Виды ДВС классифицируются по конструкции: рядные, V-образные, роторные и оппозитные.

Рядные моторы

Самые простые и дешевые в обслуживании и ремонте. Цилиндры стоят в ряд, один за другим. Чем больше их количество, тем больше рабочий объём.

Первый мотор был таким и имел 3 цилиндра. Сейчас такие встречаются на малолитражках. От них не ждут значительной мощности. Но они показывают маленький расход.

Наиболее популярный ДВС — 4-цилиндровый. Его максимальный объём достигает 3 литров. Такой установлен на большей части автомобилей эконом-класса. Например, Мазда 3, Форд Фокус, Тойота Королла, Рено Логан, Хонда Цивик.

В авто помощнее уже рядная шестерка. У неё оптимальное соотношение размера и ресурса. Легко помещается под капотом. Остальные агрегаты, в которых больше гильз, уже не такие надежные. Их проблемно разместить в подкапотном пространстве из-за больших габаритов и для них необходимы надежные подушки двигателя.

Преимущества рядных двигателей

Недостатки рядных двигателей

• громоздкость

• высота

V-образные моторы

Цилиндры расположены под углом, друг напротив друга. Угол развала зависит от их количества. Такое строение позволяет получить мощный движок не большого размера. 8-цилиндровый рядный выглядит громоздко и практически не используется в легковых или грузовых автомобилях. Такой же V-образный мотор занимает гораздо меньше места.

Основное преимущество в количестве лошадиных сил и моменте, которые можно получить на таком блоке.

В повседневных машинах популярны V6, V8. Они встречаются на премиальных авто и внедорожниках — Toyota Camry, Nissan 350Z, Nissan Murano. Стоимость обслуживания получается в два раза больше, чем у рядных. При капитальном ремонте количество прокладок, поршней, клапанов, сальников нужно умножать на 2. Визуально у ДВС две ГБЦ.

Существуют также разновидности V10, V12. Встречаются на спорткарах, типа Lamborghini Huracan, Porsche Carrera GTS, AUDI R8 и не предназначены для ежедневного использования. Большой минус любого варианта в сильных вибрациях при работе. Их очень трудно сгладить.

Преимущества V-образных двигателей:

Недостатки V-образных ДВС:

Оппозитные двигатели

Название происходит от английского слова “opposite” — противоположный. Цилиндры смотрят в противоположные стороны. Угол между ними всегда 180 градусов. Визуально похож на раскрытый в-образник. Основное отличие в движении поршней. В оппозитнике они поочередно достигают мертвой точки, а в V-образнике — одновременно.

Благодаря своей конструкции боксер, так их ещё называют, более сбитый. Лучше переносит вибрации за счёт своей схемы работы. Автомобили с таким ДВС отличаются хорошей развесовкой и управляемостью. Он расположен ниже, чем обычно.

Важно понимать, что поршни в этом агрегате ходят не в вертикальной плоскости, а в горизонтальной. Что приводит к неравномерной выработке гильз и переборке мотора. Его сборка обходится дорого. Как в предыдущем виде, здесь две головки блока, все прокладки следует покупать в двойном экземпляре.

Самые известные автомобили с оппозитными моторами это – Subaru. Автоконцерн довёл конструкцию до совершенства. Также есть они на некоторых представителях Порше и Альфа Ромео.

Преимущества оппозитных двигателей:

• развесовка

• низкое расположение

• оптимизация вибраций

• потенциальность

Недостатки оппозитных двигателей:

Роторные моторы

Он же двигатель Ванкеля. В нём используется не поршень, а треугольный ротор. Он вращается вокруг оси — статора — в «цилиндре» овальной формы. Камера образуется между гранью ротора и стенкой блока. За один круг происходит 3 рабочих хода.

Роторный мотор — компактный. Отсутствует ГРМ, коленвал, шатуны. Вместо них уплотнения, которые продлевают срок службы агрегата.

Уже не устанавливаются в авто. Они никогда не пользовались большой популярностью. Отличный экземпляр с таким мотором — Mazda RX8. Все его владельцы могут рассказать про жор масла.

Преимущества роторных двигателей:

• маленький размер

• простота — меньше деталей

• меньше вибраций

Недостатки роторных ДВС:

• дорогой ремонт

• вероятность перегрева

• расход масла и топлива

Типы двигателей автомобилей

Моторы отличаются не только конструктивно. Типы двигателей автомобилей бывают разные. Главное отличие в топливе, которое они используют. ДВС можно разделить на:

• бензиновые,

• дизельные,

• гибридные и

• на газу.

Каждый из них заслуживает внимания. Имеет свои особенности, преимущества, недочеты.

Бензиновые двигатели

Самый распространенный тип автомобильных ДВС. Используется на большинстве иномарок и отечественных машин. Работает на бензине, который перекачивает топливный насос.

По способу впрыска разделяют на карбюраторные и инжекторные. Первая разновидность простая и уже не выпускается. Количество горючего регулирует водитель нажатием педали газа. Оно подаётся в карбюратор, где смешивается с воздухом и идёт во впускной коллектор.

Вторая версия сложнее. Инжектор — более точная система, за каждый цилиндр отвечает своя форсунка. Сколько бензина впрыснуть, регулирует уже электронный блок управления. Такая система установлена на многих новых автомобилях.

Она, в свою очередь, делится на подвиды: моноинжектор — с одной регулирующей форсункой и обычный инжектор — по форсунке на цилиндр. Современная вариация бензинового ДВС — с прямым впрыском. Топливо попадает в камеру отдельно от воздуха и смешивание происходит внутри.

Дизельный двигатель

Работает на дизельном топливе. Не имеет свечей зажигания, вместо них — свечи накала. Они разогревают воздух в цилиндрах до нужной температуры. Форсунки распыляют дизтопливо, оно сразу сгорает и заставляет двигаться поршень.

Особенно популярен вариант турбодизеля. С помощью турбины подается больше воздуха. Коленвал раскручивается быстрее за счёт сильной детонации. Такие моторы быстрее разгоняются.

В целом дизели не быстрые. Имеют большой вес, чтобы уравновесить детонационные вибрации. Отличаются характерным цокотом во время работы. Похоже на стук гидрокомпенсаторов на бензине.

Газовые двигатели

Самостоятельно уже не используются. ГБО устанавливается как альтернатива на бензиновые моторы. Газовый редуктор распределяет его по цилиндрам. Дальше всё происходит по стандартной схеме.

Преимущество машин на газу в том, что стоимость газа меньше. Расход с ГБО возрастает на 1-2 литра. Мощность понижается. Такие агрегаты работают мягче.

Переоборудование необходимо регистрировать в МРЭО и вносить в техпаспорт. Дополнительные форсунки и редуктор не портят блок и его составляющие.

Гибридные двигатели

Смесь ДВС и электромотора. Может работать по-разному. В большинстве случаев сначала функционирует классический мотор, а генератор подзаряжает батарею. От неё работает электродвигатель. На него можно переключить авто и он будет самостоятельно приводить в движение колеса.

Бензиновый и электромотор возможно подключить одновременно. В таком случае расход солярки будет меньше.

Аксиальные двигатели внутреннего сгорания / Хабр

Аксиальный ДВС Duke Engine

Мы привыкли к классическому дизайну двигателей внутреннего сгорания, который, по сути, существует уже целый век. Быстрое сгорание горючей смеси внутри цилиндра приводит к увеличению давления, которое толкает поршень. Тот, в свою очередь, через шатун и кривошип крутит вал.

Классический ДВС

Если мы хотим сделать двигатель помощнее, в первую очередь нужно увеличивать объём камеры сгорания. Увеличивая диаметр, мы увеличиваем вес поршней, что отрицательно сказывается на результате. Увеличивая длину, мы удлиняем и шатун, и увеличиваем весь двигатель в целом. Или же можно добавить цилиндров — что, естественно, также увеличивает результирующий объём двигателя.

С такими проблемами столкнулись инженеры ДВС для первых самолётов. Они, в конце концов, пришли к красивой схеме «звездообразного» двигателя, где поршни и цилиндры расположены по кругу относительно вала через равные углы. Такая система хорошо охлаждается потоком воздуха, но очень уж она габаритная. Поэтому поиски решений продолжались.

В 1911 году Macomber Rotary Engine Company из Лос-Анджелеса представила первый из аксиальных (осевых) ДВС. Их ещё называют «бочковыми», двигателями с качающейся (или косой) шайбой. Оригинальная схема позволяет разместить поршни и цилиндры вокруг основного вала и параллельно ему. Вращение вала происходит за счёт качающейся шайбы, на которую поочерёдно давят шатуны поршней.

У двигателя Макомбера было 7 цилиндров. Изготовитель утверждал, что двигатель был способен работать на скоростях от 150 до 1500 об/мин. При этом на 1000 об/мин он выдавал 50 л.с. Будучи изготовлен из доступных в то время материалов, он весил 100 кг и имел размеры 710×480 мм. Такой двигатель был установлен в самолёт авиатора-первопроходца Чарльза Фрэнсиса Уолша «Серебряный дротик Уолша».

Не остались в стороне и советские инженеры. В 1916-м году появился двигатель конструкции А. А. Микулина и Б. С. Стечкина, а в 1924 г — двигатель Старостина. Об этих двигателях знают, пожалуй, только любители истории авиации. Известно, что детальные испытания, проведенные в 1924 г, выявили повышенные потери на трение и большие нагрузки на отдельные элементы таких двигателей.

Двигатель Старостина из музея авиации в Монино

Гениальный и слегка безумный инженер, изобретатель, конструктор и бизнесмен Джон Захария Делореан мечтал построить новую автомобильную империю в пику существующим, и сделать совершенно уникальный «автомобиль мечты». Все мы знаем машину DMC-12, которую называют просто DeLorean. Она не только стала звездой экрана в фильме «Назад в будущее», но и отличалась уникальными решениями во всём — начиная от алюминиевого кузова на плексигласовом каркасе и заканчивая дверями «крылья чайки». К сожалению, на фоне экономического кризиса производство машины не оправдало себя. А затем Делореан долго судился по подложному делу о наркотиках.

Но мало кто знает, что Делореан хотел дополнить уникальный внешний вид машины ещё и уникальным мотором — среди найденных после его смерти чертежей были и чертежи аксиального ДВС. Судя по его письмам, он задумал такой двигатель ещё в 1954 году, а всерьёз принялся за разработку в 1979-м. В двигателе Делореана было три поршня, и они располагались равносторонним треугольником вокруг вала. Но каждый поршень был двусторонним — каждый из концов поршня должен был работать в своём цилиндре.

Чертёж из тетради Делореана

По каким-то причинам рождение двигателя не состоялось — возможно, потому, что разработка автомобиля с нуля вышло достаточно сложным предприятием. На DMC-12 устанавливали 2,8-литровый двигатель V6 совместной разработки Peugeot, Renault и Volvo мощностью 130 л. с. Пытливый читатель может изучить сканы чертежей и заметок Делореана на этой странице.

Экзотический вариант аксиального двигателя — «двигатель Требента»

Тем не менее, такие двигатели не получили широкого распространения — в большой авиации постепенно состоялся переход на турбореактивные двигатели, а в автомобилях по сию пору используется схема, в которой вал перпендикулярен цилиндрам. Интересно только, почему такая схема не прижилась в мотоциклах, где компактность пришлась бы как раз кстати. По-видимому, они не смогли предложить какой-либо существенной выгоды по сравнению с привычным нам дизайном. Сейчас такие двигатели существуют, но устанавливаются в основном в торпедах — благодаря тому, как хорошо они вписываются в цилиндр.

Вариант под названием «Цилиндрический энергетический модуль» с двусторонними поршнями. Перпендикулярные штоки в поршнях описывают синусоиду, двигаясь по волнистой поверхности

Главная отличительная черта аксиального ДВС — компактность. Кроме того, в его возможности входит изменение степени сжатия (объёма камеры сгорания) просто путём изменения угла наклона шайбы. Шайба качается на валу благодаря сферическому подшипнику.

Однако новозеландская компания Duke Engines в 2013 году представила свой современный вариант аксиального ДВС. В их агрегате пять цилиндров, но всего лишь три форсунки для впрыска топлива и — ни одного клапана. Также интересной особенностью двигателя является тот факт, что вал и шайба вращаются в противоположных направлениях.

Внутри двигателя вращаются не только шайба и вал, но и набор цилиндров с поршнями. Благодаря этому удалось избавиться от системы клапанов — движущийся цилиндр в момент зажигания просто проходит мимо отверстия, куда впрыскивается топливо и где стоит свеча зажигания. На стадии выпуска цилиндр проходит мимо выпускного отверстия для газов.

Благодаря такой системе количество необходимых свечей и форсунок получается меньшим, чем количество цилиндров. А на один оборот приходится в сумме столько же рабочих ходов поршня, как у 6-цилиндрового двигателя обычного дизайна. При этом вес аксиального двигателя на 30% меньше.

Кроме того, инженеры из Duke Engines утверждают, что и степень сжатия их двигателя превосходит обычные аналоги и составляет 15:1 для 91-го бензина (у стандартных автомобильных ДВС этот показатель равен обычно 11:1). Все эти показатели могут привести к уменьшению расхода топлива, и, как следствие — к уменьшению вредного воздействия на окружающую среду (ну или к увеличению мощности двигателя — в зависимости от ваших целей).

Сейчас компания доводит двигатели до коммерческого применения. В наш век отработанных технологий, диверсификации, экономии на масштабе и т.п. сложно представить, как можно серьёзно повлиять на индустрию. В Duke Engines, по-видимому, это тоже представляют, поэтому намереваются предлагать свои двигатели для моторных лодок, генераторов и малой авиации.

Демострация малых вибраций двигателя Duke

Понимание гибридных и электрических транспортных средств

По мнению отраслевых экспертов, половина новых автомобилей, проданных по всему миру в 2030 году, будут так или иначе электрифицированы, а это означает, что гибридные электромобили (HEV), подключаемые гибриды (PHEV) и аккумуляторные электромобили (BEV) станут все более распространёнными на наших дорогах. Но понимаете ли вы разницу между гибридом и аккумуляторным электромобилем (H/EVs)? И в чем преимущества каждого из них? Как ведущий производитель передовых двигательных технологий, лежащих в основе этих транспортных средств, мы в Delphi Technologies можем рассказать вам о том, что происходит с электрифицированными транспортными средствами.

Гибридные электромобили (HEV)

 

Что такое гибридный автомобиль?

В отличие от обычных транспортных средств, в гибридном автомобиле используются два различных источника движения: электрический двигатель и двигатель внутреннего сгорания. Хотя специфика будет варьироваться в зависимости от типа, двигатель чаще всего будет использоваться для зарядки аккумулятора автомобиля, который питает электродвигатель. Другим источником заряда бортовой батареи является рекуперативное торможение, или кинетическая энергия, улавливаемая из импульса транспортного средства при замедлении и/или торможении, а затем преобразуемая в электрическую энергию. 

Гибридный электромобиль (HEV) может двигаться непосредственно от ДВС, от электродвигателя, либо от их комбинации. Здесь двигатель, как правило, является основным источником движения, с помощью электродвигателя и батареи осуществляется вождение только на более низких скоростях и/или на несколько миль за раз. В некоторых гибридах двигатель внутреннего сгорания используется только для подзарядки аккумулятора, в то время как в других он приводит автомобиль в движение напрямую, используя дополнительную батарею только для реализации режима полного привода.  

Различные гибридные системы можно разделить на три основных типа:

1. Последовательный гибрид

Последовательный гибрид — это полный гибрид, в котором электрический двигатель используется для движения автомобиля на всех режимах, в то время как ДВС (двигатель внутреннего сгорания) используется только для подзарядки бортовой батареи. Если автомобиль едет на большее расстояния, 50 миль (почти 80 км) или более, он переключается на двигатель внутреннего сгорания, чтобы обеспечить движение.

2. Параллельный гибрид

Параллельный гибрид — это полный гибрид, в котором автомобиль могут приводить в движение как двигатель внутреннего сгорания, так и электромотор, соединённый с механической коробкой передач. Мощность распределяется между ДВС и электромотором для работы в оптимальных рабочих диапазонах каждого из них, что делает этот гибрид более экономичным при движении на большие расстояния.

3. Мягкий гибрид

В мягком гибриде используются небольшая батарея и мотор-генератор, чтобы помочь силовому агрегату обеспечить дополнительную мощность для двигателя, когда это необходимо. Для экономии топлива при остановке или замедлении выключается ДВС. Это самая экономичная из гибридных систем. 

Будь то полный гибрид или мягкий гибрид, автомобили с двумя источниками энергии потребляют меньше топлива и выделяют меньше вредных выбросов, чем их бензиновые или дизельные аналоги, что делает их привлекательным вариантом для небольших пробегов или городских условий движения, а также для тех, кто стремится сэкономить топливо.

 

Транспортное средство с гибридной силовой установкой (PHEV)  

Что такое подключаемый гибридный автомобиль?

Транспортное средство с гибридной силовой установкой (PHEV), также известный как заряжаемый гибридный автомобиль (plug-in hybrid electric vehicle) или сокращённо PHEV, находится между гибридом и полностью электрическим автомобилем. Как следует из названия, это гибридный автомобиль, который также может быть «подключён» и заряжен от электрической сети, как и электромобиль, а также на ходу. Основным отличием от других гибридов является аккумуляторная батарея большей ёмкости, которая позволяет обеспечить более длительное движение только на электротяге (в настоящее время в среднем от 20 до 40 миль (от 32 км до 64 км)). Как только его диапазон электропривода исчерпан, автомобиль работает как обычный гибрид. PHEVs дают владельцам преимущества полностью электрического вождения для более коротких поездок и полного гибридного варианта вождения для более длинных расстояний. При правильной эксплуатации это помогает обеспечить экономию топлива и снизить уровень выбросов выхлопных газов.

 

Электромобиль (BEV)  

Что такое электромобиль?

В аккумуляторном электромобиле (BEV) используется электрический двигатель с батарейным питанием для движения автомобиля в 100% случаев. Хотя он использует рекуперативное торможение, в отличие от гибридных автомобилей, нет двигателя внутреннего сгорания, который можно было бы включить, если батарея разряжена. Это означает, что вы можете зарядить или «заправить» свой автомобиль дома или на зарядной станции, подключившись к источнику электрической энергии. Без топлива на борту электромобили не выделяют выхлопных газов и более экономичны в эксплуатации.  

Вместе с тем зарядка батарей электромобилей BEV занимает гораздо больше времени, чем заправка топливного бака – несколько часов вместо нескольких минут. Их дальность хода также значительно меньше, чем у обычного гибрида, и он составляет в среднем 100 миль (160 км) между зарядами. Однако улучшения как в технологии аккумуляторных батарей, так и в инфраструктуре электросетей с быстрой зарядкой приведет к тому, что это станет менее серьёзной проблемой в будущем.
 
Таким образом, будь то гибрид, заряжаемый гибрид или полностью электрический автомобиль, принцип один и тот же:

Электромобили полностью или частично переложат работу обычного двигателя внутреннего сгорания на двигатель с батарейным приводом.

---

Чтобы узнать больше о сложном программном обеспечении и системах внутри силовой установки, посетите нашу страницу продуктовой категории «Силовая электроника».

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был доминирующим двигателем в нашем обществе с момента его изобретения в последней четверти 19 века [подробнее см. , Например, Heywood (1988)]. Его цель — генерировать механическую энергию из химической энергии, содержащейся в топливе и высвобождаемой при сгорании топлива внутри двигателя. Именно этот конкретный момент, когда топливо сжигается внутри производственной части двигателя, дает двигателям внутреннего сгорания их название и отличает их от других типов, таких как двигатели внешнего сгорания.Хотя газовые турбины удовлетворяют определению двигателя внутреннего сгорания, этот термин традиционно ассоциировался с двигателями с искровым зажиганием (иногда называемыми Otto, бензиновые или бензиновые двигатели ) и дизельными двигателями (или двигателями с воспламенением от сжатия ).

Двигатели внутреннего сгорания используются в самых разных областях, от судовых силовых установок и электростанций мощностью более 100 МВт до ручных инструментов, где передаваемая мощность составляет менее 100 Вт.Это означает, что размер и характеристики современных двигателей сильно различаются между большими дизелями, имеющими диаметр цилиндра более 1000 мм и совершающим возвратно-поступательное движение на скорости до 100 об / мин, и маленькими бензиновыми двухтактными двигателями с диаметром цилиндра около 20 мм. К этим двум крайностям относятся среднеоборотные дизельные двигатели, автомобильные дизели для тяжелых условий эксплуатации, двигатели грузовых и легковых автомобилей, авиационные двигатели, двигатели мотоциклов и небольшие промышленные двигатели. Из всех этих типов бензиновые и дизельные двигатели легковых автомобилей занимают видное место, поскольку они, безусловно, являются крупнейшими производимыми двигателями в мире; как таковые, их влияние на социальную и экономическую жизнь имеет первостепенное значение.

Большинство поршневых двигателей внутреннего сгорания работают в так называемом четырехтактном цикле (рис. 1), который подразделяется на четыре процесса: впуск, сжатие, расширение / мощность и выпуск. Каждому цилиндру двигателя требуется четыре хода поршня, что соответствует двум оборотам коленчатого вала, чтобы завершить последовательность, которая приводит к выработке мощности.

Рисунок 1. Цикл четырехтактного двигателя.

Такт впуска инициируется движением вниз поршня, который втягивает в цилиндр свежую топливно-воздушную смесь через узел порта / клапана и заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). Смесь создается либо с помощью карбюратора (как в обычных двигателях), либо путем впрыска бензина под низким давлением во впускной канал через инжектор игольчатого типа с электронным управлением (как в более совершенных двигателях). Фактически, процесс впуска начинается с открытия впускного клапана непосредственно перед верхней мертвой точкой (ВМТ) и заканчивается, когда впускной клапан (или клапаны в четырехклапанных двигателях на цилиндр) закрывается вскоре после НМТ. Время закрытия впускного клапана (ов) зависит от конструкции впускного коллектора, которая влияет на газовую динамику и объемный КПД двигателя, а также на частоту вращения двигателя.

За тактом впуска следует такт сжатия , который фактически начинается при закрытии впускного клапана. Его цель — подготовить смесь к горению за счет повышения ее температуры и давления. Горение инициируется энергией, выделяемой через свечу зажигания в конце такта сжатия, и связано с быстрым ростом давления в цилиндре.

Такт увеличения мощности или расширения начинается с поршня в ВМТ сжатия и заканчивается в НМТ. В этот момент газы с высокой температурой и давлением, образующиеся во время сгорания, толкают поршень вниз, заставляя рукоятку вращаться. Непосредственно перед тем, как поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан (ы), и сгоревшие газы могут выходить из цилиндра из-за разницы давлений между цилиндром и выпускным коллектором.

Этот ход выхлопа завершает цикл двигателя, откачивая цилиндр от сгоревших, частично сгоревших или даже несгоревших газов, выходящих из процесса сгорания; следующий цикл двигателя начинается, когда впускной клапан открывается около ВМТ, а выпускной клапан закрывается на несколько градусов позже.

Важно отметить, что свойства бензина в сочетании с геометрией камеры сгорания оказывают значительное влияние на продолжительность горения, скорость повышения давления и образования загрязняющих веществ . При определенных условиях смесь конечного газа может самовоспламеняться до того, как пламя достигнет этой части цилиндра, что приведет к детонации , которая вызывает колебания давления высокой интенсивности и частоты.

Способность бензинового топлива противостоять самовоспламенению и, таким образом, предотвращать возможное повреждение двигателя в результате детонации характеризуется своим октановым числом .До недавнего времени добавление небольшого количества свинца в бензин было предпочтительным методом подавления детонации, но связанные с этим риски для здоровья в сочетании с необходимостью использования катализаторов для снижения выбросов выхлопных газов вызвали необходимость введения неэтилированного бензина. Это требует уменьшения степени сжатия двигателя (отношения объема цилиндра в НМТ к объему в ВМТ), чтобы предотвратить детонацию с нежелательным влиянием на термический КПД.

Как уже упоминалось, четырехтактный цикл, также известный как цикл Отто по имени его изобретателя Николауса Отто, который построил первый двигатель в 1876 году, обеспечивает рабочий ход на каждые два оборота коленчатого вала.Один из способов увеличить выходную мощность двигателя заданного размера — преобразовать ее в двухтактный цикл (рис. 2), в котором мощность вырабатывается при каждом обороте двигателя.

Рисунок 2. Цикл двухтактного двигателя.

Поскольку этот режим работы приводит к увеличению выходной мощности — хотя и не до двойного уровня, ожидаемого из простых расчетов, — он широко используется в мотоциклах, легковых автомобилях и морских судах как с искровым зажиганием, так и с дизельными двигателями.Дополнительным преимуществом является простая конструкция двухтактных двигателей, поскольку они могут работать с боковыми отверстиями в гильзе, закрытыми и открытыми движением поршня, вместо громоздкой и сложной конструкции верхнего кулачка.

В двухтактном цикле такт сжатия и начинается после того, как впускные и выпускные боковые порты закрываются поршнем; топливно-воздушная смесь сжимается и затем воспламеняется свечой зажигания, аналогично зажиганию в четырехтактном бензиновом двигателе, чтобы инициировать сгорание около ВМТ.В то же время свежий заряд может попасть в картер перед его последующим сжатием движущимся вниз поршнем во время хода мощности или расширения . В этот период сгоревшие газы толкают поршень, пока он не достигнет НМТ, что позволяет открыть сначала выпускные отверстия, а затем впускные (переходные) отверстия. Открытие выпускных отверстий позволяет сгоревшим газам выходить из цилиндра, в то время как частично в то же время свежий заряд, сжатый в картере, входит в цилиндр через правильно ориентированные перекачивающие каналы.

Перекрытие тактов впуска и выпуска в двухтактных двигателях является причиной того, что часть свежего заряда вытекает непосредственно из цилиндра во время процесса продувки. Несмотря на различные попытки уменьшить масштаб этой проблемы путем введения дефлектора в поршень (рис. 2) и направления входящего заряда от места расположения выпускных отверстий, эффективность зарядки в обычных двухтактных двигателях остается относительно низкой. Решение этой проблемы состоит в том, чтобы подавать топливо непосредственно в цилиндр, отдельно от свежего воздуха, через форсунки с подачей воздуха в период, когда и выпускной, и перекачивающий каналы закрыты.Несмотря на короткий период, доступный для перемешивания, распылители с подачей воздуха могут создавать однородную обедненную смесь во время воспламенения за счет образования капель бензина со средним диаметром менее 40 мкм, которые очень легко испаряются во время такта сжатия.

Среди различных типов двигателей внутреннего сгорания дизельный двигатель или двигатель с воспламенением от сжатия славится своим высоким КПД, пониженным расходом топлива и относительно низкими общими выбросами газов. Его название происходит от немецкого инженера Рудольфа Дизеля (1858-1913), который в 1892 году описал в своем патенте вид двигателя внутреннего сгорания, который не требует внешнего источника воспламенения и в котором сгорание инициируется самовоспламенением жидкого топлива, впрыскиваемого в него. воздух с высокой температурой и давлением в конце такта сжатия.

Преимущества, присущие дизельному двигателю с точки зрения эффективности, проистекают из его бедных общих соотношений смеси, высоких степеней сжатия двигателя, обеспечиваемых за счет отсутствия воспламенения (детонации) отходящих газов и более высоких степеней расширения. Как следствие, дизельные двигатели в двухтактной или четырехтактной конфигурации традиционно были предпочтительными силовыми установками для коммерческих применений, таких как корабли / катера, энергогенераторы, локомотивы и гусеницы, и в течение последних 20 лет или около того. , легковые автомобили, особенно в Европе.

Недостаток низкой выходной мощности дизельных двигателей был устранен за счет использования нагнетателей или турбонагнетателей, которые увеличивают отношение мощности к массе двигателя за счет увеличения плотности воздуха на входе. Ожидается, что турбокомпрессоры станут стандартными компонентами всех будущих дизельных двигателей независимо от области применения.

Работа дизельного двигателя отличается от двигателя с искровым зажиганием, главным образом, тем, как смесь образуется перед сгоранием.Только воздух вводится в двигатель через винтовой или направленный канал, и топливо смешивается с воздухом во время такта сжатия после его впрыска под высоким давлением в форкамерный дизель с непрямым впрыском или IDI) или в главную камеру (дизельное топливо с прямым впрыском. или DI) непосредственно перед началом горения.

Необходимость в достижении хорошего смешивания топлива с воздухом в дизельных двигателях удовлетворяется за счет систем впрыска топлива под высоким давлением, которые образуют капли со средним диаметром около 40 мкм. В легковых автомобилях системы впрыска топлива состоят из роторного насоса, нагнетательных трубок и форсунок топливных форсунок, конструкция которых различается в зависимости от области применения; В дизельных двигателях с прямым впрыском используются форсунки с отверстиями, в то время как в дизелях с непрямым впрыском используются форсунки игольчатого типа.В более крупных дизельных двигателях используются насосы с рядным впрыском топлива, насос-форсунки (насос и форсунка, объединенные в один блок) или отдельные одноствольные насосы, которые устанавливаются рядом с каждым цилиндром.

За последние 20 лет или около того осознание того, что ресурсы сырой нефти ограничены и что окружающая среда, в которой мы живем, становится все более и более загрязненной, побудило правительства принять законы, ограничивающие уровней выбросов выхлопных газов транспортных средств. и двигатели всех типов. С момента их введения в Японии и США в конце 60-х годов и в Европе в 1970 году нормы выбросов постоянно становятся более строгими, и производители двигателей сталкиваются с самой серьезной проблемой в истории со стандартами, согласованными на 1996 год и позднее, которые для легковых автомобилей кратко изложены в таблице. 1.Ожидается, что новые стандарты, которые будут введены в Европе в 2000 году, будут еще ниже, после калифорнийских уровней, которые требуют нулевых уровней выбросов после начала века. Однако неясно, будут ли существующие двигатели соответствовать этим ограничениям, несмотря на отчаянные попытки инженеров по всему миру.

Таблица 1. Европейские стандарты выбросов в 1996 г.

Рисунок 3. Модель трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.

Из таблицы 1 видно, что основными загрязнителями в двигателях с искровым зажиганием являются углеводороды (HC), монооксид углерода (CO) и оксиды азота (NO _x = NO + NO ₂ ), а в дизельных двигателях. , NO _x и твердые частицы, состоящие из частиц сажи, образующихся при сгорании смазочного масла и углеводородов, являются наиболее вредными.

В настоящее время трехкомпонентные катализаторы, которые являются стандартным компонентом современных легковых автомобилей, оснащенных двигателями с искровым зажиганием, работающими на неэтилированном бензине, позволяют примерно на 90% снизить выбросы HC, CO и NO _x путем их преобразования в двуокись углерода ( CO ₂ ), вода (H ₂ O) и N ₂ .

К сожалению, эти катализаторы требуют стехиометрической (соотношение воздух-топливо ~ 14,5) работы двигателя, что нежелательно как с точки зрения расхода топлива, так и с точки зрения выбросов CO ₂ .Альтернативным подходом является концепция сжигания обедненной смеси, которая обещает одновременное снижение расхода топлива и выбросов выхлопных газов за счет удовлетворительного сжигания бедных смесей с соотношением воздух-топливо, намного превышающим 20. Ожидается, что разработка катализаторов сжигания обедненной смеси с эффективностью преобразования более 60% может позволить двигателям сжигания бедной смеси соответствовать будущему законодательству по выбросам; это область активных исследований как в промышленности, так и в академических кругах. С другой стороны, новые дизельные двигатели зависят от двухкомпонентных или окислительных катализаторов для уменьшения количества твердых частиц в выхлопных газах за счет преобразования углеводородов в CO ₂ и H ₂ O, а также от рециркуляции выхлопных газов и замедленного времени впрыска для снижения NO. _x уровней.

ССЫЛКИ

Аркуманис, К. (Ред.) (1988) Двигатели внутреннего сгорания . Академическая пресса.

Блэр, Г. П. (1990) Базовая конструкция двухтактных двигателей . Общество Автомобильных Инженеров.

Фергюсон, К. Р. (1986) Двигатели внутреннего сгорания . Джон Вили и сыновья.

Хейвуд, Дж. Б. (1988) Основы двигателя внутреннего сгорания . Макгроу Хилл.

Стоун Р. (1992) Введение в двигатели внутреннего сгорания .Macmillan Education Ltd. 2-е изд.

Уивинг, Дж. Х. (ред.) (1990) Техника внутреннего сгорания: наука и технологии . Прикладная наука Elsevier.

Интересная история двигателя внутреннего сгорания

Если у вас есть автомобиль, работающий на бензине или дизельном топливе, то у вас также есть двигатель внутреннего сгорания. Этот двигатель, по сути, заставляет автомобиль двигаться. Большинство людей не задумывается о технике, стоящей за этой впечатляющей машиной. Мы знаем, что двигатель является важной частью автомобиля, но многие люди не понимают, почему именно этот тип двигателя является лучшим выбором.История двигателя внутреннего сгорания довольно интересна.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Существует два разных типа двигателей внутреннего сгорания: двигатель внутреннего сгорания и двигатель внешнего сгорания. В последнем случае топливо, как и уголь, сжигается вне двигателя. Горящее топливо нагревает жидкость, расположенную внутри двигателя, чтобы дать ему энергию, необходимую для работы. Так приводится в действие паровой двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания работает немного иначе.Вместо того, чтобы нагревать топливо снаружи, в двигатель впрыскивается смесь топлива и кислорода, и искра воспламеняет топливо, вызывая крошечные взрывы (или возгорания). Вот почему так важно всегда заменять неисправную свечу зажигания.

Двигатель автомобиля состоит из движущихся поршней и неподвижных цилиндров. Как только топливо воспламеняется, небольшой взрыв заставляет поршни проходить через цилиндр, который затем приводит в движение коленчатый вал. Коленчатый вал затем преобразует энергию в энергию вращения, которая позволяет колесам автомобиля вращаться.

Когда был изобретен двигатель внутреннего сгорания?

С начала 17 века несколько ученых вплотную подошли к созданию двигателя внутреннего сгорания. Однако в 1860 году человек по имени Жан Жозеф Этьен Ленуар запатентовал первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания. В то время у двигателя был только один цилиндр, что приводило к перегреву. Но он был способен приводить в движение трехколесную машину, которая могла развивать скорость около двух миль в час.

Это была огромная веха для двигателей внутреннего сгорания, потому что Ленуар доказал, что этот тип двигателя может работать непрерывно.Двигаясь вперед, другие изобретатели создали более эффективные двигатели внутреннего сгорания. В 1878 году Николаус А. Отто построил первый в мире четырехтактный двигатель. В том же году сэр Дуглас Клерк успешно создал первый двухтактный двигатель.

Как эволюционировал двигатель внутреннего сгорания?

Благодаря выдающимся умам нескольких изобретателей XIX века двигатель внутреннего сгорания стал одним из самых популярных и эффективных двигателей. Он продолжал развиваться в течение 20-го века, чтобы стать более эффективным.В 1955 году были добавлены топливные форсунки, которые помогли двигателям работать более плавно и избавили от необходимости регулировать воздушную заслонку для запуска автомобиля.

Примерно десять лет спустя в автомобильной промышленности появились двигатели с турбонаддувом. Другие функции, такие как степень сжатия и отключение цилиндров, были позже добавлены к двигателям, чтобы сделать их более мощными и эффективными. Двигатель внутреннего сгорания прошел долгий путь. Однако с учетом того, как технологии меняют автомобильную промышленность, мы не сомневаемся, что двигатель внутреннего сгорания будет продолжать развиваться.

Двигатель внутреннего сгорания продолжает совершенствоваться по мере роста ажиотажа в отношении электромобилей

Это может быть рассвет эры электромобилей, но 2018 год стал феноменальным годом для скромного двигателя внутреннего сгорания.

Среди наиболее заметных достижений: General Motors выпустила полноразмерные пикапы, которые могут работать всего с двумя цилиндрами, Mercedes-Benz представила свой первый новый рядный шестицилиндровый двигатель за более чем 20 лет, а Nissan Motor Co. представила первую в отрасли переменную. -компрессионный двигатель, который уникальным образом уравновешивает экономию топлива и мощность.Между тем поставщики бешеными темпами разрабатывают технологии экономии топлива.

«Бензиновые двигатели будут оставаться очень и очень актуальными в течение долгого времени», — сказал Эд Ким, вице-президент по отраслевому анализу AutoPacific. «Потому что даже с этим стремлением к электрификации, точка, в которой мы доберемся до полного парка аккумуляторных электромобилей по всей стране, очень далека».

Несмотря на ажиотаж, вызванный Tesla, даже самые оптимистичные прогнозы требуют, чтобы на полные электромобили приходилось только около 8 процентов от общего объема потребления.Рынок С. к 2025 году. Сегодня они составляют менее 2 процентов.

Для обслуживания остальных 90% покупателей автопроизводители вкладывают средства в новые архитектуры двигателей и технологии, которые увеличивают мощность, сокращают выбросы и повышают эффективность. Toyota Motor Corp., например, планирует заменить почти все свои двигатели до 2023 года, и только в ближайшие три года планируется выпустить 17 версий из девяти новых двигателей. Fiat Chrysler Automobiles работает над 3,0-литровым рядным шестицилиндровым двигателем с турбонаддувом, который может заменить некоторые V-8; он, вероятно, начнет появляться в автомобилях Jeep примерно в 2020 году.

«Я бы не увидел прекращения работы двигателей внутреннего сгорания на горизонте», — сказал Automotive News генеральный директор Volkswagen Герберт Дисс. «Мы все еще работаем над следующим поколением бензиновых двигателей. Они станут более экономичными. У нас будут 48-вольтовые системы start-stop и мягкие гибридные системы. Там еще предстоит много улучшений. с другой стороны, улучшение — поколение двигателя за поколением двигателя — будет уменьшено, потому что здесь не намного больше [эффективности].Низко висящие плоды исчезли ».

Двигатель внутреннего сгорания еще не мертв

Вопрос в том, насколько лучше могут быть газовые двигатели. Обычные поршневые двигатели прошли долгий путь, и технические усовершенствования, такие как прямой впрыск топлива, регулируемый Системы фаз газораспределения и отключения цилиндров в настоящее время широко распространены. Наряду с инновациями в легких материалах кузова и трансмиссиях с двойным сцеплением, неуклонно растет пробег, поэтому, естественно, теперь труднее получить дальнейший выигрыш — обычно в однозначных процентах.

Почему электромобили не завоевывают популярность?

Это зависит от того, что подразумевается под словом «электрический». Сегодня в Соединенных Штатах только около дюжины новых моделей работают исключительно на двигателях, работающих от батарей; В пять раз больше моделей в выставочных залах используют комбинацию бензинового или дизельного двигателя и электродвигателя. Эти гибриды, некоторые из которых имеют большие батареи, которые можно перезаряжать, подключившись к электросети, могут быть очень эффективными. Но из-за дополнительного оборудования их начальная стоимость выше.Электрифицированные автомобили всех типов продаются бодро по сравнению с предыдущими годами, но они по-прежнему составляют крошечную часть от общего рынка в этой стране. В июле на долю гибридов и электричества пришлось 44 000 продаж на общем рынке в 1,4 миллиона автомобилей.

Даже планы в Европе по запрету продажи новых автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем потребуют десятилетий, чтобы полностью реализовать их. Правила вступят в силу только через 20 лет. Кроме того, средний возраст 270 миллионов легковых автомобилей на дорогах в Соединенных Штатах сегодня приближается к 12 годам, поэтому даже если продажи новых бензиновых автомобилей прекратятся немедленно, автопарку потребуется более десяти лет. переключиться.

Но такие автомобили, как Toyota Prius, все же могут быть более экономичными, не так ли?

Гибриды, такие как Prius, могут продолжать экономить деньги при каждой заправке, но это еще не все. В своем тесте минивэна Chrysler Pacifica Hybrid 2017 года, модели с подключаемым модулем, которая, по утверждению правительства, может проехать 33 мили только от батареи, Car and Driver подсчитала, что окупаемость гибридной премии в размере 2100 долларов составит более восьми лет (на основе вождения 12 000 миль в год и до налоговых льгот). Итак, да, есть экономия, если вы проезжаете много миль или склонны долго держаться за транспорт.Расчет изменится, если газ станет дороже. Тем не менее, гибрид более безопасен для планеты с точки зрения выбросов выхлопных газов и парниковых газов.

Чего еще нам следует ожидать от двигателей в будущем?

К 2050 году, согласно исследовательскому проекту доктора Хейвуда, сегодняшняя экономия топлива может быть увеличена вдвое. «От четверти до трети этих улучшений будет связано с улучшением автомобиля», — сказал он, в таких областях, как аэродинамика и снижение веса. Другие многообещающие области включают переменную степень сжатия — технологию, которую Nissan планирует внедрить в следующем году, — и более эффективное использование доступного топлива.

Вот вопрос, учить ли горению или электрохимии? Доктор Хейвуд все еще борется с этим, хотя и признает, что ответ — «оба из вышеперечисленных». Эта тема стала темой подготовленной им презентации, а концепцию электрификации можно найти на большинстве страниц.

Как двигатель внутреннего сгорания становится лучше

По мере того, как одно место за другим предпринимаются шаги по запрету бензиновых автомобилей в следующие несколько десятилетий — Норвегия, Нидерланды, Великобритания, Индия, Китай, Калифорния, Париж — становится все труднее и все труднее отрицать, что будущее за электричеством.И двигатель внутреннего сгорания, который движет мировым движением на протяжении более столетия, скоро сделает последний глоток воздуха, который он так загрязнен.

Но электромобили еще далеко не готовы к такому поглощению. Пока Tesla изо всех сил пытается создать масштабную модель 3 для массового рынка, остальная часть автомобильной промышленности активно обсуждает натиск с батарейным питанием, но большинство из них не станет выпускать модели в реальных количествах в течение многих лет. В США электромобили по-прежнему составляют менее 1 процента продаж новых автомобилей.Путь к 100% будет долгим, и двигатель без боя не уступит эту землю.

За 133 года, прошедшие с тех пор, как Карл Бенц установил четырехтактный двигатель на свой трехколесный автомобиль в 1885 году, инженеры по всему миру вели нескончаемую войну, чтобы выжать больше мощности из меньшего количества топлива. Силовая установка под капотом современного автомобиля имеет систему впрыска топлива, часто более одного турбокомпрессора, регулируемое управление клапанами, каталитические преобразователи и электронный мозг для наблюдения за всем этим. Это сложные, универсальные и масштабируемые машины, которые используют мощность крошечных взрывов тысячи раз в секунду.Они приводят в движение автомобили, грузовики, поезда, корабли, воздуходувки и многое другое. И они продолжают поправляться.

«Двигатель внутреннего сгорания может быть даже не среднего возраста», — говорит Дон Хиллебранд, который руководит транспортными исследованиями в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. В таких лабораториях, как его, исследователи работают над тем, чтобы газовые и дизельные автомобили были максимально чистыми и эффективными. Они сосредоточены на трех областях: компьютерное управление, материалы и обработка топлива и воздуха. Поэтому мы поехали в Аргонн, чтобы посмотреть, как, по словам Хиллебранда, можно добиться 50-процентного повышения эффективности использования топлива.

Оказывается, даже если будущее за электричеством, его еще нет.

---

Engine Evolution

Инженеры создают самый маленький в мире роторный двигатель внутреннего сгорания

Самый маленький двигатель такого рода в мире, созданный в лаборатории в Беркли, когда-нибудь сможет заменить батареи в качестве эффективного источника энергии для мобильных устройств, таких как портативные компьютеры.

Миниатюрный двигатель размером не больше стопки пенни — первый двигатель такого размера, обеспечивающий постоянную мощность.Сделанный из стали, двигатель также является прототипом попытки Беркли создать двигатель еще меньшего размера, химически вытравленный из кремния.

«Мы находимся на переднем крае исследований того, как генерировать энергию с использованием мельчайших компонентов», — сказал Карлос Фернандес-Пелло, профессор машиностроения, который разработал двигатель с помощью Кенджи Мияска из Университета Фукуи в Японии, постдокторантура Беркли. исследователь Дэвид Вальтер и аспиранты Кельвин Фу, Аарон Кноблох и Фабиан Мартинес.

В настоящее время двигатель может производить до 2,5 Вт электроэнергии, достаточной для питания велосипедной фары. Но Фернандес-Пелло и его команда наращивают мощность двигателя до 30 Вт, чего достаточно для питания слабой лампочки, но достаточно для питания электронных устройств.

Как и двигатель в вашем автомобиле, мини-двигатель производит движение за счет контролируемого сгорания, которое происходит, когда топливо, такое как бензин, объединяется с кислородом и искрой в камере. Высвобождаемая энергия приводит в движение ротор, который может быть присоединен к зубчатой ​​передаче, чтобы колеса автомобиля вращались или приводили в движение другие механизмы.

Мини-двигатель разработан для работы на жидком углеводородном топливе, таком как бутан или пропан, химических аналогах бензина. Одна жидкая унция топлива позволит двигателю работать в течение двух часов. После оптимизации крошечный двигатель сможет работать в 10 раз дольше, чем обычный литий-ионный аккумулятор. Мотор и топливо вместе весят лишь часть веса стандартной батареи, используемой в цифровой камере.

Названный роторным двигателем или двигателем Ванкеля в честь своего изобретателя, эта конструкция не использовалась так широко, как поршневой двигатель, используемый в большинстве современных автомобилей, хотя он действительно появлялся в некоторых моделях Mazda RX-7 и снова появляется в концепт-кары завтрашнего дня.

Команда Беркли надеется, что когда-нибудь мини-двигатель можно будет использовать для питания электронных устройств, таких как компьютеры или роботы. Фернандес-Пелло рассматривает это как первый шаг в разработке двигателей меньшего размера, изготовленных с использованием микроэлектромеханической (МЭМС) технологии. Конструкция миниатюрного двигателя идеальна для миниатюризации из-за своей простоты, а компоненты относительно легко изготовить с использованием технологии травления кремния.

Такой миниатюрный двигатель размером с булавочную головку будет сделан из деталей, вытравленных из кремния в процессе, аналогичном тому, который используется для изготовления компьютерных микропроцессоров.В этом процессе свет используется для выжигания областей кремния до тех пор, пока не останется только желаемая форма. Исследователи представляют микродвигатель, способный производить энергию для сотовых телефонов и других небольших электронных устройств. Этот поистине крошечный двигатель будет иметь пропорции, аналогичные пропорциям стального мини-двигателя, но потреблял бы около одной тысячной унции топлива на два часа работы.

Введение в авиационные двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ВС) — это силовая установка, используемая сегодня почти на всех легких самолетах авиации общего назначения.Электрические авиационные двигатели обещают новое и более чистое будущее в авиации, но до них еще далеко, они используются в прототипах, но еще не вошли в массовое распространение. Поэтому мы сосредоточимся на двигателе внутреннего сгорания в этой серии, обсуждая двигательную установку легкого самолета.

Возвратно-поступательное движение

Летательный аппарат в прямом и горизонтальном полете подвергается воздействию четырех основных сил, которые необходимо уравновесить, чтобы самолет оставался в равновесии. Вес самолета уравновешивается подъемной силой, создаваемой крылом и горизонтальным стабилизатором в вертикальном направлении.Когда самолет движется по воздуху, возникает сопротивление или сила сопротивления, которой необходимо противодействовать, чтобы поддерживать скорость полета вперед. Этот противовес лобовому сопротивлению называется силой тяги и создается комбинацией двигателя и гребного винта.

Рисунок 1: Основные силы в полете

Двигатель внутреннего сгорания работает по принципу преобразования возвратно-поступательного движения (поршни движутся вверх и вниз) во вращательное движение (вращение коленчатого вала), которое используется для привода винта.Для перемещения поршней требуется энергия: эта сила создается при сгорании смеси топлива и воздуха, которая заставляет поршень двигаться и тем самым производит полезную работу. Тогда говорят, что химическая энергия (топливо) была преобразована в механическую энергию.

Давайте посмотрим на различные компоненты, из которых состоит типичный двигатель внутреннего сгорания.

Компоненты двигателя внутреннего сгорания

На изображении ниже показан внешний вид типичного двигателя внутреннего сгорания.Далее обсуждается каждый из основных компонентов.

Рисунок 2: Разрез типичного авиационного двигателя внутреннего сгорания

Поршни

Поршень является возвратно-поступательным элементом двигателя и отвечает за передачу усилия от расширяющихся газов в камере сгорания цилиндра на коленчатый вал через шатун. На разрезе выше не показан корпус цилиндра, внутри которого движется каждый поршень.

Рисунок 3: Расположение поршня и головки блока цилиндров.

Поршни обычно отливаются из алюминиевых сплавов.В приложениях с более высокими характеристиками (обычно в гоночных двигателях) поршень может быть кованым, а не литым. Поршень не контактирует напрямую с цилиндром, но газовое уплотнение между стенкой цилиндра и поршнем поддерживается за счет использования поршневых колец и масляной смазки. Эти кольца установлены в пазах, вырезанных в поршне, и изготовлены из чугуна. Обычно устанавливается несколько поршневых колец, расположенных чуть ниже днища поршня. На поршень самолета обычно устанавливают три различных типа колец: компрессионные кольца, маслосъемные кольца и маслосъемные кольца.

Рисунок 4: Поршень с установленными поршневыми кольцами

Компрессионные кольца находятся в верхней части поршня, чуть ниже головки. Эти кольца обеспечивают герметичное уплотнение между цилиндром и поршнем во время такта сжатия и сгорания четырехтактного цикла.

Маслосъемные кольца расположены под компрессионными кольцами. Эти кольца предназначены для обеспечения циркуляции масла изнутри поршня к стенкам цилиндра. Эта циркуляция осуществляется через набор небольших отверстий для слива масла.

Маслосъемные кольца расположены рядом с нижней частью поршня и имеют такую ​​форму, что они могут соскребать масло вверх и вниз по цилиндру во время движения поршня. Излишки масла удерживаются во время хода вверх, а затем возвращаются в картер во время хода вниз.

Картер двигателя

Картер — это название корпуса, в котором находятся коленчатый вал и шатуны, соединяющие поршень с коленчатым валом. Картер авиационного двигателя обычно изготавливается из литого или кованого алюминия.Это обеспечивает достаточную прочность и жесткость, чтобы удерживать коленчатый вал на месте, сохраняя при этом массовые преимущества алюминия перед сталью.

Смазочное масло двигателя хранится в нижней части картера двигателя с мокрым картером. Масло проходит через двигатель, смазывая коленчатый вал, шатунные подшипники и другие металлические детали. Масло попадает на стенки цилиндра, проходит через поршни, а затем стекает обратно в картер.

В системе с сухим картером масло хранится не в картере, а в отдельном внешнем резервуаре.Система смазки двигателя более подробно обсуждается в посте, посвященном смазке и охлаждению двигателя.

Шатун

Шатун (шатун) — это металлический компонент, который образует связь между поршнем и коленчатым валом. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для привода гребного винта и создания тяги.

Шатуны прикреплены к коленчатому валу с помощью крышки и стопорных болтов.Подшипник, установленный внутри крышки, позволяет шатуну преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Поршень прикреплен к шатуну с помощью поршневого пальца (также называемого поршневым пальцем или пальцем кисти), удерживаемого на месте с помощью набора пружинных зажимов.

Рисунок 5: Обозначенные компоненты шатуна

Коленчатый вал

Коленчатый вал — это вращающийся вал, на котором крепятся шатуны и поршни. Когда поршни двигаются вверх и вниз, это возвратно-поступательное движение преобразуется коленчатым валом во вращательное движение.Коленчатый вал размещен в картере и состоит из шейки, щеки кривошипа и шатунной шейки.

Рисунок 6: Компоненты коленчатого вала

Шатуны прикреплены к шатунным шейкам, а коленчатый вал поддерживается блоком двигателя через набор подшипников на шейках коленчатого вала.

К коленчатому валу часто прикрепляют маховик, который накапливает энергию вращения и обеспечивает более постоянную скорость вращения, чем это было бы возможно при возвратно-поступательном движении поршней.

Клапаны

Любой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен иметь как минимум два клапана на цилиндр: один для впуска топливно-воздушной смеси, а другой для выпуска газов после сгорания. В авиационных двигателях обычно используется двухклапанная конструкция. Многие автомобильные двигатели используют четырехклапанный механизм (два впускных и два выпускных), что улучшает поток впускных и выхлопных газов.

Клапаны должны сохранять свою прочность и форму при высоких температурах, поэтому их обычно изготавливают из высокопрочных сталей.Выпускные клапаны обычно меньше впускных, чтобы уменьшить вероятность преждевременного воспламенения или детонации. Выпускной клапан обычно является самой горячей частью двигателя, а клапан меньшего размера снижает вероятность того, что высокие температуры могут вызвать преждевременное воспламенение топливно-воздушной смеси, добавленной во время такта впуска.

Впускной и выпускной клапаны известны как тарельчатые клапаны и состоят из длинного штока, шейки и заглушки или головки. Головка состоит из двух поверхностей: поверхности горения и поверхности седла.Клапаны перемещаются вверх и вниз через направляющую клапана, открывая и закрываясь в определенные моменты цикла четырехтактного двигателя. Выбор фаз газораспределения определяется вращением распределительного вала, о котором идет речь.

Рисунок 7: Типовой клапан двигателя

Распределительный вал

Впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются с помощью распределительного вала, который приводится в движение от двигателя приводным ремнем, соединяющим коленчатый вал с распределительным валом. В четырехтактном цикле каждый клапан должен открываться и закрываться один раз за полный цикл, при котором коленчатый вал совершает два полных оборота.Следовательно, распределительный вал должен приводиться в движение на половине скорости вращения двигателя — это достигается за счет механической передачи.

Распределительный вал изготавливается с несколькими кулачками или кулачками, каждый из которых расположен над клапаном и приводит в движение этот клапан. Форма кулачка определяет, как клапан открывается и закрывается, а ориентация выступа определяет последовательность, в которой работает клапан. Проще всего визуализировать это движение, обратившись к приведенной ниже анимации.

Рис. 8: Клапаны двигателя, приводимые в движение верхним кулачком

На авиационных двигателях клапаны управляются не напрямую через контакт с кулачком, а через систему толкателя и коромысла, которые соединяют кулачок с клапаном. Эта система допускает наличие зазора или зазора между коромыслом и наконечником клапана. Этот зазор важен, поскольку температура двигателя изменяется во время работы, что приводит к расширению клапана при более высоких температурах. Без зазора между наконечником клапана и коромыслом повышение температуры приведет к позднему открытию или преждевременному закрытию клапанов, что приведет к ухудшению работы двигателя и потере мощности.Зазор можно отрегулировать, обычно с помощью винта на узле коромысла.

Наконец, в каждый клапан встроены две пружины, которые помогают быстро закрыть клапан и гасить любой дребезг клапана, который может произойти из-за вибраций, присущих работе двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 9: Коромысло клапана двигателя

Свечи зажигания

Свеча зажигания предназначена для воспламенения топливно-воздушной смеси, поступающей во впускное отверстие цилиндра.Это сгорание затем заставляет поршень опускаться во время рабочего такта четырехтактного цикла. Свеча зажигания работает, принимая очень высокое напряжение от системы зажигания самолета, которое затем перескакивает между центральным электродом и заземленной внешней стороной свечи, в результате чего возникает искра. Это похоже на то, как молния прыгает между облаком и Землей. Для этого напряжение должно быть очень высоким — обычно в диапазоне от 5000 до 20000 В. Искра возникает, поскольку центральный электрод изолирован от заземленной внешней части вилки, и поэтому высокое напряжение должно преодолевать воздушный зазор. между ними возникает искра.Изоляция чаще всего достигается с помощью керамической вставки, которая не проводит электричество.

Свечи зажигания подразделяются на горячие и холодные. Керамическая вставка на горячей вилке имеет меньшую площадь контакта с металлической частью вилки, чем холодная вилка. Поэтому горячие свечи отводят тепло медленнее, чем холодные свечи, и лучше подходят для работы в более холодных двигателях с более низкой степенью сжатия. И наоборот, холодные свечи лучше подходят для работы в более горячих двигателях с более высокой степенью сжатия, поскольку они способны более эффективно рассеивать тепло.

Свеча зажигания должна потреблять высокое напряжение, генерируемое системой зажигания самолета. Напряжение поступает в вилку через выемку (клемму), которая удерживается гайкой и закрыта водонепроницаемым уплотнением.

Авиационные двигатели всегда имеют две отдельные системы зажигания, чтобы увеличить резервирование и снизить риск отказа двигателя на критическом этапе полета. Поскольку двойные системы зажигания полностью разделены, в каждом цилиндре будут установлены две свечи зажигания — по одной для каждой системы.

Рисунок 10: Свечи зажигания для самолетов с горячим и холодным током Компоновка поршневого двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легких самолетах, обычно соответствуют одной из ряда стандартных компоновок, которые классифицируются в соответствии с расположением цилиндров относительно коленчатого вала. Сейчас мы познакомим вас с несколькими распространенными макетами.

Рядный двигатель

Рядные двигатели

характеризуются вертикальным расположением цилиндров, расположенных в одну линию вдоль картера. Одним из преимуществ такой компоновки является низкая площадь лобовой части, которую двигатель представляет для встречного воздуха.Низкая площадь лобовой части означает, что капот двигателя может быть уменьшен, что снижает влияние лобового сопротивления самолета.

Проблемы с охлаждением задних цилиндров при рядном расположении обычно ограничивают количество цилиндров, которые могут быть размещены на двигателе.

Установка перевернутого рядного двигателя (такого как deHavilland Gipsy Major, показанного ниже) на самолет с носовым колесом может быть затруднительной из-за расположения цилиндров. Поэтому эти двигатели обычно устанавливаются на самолетах с хвостовым колесом.

Рисунок 11: Пример встроенного движка. Источник: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DHGipsyMajorengineDrover.JPG

Горизонтально противоположный (плоский) двигатель

Это расположение цилиндров, наиболее часто встречающееся в легких самолетах авиации общего назначения. Здесь цилиндры расположены горизонтально в два ряда с равным количеством цилиндров на каждом из них. Каждый цилиндр соединен с соответствующим цилиндром на противоположном берегу, чтобы свести к минимуму вибрацию. Коленчатый вал расположен по центру между двумя рядами цилиндров.

Горизонтально расположенные двигатели можно сделать короче, чем эквивалентный рядный двигатель, поскольку цилиндры размещены в двух рядах, а не в одном. Однако при такой компоновке двигатель шире и должен изготавливаться с двумя отдельными головками блока цилиндров, а не с одной.

Рисунок 12: Пример горизонтально расположенного двигателя. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Lycoming_AEIO-540-D4A5.jpg

В таблице ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных горизонтально-оппозитных двигателей, используемых сегодня в легких самолетах, а также некоторые примеры самолет у них мощность.

Название двигателя	Примеры самолетов	№ цилиндров	Рабочий объем	Выходная мощность
Семейство Lycoming O-320	Cessna 172, Cessna 177, Piper PA-28 Cherokee, Piper PA-30 Twin Comanche, Robinson R22	4	320 куб. Дюймов (5,24 л)	150-160 л.с.
Семейство Lycoming O-540	Cessna 182, Cessna 206, Piper PA-32 Cherokee Six, Vans RV-10	6	541.5 кубических дюймов (8,87 л)	230-350 л.с.
Семейство Continental IO-360	Cirrus SR20, Mooney M20, Piper PA-34 Seneca	6	5,9 л (360 куб. Дюймов)	180-225 л.с.
Семейство Rotax 912	Tecnam Echo, Diamond DA-20, CSA Sportcruiser	4	1,2 л (74 куб. Дюйма)	80-100 л.с.

Радиальный двигатель

Радиальные двигатели состоят из группы цилиндров, расположенных радиально вокруг центрального коленчатого вала, подобно спицам колеса.Цилиндры данного ряда расположены в одной плоскости радиально от коленчатого вала, так что не все шатуны могут быть прикреплены непосредственно к коленчатому валу. Вместо этого один поршень соединяется непосредственно с коленчатым валом, а все остальные соединяются с кольцом на главном шатуне через узел ведущего и шарнирного штока.

Четырехтактные радиально-поршневые двигатели всегда проектируются с нечетным числом цилиндров, так что можно использовать постоянный порядок зажигания.Это сделано для того, чтобы между поршнями на такте сгорания и такте сжатия оставался однопоршневой зазор.

Радиальные двигатели обычно использовались на более крупных самолетах, где можно было установить несколько рядов поршней для производства двигателя с большой выходной мощностью при сохранении как можно более компактного двигателя. В самолетах времен Второй мировой войны, таких как Republic P-47 Thunderbolt, Douglas C 47 и Avro Lancaster, использовались радиальные двигатели. Большие радиальные двигатели были в значительной степени устаревшими после Второй мировой войны, поскольку реактивные двигатели и газотурбинные двигатели могли производить большую мощность, более надежно при меньшей общей массе.

Рисунок 13: Радиальный двигатель. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Watercooled_radialengine.jpg/640px-Watercooled_radialengine.jpg

Двигатель V-типа

V-образные двигатели

характеризуются наличием цилиндров, расположенных в два ряда по V-образной схеме, если смотреть вдоль оси коленчатого вала. За счет V-образного расположения цилиндров общие размеры двигателя могут быть уменьшены по сравнению с горизонтально расположенной конфигурацией. Угол между двумя рядами цилиндров обычно называют углом V.Общие углы 90 °, 60 ° и 45 °.

Одним из самых известных двигателей V-образной конфигурации был двигатель Rolls Royce V12 Merlin, который приводил в действие ряд самолетов Второй мировой войны, включая Supermarine Spitfire, Hawker Hurricane и de Havilland Mosquito.

Рисунок 14: Двигатель Rolls Royce Merlin. Источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Rolls-Royce_Merlin.jpg/640px-Rolls-Royce_Merlin.jpg

На этом мы подошли к концу нашего знакомства с поршневыми двигателями самолетов. .В следующем посте мы обсудим четырехтактный рабочий цикл, лежащий в основе работы большинства авиационных двигателей внутреннего сгорания.

Вам понравился этот пост? Почему бы не продолжить чтение этой серии статей о поршневых двигателях самолетов и их системах?

.